锂金属负极及其制备方法和锂金属、锂硫、锂空气电池技术

本发明专利技术涉及锂电池技术领域，具体提供一种锂金属负极及其制备方法和锂金属、锂硫、锂空气电池。所述锂金属负极，包括锂金属片以及附着在所述锂金属片表面的液态金属合金层。本发明专利技术的锂金属负极由于表面附着有一层液态金属合金层，该液态金属合金层可以有效地减少甚至杜绝锂金属负极组装成锂金属电池或者锂硫电池或者锂空气电池后锂金属片枝晶化的可能性，也减少电解液被大量消耗的可能性，同时，由于液态金属合金层具有良好的锂离子电导率和电子电导率，能够有效提高锂金属电池、锂硫电池、锂空气电池的容量及循环寿命等电化学性能。

Lithium metal anode and its preparation method and lithium metal, lithium sulfur, lithium air battery

【技术实现步骤摘要】
锂金属负极及其制备方法和锂金属、锂硫、锂空气电池
本专利技术属于锂电池
，具体涉及一种锂金属负极及其制备方法和锂金属、锂硫、锂空气电池。
技术介绍
目前商业锂电池使用的负极材料以石墨为主，石墨材料的理论比容量仅为372mAh/g，难以满足新型高能量密度锂电池的应用需求。相比石墨材料，锂金属的比容量为3860mAh/g、还原电势为-3.040V，其比容量远高于石墨材料，同时还原电势达到目前负极材料的最低值，此外还具有较低的密度和优异的机械柔性等优势，被认为极具竞争力的下一代高能量密度二次电池负极材料，因而被认为是锂电池的“圣杯”。但是，锂金属负极在充电过程中，极易生长锂枝晶，锂枝晶的存在一方面会刺破隔膜，导致负极与正极接触造成电池内部短路，产生热失效，引发自燃或者爆炸等风险；另一方面，锂枝晶为疏松多孔结构，易脱落形成无电化学活性的“死锂”，损失容量。此外，由于锂枝晶的生长，使得负极比表面积增大，大量消耗电解液形成新的固态电解质膜(SEM膜)，造成电池容量衰减及循环寿命降低。因此，锂金属作为负极时会严重阻碍锂金属电池、锂硫电池及锂空气电池的商业化应用。
技术实现思路
针对目前锂金属作为锂金属电池或者锂硫电池或者锂空气电池的负极时容易产生枝晶，影响电池容量、循环寿命等问题，本专利技术提供一种锂金属负极及其制备方法。进一步地，本专利技术还提供包括上述锂金属负极的锂金属电池、锂硫电池及锂空气电池。为实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案如下：一种锂金属负极，包括锂金属片以及附着在所述锂金属片表面的液态金属合金层。相应地，一种锂金属负极的制备方法，包括以下步骤：将铟、锡中的至少一种金属与镓金属进行混料熔融，获得液态金属合金；将得到的所述液态金属合金沉积至锂金属片两表面形成液态金属合金层，得到锂金属负极。进一步地，一种锂金属电池，包括负极，所述负极为上述所述的锂金属负极；或者，所述负极为上述所述的锂金属负极的制备方法制备得到的锂金属负极。一种锂硫电池，包括负极，包括负极，所述负极为上述所述的锂金属负极；或者，所述负极为上述所述的锂金属负极的制备方法制备得到的锂金属负极。一种锂空气电池，包括负极，所述负极为上述所述的锂金属负极；或者，所述负极为上述所述的锂金属负极的制备方法制备得到的锂金属负极。本专利技术的技术效果为：相对于现有技术，本专利技术的锂金属负极以液态金属合金层对锂金属片进行修饰包覆，使得液态金属合金层和锂金属片之间形成锂化液态金属界面修饰层，并且通过液态金属合金层将锂金属片与空气进行隔绝，液态金属合金层在与空气接触时作为一层钝化层，有效地减少甚至杜绝锂金属负极组装成锂金属电池或者锂硫电池或者锂空气电池后锂金属枝晶化的可能性，也减少电解液被大量消耗的可能性，同时，由于液态金属合金层具有良好的锂离子电导率和电子电导率，能够有效提高锂金属电池、锂硫电池、锂空气电池的容量及循环寿命等电化学性能。本专利技术锂金属负极的制备方法，通过沉积的方式将液态金属合金沉积在锂金属片表面，由此在锂金属片表面形成良好的修饰包覆层，有效抑制甚至杜绝锂金属片与空气的接触，从而抑制甚至杜绝锂金属片的氧化，整个制备工艺简单，生产效率高。本专利技术提供的锂金属电池，由于其使用的负极为本专利技术提供的包含液态金属合金层的锂金属负极，液态金属合金层与锂金属片在相互接触的界面上作为锂化液态金属界面修饰层，能够降低界面电阻，同时液态金属合金层表面还作为钝化层，有效杜绝锂金属片与电解液接触以及抑制锂金属片枝晶化的可能性，减少枝晶化导致电解液被大量消耗的可能性，并且由于液态金属合金层有良好的锂离子电导率和电子电导率，使得锂金属电池的容量和循环寿命得到提高。本专利技术提供的锂硫电池，由于其使用的负极为本专利技术提供的包含液态金属合金层的锂金属负极，液态金属合金层与锂金属片在相互接触的界面上作为锂化液态金属界面修饰层，能够降低界面电阻，同时液态金属合金层表面还作为钝化层，有效杜绝锂金属片与电解液接触以及抑制锂金属片枝晶化的可能性，减少枝晶化导致电解液被大量消耗的可能性，并且由于液态金属合金层有良好的锂离子电导率和电子电导率，使得锂硫电池的容量和循环寿命得到提高。本专利技术提供的锂空气电池，由于其使用的负极为本专利技术提供的包含液态金属合金层的锂金属负极，液态金属合金层与锂金属片在相互接触的界面上作为锂化液态金属界面修饰层，能够降低界面电阻，同时液态金属合金层表面还作为钝化层，有效杜绝锂金属片与电解液接触以及抑制锂金属片枝晶化的可能性，减少枝晶化导致电解液被大量消耗的可能性，并且由于液态金属合金层有良好的锂离子电导率和电子电导率，使得锂空气电池的容量和循环寿命得到提高。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例1提供的液态金属合金的SEM图；图2为本专利技术实施例1提供的锂金属负极SEM图；图3为本专利技术实施例1提供的锂金属负极采用聚焦离子束分析(FIB)切割出的截面SEM图，其中a显示切割的部位，b显示切割部位的放大图；图4为本专利技术实施例1提供的锂金属负极与LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2为正极活性物质组装的全电池及对比例1、对比例2的充放电循环曲线和库伦效率循环曲线图；图5为本专利技术实施例2提供的锂金属负极与硫碳复合物为正极活性物质组装的锂硫电池的充放电循环曲线和库伦效率循环曲线图；图6为本专利技术实施例3提供的锂金属负极与磷酸铁锂为正极活性物质组装成的全电池及对比例3的充放电循环曲线和库伦效率循环曲线图；图7为本专利技术实施例4提供的锂金属负极与硫碳复合物为正极活性物质组装的硫碳电池的充放电循环曲线以及库伦效率图；图8为本专利技术实施例5提供的锂金属负极与磷酸铁锂为正极活性物质组装的锂金属电池的充放电循环曲线及库伦效率图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术的第一方面，提供一种锂金属负极，该锂金属负极包括锂金属片以及附着在锂金属片表面的液态金属合金层。具体地，锂金属片两个表面都附着有液态金属合金层，通过液态金属合金层将锂金属片与外界隔离，避免锂金属片被空气氧化，同时液态金属合金层与锂金属片相互接触的界面作为锂化液态金属界面修饰层，从而降低锂金属片与液态金属合金层之间的界面电阻，并且提供良好的锂离子电导率和电子电导率，而液态金属合金层背对锂金属片的表面遇到空气时还作为钝化层，从而杜绝锂金属片与空气的接触，并由此获得在空气中稳定存在的锂金属负极。此外，由于液态金属合金层具有良好的电子电导率，本专利技术的锂金属负极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂金属负极，其特征在于，所述锂金属负极包括锂金属片以及附着在所述锂金属片表面的液态金属合金层。/n

【技术特征摘要】
1.一种锂金属负极，其特征在于，所述锂金属负极包括锂金属片以及附着在所述锂金属片表面的液态金属合金层。


2.如权利要求1所述的锂金属负极，其特征在于，所述液态金属合金层为铟、锡中的至少一种金属与镓金属形成的液态金属合金层。


3.如权利要求1或2所述的锂金属负极，其特征在于，按照质量比，所述液态金属合金层中镓：铟：锡＝(5～10)：(0～5)：(0～2)，其中，铟和锡不同时取0值。


4.如权利要求1或2所述的锂金属负极，其特征在于，所述液态金属合金层的厚度为(1～10)μm。


5.一种锂金属负极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将铟、锡中的至少一种金属与镓金属进行混料熔融，获得液态金属合金；
将得到的所述液态金属合金沉积至锂金属片两表面形成液态金属合金层，得到锂金属负极。


6.如权利要求5所述的锂金属负极的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓永红，韩兵，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：广东;44