[發明專利]一種用于抑制鋰枝晶的具有氧缺陷的氧化物涂層及其制備方法

在審

• 申請號: 202110942698.9
• 申請日: 2021-08-17
• 公開（公告）號: CN113659282A
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發明（設計）人: 馬玉林;木天勝;魯泓甫;徐星;譚思平;尹鴿平;魏俊華
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H01M50/403
• 分類號: H01M50/403;H01M50/431;H01M50/449;H01M4/38;H01M4/62;H01M4/66;H01M10/0525
• 代理公司: 哈爾濱市偉晨專利代理事務所(普通合伙) 23209
• 代理人: 趙君

一種用于抑制鋰枝晶的具有氧缺陷的氧化物涂層及其制備方法，它屬于鋰金屬負極領域。本發明要解決的技術問題為如何抑制鋰枝晶的生長。本發明將氧化物顆粒在還原氣氛中高溫燒結，燒結后的氧化物顆粒與粘結劑混合均勻后，得到漿料，使用刮刀法，將步驟2得到的漿料涂于鋰金屬、銅集流體或者隔膜表面，烘干后得到用于抑制鋰枝晶的具有氧缺陷的氧化物涂層。本發明電化學測試證明該具有缺陷的氧化物薄膜能夠明顯緩解電解液與鋰金屬之間的界面反應，抑制鋰金屬表面的鋰枝晶生長，能夠明顯提升鋰金屬負極的循環穩定性和安全性能。本發明制備方法簡單、可控性高，對鋰金屬負極的產業化應用具有重要的意義。

技術領域

本發明屬于鋰金屬負極領域；具體涉及一種用于抑制鋰枝晶的具有氧缺陷的氧化物涂層及其制備方法。

背景技術

隨著新能源電動汽車的不斷普及，人們對鋰離子電池的能量密度提出了更高的要求。針對鋰離子電池負極材料而言，商業化的石墨材料的能量密度已經難以滿足要求，發展新型高能量密度的負極材料已經迫在眉睫。鋰金屬負極被認為是一種理想的可替代石墨的負極材料，其具有理論容量高，反應電位低等優點。然而，鋰金屬負極在反復的電沉積過程中面臨嚴重的枝晶生長、劇烈的界面反應和巨大的體積變化，導致鋰離子電池循環性能迅速衰減，逐漸失效，甚至會引起爆炸。抑制鋰枝晶的形成與生長、緩解鋰金屬界面副反應是實現鋰金屬負極可逆沉積的關鍵。

研究表明，在鋰金屬表面引入人工SEI界面是一種改善鋰金屬電化學性能的有效措施。雖然一些氧化物人工界面已經被用于抑制鋰枝晶的形成和鋰金屬負極界面保護。然而，氧化物顆粒較遲緩的離子-電子傳輸動力學將會引起較大的電化學極化，在高電流密度下，鋰枝晶的生長仍無法避免。

發明內容

本發明目的是提供一種用于抑制鋰枝晶的具有氧缺陷的氧化物涂層及其制備方法。

本發明通過以下技術方案實現：

一種用于抑制鋰枝晶的具有氧缺陷的氧化物涂層的制備方法，包括如下步驟：

步驟1、將氧化物顆粒在還原氣氛中高溫燒結，得到燒結后的氧化物顆粒，待用；

步驟2、將步驟1得到的燒結后的氧化物顆粒與粘結劑混合均勻后，得到漿料，待用；

步驟3、將步驟2得到的漿料涂于鋰金屬、銅集流體或者隔膜表面，烘干后得到用于抑制鋰枝晶的具有氧缺陷的氧化物涂層。

本發明所述的一種用于抑制鋰枝晶的具有氧缺陷的氧化物涂層的制備方法，步驟1中氧化物顆粒包括二氧化鈦、五氧化二鈮、氧化鋅、氧化硅、氧化鉬、五氧化二釩中的一種，所述的氧化物顆粒尺寸分布為20～2000nm。

本發明所述的一種用于抑制鋰枝晶的具有氧缺陷的氧化物涂層的制備方法，步驟1中所述的還原氣氛為氫氣、氫氣和氬氣的混合氣體中的一種。

本發明所述的一種用于抑制鋰枝晶的具有氧缺陷的氧化物涂層的制備方法，步驟1中高溫燒結溫度為400～900℃，燒結時間為1～10h。

本發明所述的一種用于抑制鋰枝晶的具有氧缺陷的氧化物涂層的制備方法，步驟2中的粘結劑為聚偏氟乙烯、羧甲基纖維素、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸酯、丁苯橡膠中的一種。

本發明所述的一種用于抑制鋰枝晶的具有氧缺陷的氧化物涂層的制備方法，步驟2中的燒結后的氧化物顆粒與粘結劑的質量比為5～9:1。

本發明所述的一種用于抑制鋰枝晶的具有氧缺陷的氧化物涂層的制備方法，步驟2中燒結后的氧化物顆粒與粘結劑通過攪拌混合均勻，攪拌轉速100～500r/min，攪拌時間10～100min。

本發明所述的一種用于抑制鋰枝晶的具有氧缺陷的氧化物涂層的制備方法，步驟3使用刮刀法涂覆。

本發明所述的一種用于抑制鋰枝晶的具有氧缺陷的氧化物涂層的制備方法，步驟3中烘干溫度為60～120℃，烘干時間為2～12h。