一种表面改性的金属锂负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种表面改性的金属锂负极材料，其制备方法包括以下步骤：(1)将碘酸类物质溶于无水的惰性有机溶剂中，使碘酸类物质的质量浓度为0.1％‑0.4％；(2)将金属锂置于无水无氧充满氩气的手套箱中，然后对金属锂表面进行抛光，直至其表面露出金属光泽；(3)将抛光后的金属锂在步骤(1)所得溶液中浸泡5‑60min。该方法制备的金属锂负极材料可改变金属锂表面的状态，在锂电池中能够有效提高电池的库伦效率和放电容量，从而降低锂二次电池的极化，延长锂二次电池的寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于锂电池材料
，具体涉及一种表面改性的金属锂负极材料及其制备方法。
技术介绍
金属锂片是锂电池不可或缺的负极材料，而且随着移动电子设备的快速发展，对电池的能量密度要求越来越高，金属锂负极材料具有极高的比容量，因此金属锂二次电池的开发与利用成为研究热门。但由于金属锂自身的高活性和锂枝晶的问题，一直制约着锂二次电池的发展。目前，金属锂片作为锂电池负极主要存在以下问题：(1)易生长锂枝晶造成电池内部短路，从而导致电池失效甚至起火，同时锂枝晶容易断裂形成死锂造成不可逆的容量损失；(2)金属锂活性高，易于电解液进行反应，消耗电解液的同时，也消耗金属锂负极；(3)金属锂表面自带的钝化膜(Li2CO3、LiOH、Li2O等)导致电池阻抗较大，阻碍电池内部锂离子的传输。对此，已有很多研究致力于对金属锂表面进行改性以提高锂二次电池的使用寿命，抑制金属锂枝晶的生长，其中包括在金属锂表面进行包覆或在集流体表面与隔膜之间插入一层保护膜。但这些工艺较为复杂，不利于大规模的应用，现在仍未找到一种有效抑制锂枝晶生长的方法。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供一种表面改性的金属锂负极材料及其制备方法，可有效解决金属锂负极材料在电池循环过程中金属锂枝晶的生长造成的库伦效率低等问题。为实现上述目的，本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种表面改性的金属锂负极材料，其制备方法包括以下步骤：(1)将碘酸类物质溶于无水的惰性有机溶剂中，使碘酸类物质的质量浓度为0.1％-0.4％；其中碘酸类物质为碘酸、正高碘酸、偏高碘酸、次碘酸和氢碘酸中的一种或几种；惰性有机溶剂为二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮、四氢呋喃、二甲醚和N,N-二甲基甲酰胺中的一种或几种；(2)将金属锂置于无水无氧充满氩气的手套箱中，然后对金属锂表面进行抛光，直至其表面露出金属光泽；(3)将抛光后的金属锂在步骤(1)所得溶液中浸泡5-60min，制得。进一步地，步骤(1)中碘酸类物质为碘酸。进一步地，步骤(1)中碘酸类物质的质量浓度为0.4％。进一步地，步骤(1)中惰性有机溶液为二甲基亚砜。进一步地，步骤(3)中浸泡时间为10min。通过上述方法制备出的表面改性的金属锂负极材料。本专利技术提供的表面改性的金属锂负极材料及其制备方法，具有以下优点：(1)金属锂表面自带有钝化膜，该钝化膜包括碳酸锂、氢氧化锂和氧化锂等物质，但该钝化膜并不能解决金属锂负极材料在电池循环过程中金属锂枝晶的生长造成的库伦效率低等问题，同时还会导致电池阻抗较大，阻碍电池内部锂离子的传输，本专利技术中制备的特定溶剂能自发的与金属锂表面的碳酸锂、氢氧化锂和氧化锂等发生反应，生成碘酸锂与碘化锂附着于金属锂表面，同时也能将金属锂表面氧化，生成无机钝化膜，从而起到改变金属锂表面状态的作用，降低锂二次电池的极化，延长锂二次电池的寿命；此外，反应物中所包含的与碘化锂还可以作为电解液添加剂使用。(2)碘酸类物质的浓度对金属锂的改性影响比较大，本专利技术通过特定浓度的碘酸类物质来对金属锂进行改性，使其表面形成一层有效钝化膜以及电解液添加剂，从而改变其性能。(3)该制备方法简单，成本低，制备出的表面改性的金属锂负极材料在锂电池中能够有效提高电池的库伦效率和放电容量。(4)本专利技术制得的金属锂负极材料用于金属锂二次电池时，正极材料可采用常规的锂离子电池正极材料、氧化物正极材料、硫正极材料、空气正极材料等。附图说明图1为抛光后的金属锂和本专利技术表面改性的金属锂负极材料的SEM图；其中图1-1和1-2均为抛光后的金属锂的SEM图；图1-3和1-4均为表面改性的金属锂负极材料的SEM图。图2为用场发射扫描电子显微镜(SEM)观察的处理过的金属锂表面钝化膜的形貌图以及C、O、I元素分布的EDX Mapping图；其中图2-1钝化膜形貌图，图2-2为C元素分布的Mapping图，图2-3为O元素分布的Mapping图，图2-4为I元素分布的Mapping图。图3为处理过的金属锂表面C、I、Li、O各个元素的XPS元素谱图；其中图3-1为C元素的谱图，图3-2为I元素的谱图，图3-3为Li元素的谱图，图3-4为O元素的谱图。图4为实验例1中的Li/1mol/L LiPF6+EC:DEC:DMC＝1:1:1/Cu电池改性前后循环伏安(CV)曲线图；其中图4-1为本专利技术产品，图4-2为未改性的金属锂。图5为实验例2中的Li/1mol/L LiPF6+EC:DEC:DMC＝1:1:1/Li电池改性前后电化学阻抗(EIS)随时间变化的曲线；其中图5-1为本专利技术产品，图5-2为未改性的金属锂。图6为实验例3中的Li/1mol/L LiPF6+EC:DEC:DMC＝1:1:1/Cu电池改性前后电池循环效率图；其中图6-1为锂-铜电池恒流充放电库伦效率图，图6-2为锂-铜电池恒流充放电第10周充放电曲线图。图7为实验例4中的Li/1mol/L LiPF6+EC:DEC:DMC＝1:1:1/Li电池改性前后充放电曲线图；其中图7-1参数为1mA/cm2，1mAh/cm2，电流密度为：1mA/cm2，充放电各为1小时；图7-2参数为0.5mA/cm2，0.5mAh/cm2，电流密度为：0.5mA/cm2，充放电各为1小时；图7-3参数为1mA/cm2，0.5mAh/cm2，电流密度为：1mA/cm2，充放电各为0.5小时。图8为实验例5中的Li/1mol/L LiTFSI+DOL:DME＝1:1/S电池改性前后0.2C倍率的循环图。图9为实验例6中的Li/1mol/L LiTFSI+DOL:DME＝1:1/S电池改性前后0.5C倍率的循环图。具体实施方式实施例1一种表面改性的金属锂负极材料，其制备方法包括以下步骤：(1)将碘酸溶于无水的二甲基亚砜中，使碘酸的质量浓度为0.1％；(2)将金属锂置于无水无氧充满氩气的手套箱中，然后对金属锂表面进行抛光，直至其表面露出金属光泽；(3)将抛光后的金属锂在步骤(1)所得溶液中浸泡5min。实施例2一种表面改性的金属锂负极材料，其制备方法包括以下步骤：(1)将正高碘酸溶于无水的四氢呋喃中，使碘酸的质量浓度为0.2％；(2)将金属锂置于无水无氧充满氩气的手套箱中，然后对金属锂表面进行抛光，直至其表面露出金属光泽；(3)将抛光后的金属锂在步骤(1)所得溶液中浸泡30min。实施例3一种表面改性的金属锂负极材料，其制备方法包括以下步骤：(1)将偏高碘酸溶于无水的N-甲基吡咯烷酮中，使碘酸的质量浓度为0.3％；(2)将金属锂置于无水无氧充满氩气的手套箱中，然后对金属锂表面进行抛光，直至其表面露出金属光泽；(3)将抛光后的金属锂在步骤(1)所得溶液中浸泡60min。实施例4一种表面改性的金属锂负极材料，其制备方法包括以下步骤：(1)将碘酸溶于无水的二甲基亚砜中，使碘酸的质量浓度为0.4％；(2)将金属锂置于无水无氧充满氩气的手套箱中，然后对金属锂表面进行抛光，直至其表面露出金属光泽；(3)将抛光后的金属锂在步骤(1)所得溶液中浸泡10min。从表观上来看，实施例4所得负极材料表面的钝化膜比实施例1-3更致密，更均匀，实施例4所得负极材料与改性前的金属锂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表面改性的金属锂负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将碘酸类物质溶于无水的惰性有机溶剂中，使碘酸类物质的质量浓度为0.1％‑0.4％；其中碘酸类物质为碘酸、正高碘酸、偏高碘酸、次碘酸和氢碘酸中的一种或几种；惰性有机溶剂为二甲基亚砜(DMSO)、N‑甲基吡咯烷酮(NMP)、四氢呋喃(THF)、二甲醚(DME)和N,N‑二甲基甲酰胺(DMF)中的一种或几种；(2)将金属锂置于无水无氧充满氩气的手套箱中，然后对金属锂表面进行抛光，直至其表面露出金属光泽；(3)将抛光后的金属锂在步骤(1)所得溶液中浸泡5‑60min，制得。

【技术特征摘要】
1.一种表面改性的金属锂负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将碘酸类物质溶于无水的惰性有机溶剂中，使碘酸类物质的质量浓度为0.1％-0.4％；其中碘酸类物质为碘酸、正高碘酸、偏高碘酸、次碘酸和氢碘酸中的一种或几种；惰性有机溶剂为二甲基亚砜(DMSO)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、四氢呋喃(THF)、二甲醚(DME)和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中的一种或几种；(2)将金属锂置于无水无氧充满氩气的手套箱中，然后对金属锂表面进行抛光，直至其表面露出金属光泽；(3)将抛光后的金属锂在步骤(1)所得溶液中浸泡5...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晶泽，贾维尚，樊聪，王丽平，周爱军，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51