[發(fā)明專利]鋰金屬負極的碘化鋰保護層及其制備工藝和應用

在審

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• 申請日: 2021-09-29
• 公開（公告）號: CN114005959A
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何平;段純;孫心怡;周豪慎
• 申請（專利權(quán)）人: 南京大學
• 主分類號: H01M4/134
• 分類號: H01M4/134;H01M10/42;H01M10/052
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 余俊杰

本發(fā)明公開了鋰金屬負極的碘化鋰保護層及其制備工藝和應用，所述保護層附著于鋰金屬負極的一側(cè)，且為單組分界面保護層，其中附著有保護層的鋰金屬負極面向固態(tài)電解質(zhì)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：(1)本發(fā)明所述鋰金屬負極的碘化鋰保護層能夠有效抑制全固態(tài)電池在負極界面處生成副產(chǎn)物、孔洞或鋰枝晶，從而抑制電解質(zhì)的分解和鋰金屬的損耗，有利于鋰離子在負極界面處的遷移，為鋰金屬負極提供有效的保護機制；(2)同時，本發(fā)明所述保護層極大程度的維持了電池電位，保證了電池整體能量密度；(2)所述制備工藝簡單易操作，且成本很低，極大程度的提升了鋰金屬在全固態(tài)電池領(lǐng)域應用的可能性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電化學技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種全固態(tài)電池的新型負極，具體為鋰金屬負極的碘化鋰保護層及其制備工藝和應用。

背景技術(shù)

目前商用電池主要采用石墨作為負極，采用鈷酸鋰或者鐵鋰材料作為正極，中間使用液態(tài)電解液。該體系已經(jīng)發(fā)展的非常成熟，實際能量密度已經(jīng)逐漸接近極限水平。而隨著電動汽車和智能電網(wǎng)的飛速發(fā)展，現(xiàn)有電池的能量密度遠不能達到目標水平，需要探索新的正負極材料體系。鋰金屬由于其具有極高的理論比容量(3860mAh g^-1)和最低的氧化還原電位(-3.04V)而受到大家的關(guān)注，使用鋰金屬負極可以顯著提高電池的能量密度，有利于電池在實際工業(yè)體系中的應用。但是鋰負極的應用存在一些技術(shù)難題，特別是在全固態(tài)電池領(lǐng)域，大部分固態(tài)電解質(zhì)對于鋰金屬是化學和電化學不穩(wěn)定的，會造成鋰金屬和電解質(zhì)的消耗，在負極界面處生成副產(chǎn)物、孔洞和鋰枝晶，導致電池充放電極化不斷增大，電池循環(huán)壽命差。這很大程度上制約了全固態(tài)鋰電池的發(fā)展。目前常見的解決方案包括使用鋰銦合金或者鋰鋁合金充當負極來提高穩(wěn)定性，但這會極大程度降低電池電位，從而降低電池整體能量密度。所以探究有效的鋰負極保護措施非常必要。

發(fā)明內(nèi)容

解決的技術(shù)問題：為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，解決目前全固態(tài)電池中固態(tài)電解質(zhì)對鋰金屬負極不穩(wěn)定的問題，本發(fā)明提供一種鋰金屬負極的保護方法，從而抑制電解質(zhì)的分解和鋰金屬的損耗，有利于鋰離子在負極界面處的遷移，成功實現(xiàn)循環(huán)性能較好的全固態(tài)電池；鑒于此，本發(fā)明提供了鋰金屬負極的碘化鋰保護層及其制備工藝和應用。

技術(shù)方案：鋰金屬負極的碘化鋰保護層，所述保護層附著于鋰金屬負極的一側(cè)，且為單組分界面保護層，其中附著有保護層的鋰金屬負極面向固態(tài)電解質(zhì)。

優(yōu)選的，所述固態(tài)電解質(zhì)為Li₁₀GeP₂S₁₂(LGPS)；Li₆PS₅X，X＝Cl、Br或I；或Li₂S-P₂S₅。

以上所述的鋰金屬負極的碘化鋰保護層的制備工藝，所述工藝包括以下步驟：

S1、預處理鋰片，至鋰片的表面平整光滑、潔凈、無副產(chǎn)物，然后將其裁成圓片并平鋪于菌種瓶內(nèi)；

S2、將碘單質(zhì)研磨成粉末，倒入菌種瓶，平鋪于瓶底并不與鋰片接觸；

S3、在Ar氣手套箱內(nèi)，采用鋁箔將菌種瓶封口，然后將菌種瓶轉(zhuǎn)移至真空烘箱，80-120℃處理4-12h，得到一側(cè)附著有碘化鋰的鋰金屬片。

以上所述鋰金屬負極的碘化鋰保護層在制備全固態(tài)電池中的應用。

優(yōu)選的，所述全固態(tài)電池為全固態(tài)Li-Li對稱電池或全固態(tài)Li-S電池。

優(yōu)選的，用于全固態(tài)Li-Li對稱電池的具體步驟為：

(1)將固態(tài)電解質(zhì)粉末加入固態(tài)電池模具中，整體加壓使粉末成片固定在電池模具內(nèi)；

(2)將鋰金屬片未附著有碘化鋰的一側(cè)刮干凈，暴露出新鮮鋰層；