[發(fā)明專利]一種鋰金屬表面空氣穩(wěn)定性保護(hù)層的制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310255235.4
• 申請日: 2023-03-16
• 公開（公告）號: CN116288301A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王書華;李厚禎;陳皓;桑元華;劉宏
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: C23C22/02
• 分類號: C23C22/02;H01M4/134;H01M4/38
• 代理公司: 濟(jì)南金迪知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37219
• 代理人: 張宏松

本發(fā)明涉及一種鋰金屬表面空氣穩(wěn)定性保護(hù)層的制備方法，將鋰片浸泡在含有三氟甲烷磺酸鹽的有機(jī)溶劑中，會在鋰表面形成致密多組分層。該保護(hù)層具有延緩空氣中的氧氣、水蒸氣、二氧化碳對于鋰片的腐蝕的作用，可使鋰在空氣中的穩(wěn)定性延長至4h；同時(shí)，保護(hù)層可以避免循環(huán)過程中的枝晶生長，從而穩(wěn)定對稱電池和全電池的長循環(huán)。該方法制備條件簡便，適合大規(guī)模制備。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰金屬表面空氣穩(wěn)定性保護(hù)層的制備方法，屬于電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

金屬鋰具有極高的理論比容量(3860mA?h?g^-1)和最低的氧化還原電位(-3.04V相對于標(biāo)準(zhǔn)氫電位)，是諸多堿金屬負(fù)極材料的最佳選擇。然而，在鋰金屬負(fù)極商業(yè)應(yīng)用之前，仍然面臨諸多問題，如：(1)鋰金屬的化學(xué)性質(zhì)活潑，極易與空氣中氧氣、水蒸氣、二氧化碳等發(fā)生反應(yīng)，極易造成鋰的氧化；(2)循環(huán)過程中不可控的枝晶生長會造成電池短路，甚至引發(fā)火災(zāi)。這些因素都對金屬電池的實(shí)際應(yīng)用和生產(chǎn)過程造成嚴(yán)重影響。

目前科研工作者們通過采用不同的方法對負(fù)極進(jìn)行改善，有效緩解了金屬鋰電池循環(huán)過程中的枝晶生長問題，如：1)使用電解液添加劑(硝酸鋰、氟代碳酸乙烯酯)促進(jìn)鋰金屬負(fù)極在循環(huán)過程中形成穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面層(SEI)膜，減少電解液與負(fù)極的過度副反應(yīng)；2)在鋰負(fù)極表面直接原位構(gòu)筑人工SEI，增強(qiáng)界面穩(wěn)定性，抑制枝晶生長；3)構(gòu)建三維的復(fù)合鋰負(fù)極，降低局部電流密度，誘導(dǎo)鋰的均勻沉積。

除此之外，提高鋰金屬負(fù)極的空氣穩(wěn)定性也是負(fù)極保護(hù)的重要一環(huán)?？諝庵泻校?8％?N₂,21％O₂,0.03％CO₂，以及少量的水，稀有氣體和其他雜質(zhì)。鋰在空氣中的主要反應(yīng)大致如下：

O₂:2Li?+?O₂?＝?Li₂O₂?(1)

4Li?+?O₂?＝?2Li₂O?(2)

H₂O:2Li?+?2H₂O?＝?2LiOH?+?H₂?(3)

2Li₂O₂?+?2H₂O?＝?4LiOH?+?O₂?(4)

Li₂O+H₂O?＝?2LiOH?(5)

LiOH?+?H₂O?＝?LiOH·H₂O?(6)

CO₂:4Li?+?O₂?+?2CO₂?＝?2Li₂CO₃?(7)

2Li₂O₂?+?2CO₂?＝?O₂?+?2Li₂CO₃?(8)

2LiOH?+?CO₂?＝?Li₂CO₃?+?H₂O?(9)

N2:6Li?+?N₂?＝?2Li₃N?(10)

Li₃N?+?3H₂O?＝?3LiOH?+?NH₃?(11)