[發明專利]一種固體電解質界面膜及其制備方法

在審

• 申請號: 202110874865.0
• 申請日: 2021-07-30
• 公開（公告）號: CN113764722A
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發明（設計）人: 易陳誼;張宇;劉越;周俊杰;譚理國
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01M10/056
• 分類號: H01M10/056;H01M10/0562;H01M10/052
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 曲進華

本發明公開了一種固體電解質界面膜的制備方法，包括，在鋰金屬表面采用鈣鈦礦形成所述固體電解質界面膜。其中，所述鈣鈦礦選自KNiF₃、KMnF₃、KCuF₃、KZnF₃、KCoF₃、KNiCl₃、KMnCl₃、KCuCl₃、KZnCl₃或KCoCl₃中的至少一種，所述固體電解質界面膜的厚度為1?5000nm，所述鋰金屬表面采用鈣鈦礦材料形成所述固體電解質界面膜的方法選自溶液旋涂法、溶液刮涂、狹縫擠壓涂布、溶液噴涂、溶液絲網印刷、或真空蒸鍍法中的至少一種。本發明的方法制得的固體電解質界面膜，其鈣鈦礦組成材料和結構十分穩定，在高溫、濕度和化學試劑中具有良好的穩定性，不會出現鈣鈦礦分解或者相變等問題。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種固體電解質界面膜，特別地，還涉及一種固體電解質界面膜的制備方法。

背景技術

隨著電子產品和電動汽車的普及，商用鋰離子電池石墨負極的比容量逐漸趨近于理論極限值(372mAh·g^-1)，難以滿足日益增長的社會需求。金屬鋰作為自然界中密度最小的金屬(0.534g·cm^-3)，具有極高的理論比容量(3860mAh·g^-1)、最低的電極電位(-3.04Vvs標準氫電極)和良好的機械柔性。這些優勢促進了金屬鋰取代石墨作為電池負極。代表性的鋰-硫和鋰-空氣電池有望成為下一代高能量密度電池。然而金屬鋰具有高反應活性，很容易與電解液發生副反應。反應中鋰不均勻的溶解和沉積易產生枝晶，鋰枝晶可能刺穿電池隔膜導致電池內部正負極短路，引發脹氣、熱失控甚至燃燒爆炸等安全事故。

因此亟需采取有效措施保護鋰金屬負極，以抑制鋰枝晶生長、提高鋰金屬電池的安全性。

發明內容

本發明是基于發明人對以下事實和問題的發現和認識做出的：構建固體電解質界面(SEI)膜是常用的鋰金屬保護方法，SEI材料主要包括無機化合物類、聚合物類、有機/無機復合類等。常用的無機SEI膜有LiF、Li₃N、Li₂S等含鋰化合物，它們一般具有高鋰離子傳輸速率和電解質阻隔性能，但其剛性大、柔韌性不足，難以忍耐鋰金屬長時間循環導致的體積變化；聚合物SEI膜通常具有高楊氏模量(0.4～4.83GPa)和良好穩定性，能夠承受鋰金屬的劇烈形變從而抑制鋰枝晶的生長。但聚合物材料的電子和離子傳導率均較差，不利于充放電過程中電荷的高效傳輸；有機/無機復合SEI膜綜合了無機化合物和有機聚合物的優勢，但該SEI膜制備工藝復雜，且充放電過程中易和電解液發生副反應破壞復合結構。因此，開發一種既具有高鋰離子傳輸性能又能抑制鋰枝晶體積膨脹、且化學穩定的SEI膜材料是解決鋰金屬負極安全性問題的關鍵。

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發明的實施例提出一種固體電解質界面膜及其制備方法，制得的固體電解質界面膜的組成材料和結構十分穩定，在高溫、濕度和化學試劑中具有良好的穩定性，不會出現鈣鈦礦分解或者相變等問題。

根據本發明實施例的固體電解質界面膜的制備方法，包括，在鋰金屬表面采用鈣鈦礦形成所述固體電解質界面膜。