锂负极或钠负极及锂负极或钠负极的制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及锂/钠电池技术领域，具体提供一种锂负极或钠负极及锂负极或钠负极的制备方法和应用。该制备方法包括将反钙钛矿固态电解质熔融后涂布于集流体表面，从而在集流体表面形成一层反钙钛矿固态电解质膜；采用电化学方法将锂或钠沉积于所述集流体表面，获得锂负极或钠负极；或者采用磁控溅射的方式将反钙钛矿固态电解质沉积在锂金属片或钠金属片表面，在锂/钠金属片表面获得反钙钛矿固态电解质膜，并获得锂负极或钠负极。本发明专利技术在锂负极或钠负极表面形成一层反钙钛矿固态电解质膜，该反钙钛矿固态电解质膜作为人工固态电解质膜，具有高的锂离子或钠离子导电率，抑制锂/钠枝晶的生成，从而提高锂/钠电池的电化学性能。

【技术实现步骤摘要】
锂负极或钠负极及锂负极或钠负极的制备方法和应用
本专利技术属于锂/钠电池
，具体涉及一种锂负极或钠负极及锂负极或钠负极的制备方法和应用。
技术介绍
目前商业锂电池使用的石墨负极材料其理论比容量仅为372mAh/g，难以满足新型高能量密度锂电池的应用需求。金属锂的比容量为3860mAh·g-1、还原电势为-3.040V、密度为0.534g/cm3，同时柔性好，因此被认为是极具竞争力的下一代高能量密度二次电池负极材料，被称为锂电池的“圣杯”。然而，锂金属负极在充放电过程中，极易生长锂枝晶，锂枝晶的存在一方面，可能会刺破隔膜，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，锂枝晶结构疏松多孔，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固态电解质膜，造成电池容量衰减及循环寿命降低。因此，锂枝晶生长问题严重阻碍了锂硫电池、锂空电池等新一代高能量密度二次锂金属电池的商业化应用。对于钠离子电池，由于其成本较锂离子电池大大降低，但由于同样存在钠枝晶问题而发展受限。
技术实现思路
针对目前锂电池存在的锂枝晶以及钠电池存在的钠枝晶导致锂电池及钠电池容量衰减快、循环寿命受影响等问题，本专利技术提供一种锂负极或钠负极的制备方法及锂负极或钠负极。进一步地，还提供包括上述锂负极的锂电池、包括上述钠负极的钠电池。为实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案如下：一种锂负极或钠负极的制备方法，包括以下步骤：r>提供反钙钛矿固态电解质，将所述反钙钛矿固态电解质熔融后涂布于集流体表面，从而在所述集流体表面形成一层反钙钛矿固态电解质膜；采用电化学方法将锂或钠沉积于所述集流体表面，获得锂负极或钠负极；或者，采用磁控溅射的方式将所述反钙钛矿固态电解质沉积在锂金属片或钠金属片表面，从而在锂金属片或者钠金属片表面形成一层反钙钛矿固态电解质膜，并由此获得锂负极或钠负极。相应地，一种锂负极或钠负极，所述锂负极包括集流体、叠设于所述集流体表面的锂金属层，以及层叠叠设于所述锂金属层表面的反钙钛矿固态电解质膜；或者，所述锂负极包括锂金属片以及包覆在所述锂金属片表面的反钙钛矿固态电解质膜；所述钠负极包括集流体、叠设于所述集流体表面的钠金属层，以及层叠叠设于所述钠金属层表面的反钙钛矿固态电解质膜；或者，所述钠负极包括钠金属片以及包覆在所述钠金属片表面的反钙钛矿固态电解质膜。进一步地，一种锂电池，该锂电池为锂硫电池，包括锂负极，所述锂负极为上述所述的锂负极。一种钠电池，包括钠负极，所述钠负极为上述所述的钠负极。本专利技术的技术效果为：相对于现有技术，本专利技术锂负极或钠负极的制备方法是通过在电化学或者磁控溅射的方式获得具有反钙钛矿固态电解质膜的锂负极或者钠负极，直接在锂负极或者钠负极表面形成稳定的人工固态电解质膜(SEI膜)，整个制备工艺简单、能耗少、无污染，适合大规模生产。本专利技术的锂负极或钠负极，由于在锂负极或钠负极表面具有一层反钙钛矿固态电解质膜，该反钙钛矿固态电解质膜作为人工固态电解质膜(SEI膜)，具有高的锂离子或钠离子导电率，在锂负极或钠负极组装成电池并进行充放电时起到离子迁移快导体的作用，同时由于其作为人工SEI膜，能够阻碍锂离子或钠离子周围吸附的电解液中的其他阴离子进入负极，实现对锂离子或钠离子的去溶剂化，与此同时反钙钛矿固态电解质膜在锂电池中有助于氟化锂，并有助于锂的均匀沉积，降低甚至杜绝锂枝晶的生成，提高锂电池的电化学性能；而在钠电池中有助于氟化钠的生成，并促进钠的均匀沉积，降低甚至抑制钠枝晶的生成，从而有利于提高钠电池的电化学性。本专利技术提供的锂电池，是一种锂硫电池，其锂负极表面具有一层反钙钛矿固态电解质膜，能抑制锂金属的枝晶化，进而提高锂电池的电化学性能，尤其是能提高锂硫电池的循环寿命。本专利技术提供的钠电池，钠负极表面具有一层反钙钛矿固态电解质膜，能抑制钠金属的枝晶化，进而提高钠电池的电化学性能，尤其是能提高钠电池的循环寿命。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制备的反钙钛矿固态电解质的XRD衍射线；图2为本专利技术实施例1在铜箔上涂覆反钙钛矿固态电解质后的SEM图；图3是本专利技术实施例1在铜箔上涂覆反钙钛矿固态电解质后的元素分析图；图4为本专利技术实施例1在铜箔上涂覆反钙钛矿固态电解质后的元素分析图；图5为本专利技术实施例1在铜箔上涂覆反钙钛矿固态电解质后的元素分析图；图6为本专利技术实施例1锂硫电池循环后拆解的锂负极SEM图；图7为本专利技术实施例1锂硫电池循环后拆解的锂负极SEM图；图8为本专利技术对比例1锂硫电池循环后拆解的锂负极SEM图；图9为本专利技术对比例1锂硫电池循环后拆解的锂负极SEM图；图10为本专利技术实施例1及对比例1得到的锂硫电池的循环曲线图；图11为本专利技术实施例2及对比例2得到的锂硫电池的循环曲线图；图12为本专利技术实施例3制备得到的钠硫电池的循环曲线图。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。本专利技术提供一种锂负极或钠负极的制备方法。这里所说的锂负极或钠负极的制备方法，指的是锂负极的制备方法或者钠负极的制备方法，由于本专利技术中锂负极和钠负极的制备方法中，仅仅是锂和钠材料的区别，其余制备工艺过程均一样，因此将两者放在一起进行解说。该锂负极或钠负极的制备方法，包括以下步骤：提供反钙钛矿固态电解质，随后将所述反钙钛矿固态电解质进行熔融处理，得到熔融的反钙钛矿固态电解质，并将熔融的反钙钛矿固态电解质涂布于集流体表面，从而在所述集流体表面形成一层反钙钛矿固态电解质膜；采用电化学方法将锂金属或者钠金属沉积在上述表面具有反钙钛矿固态电解质膜的集流体表面，获得锂负极或者钠负极，由该方法获得的锂负极结构为“反钙钛矿固态电解质膜-锂金属层-集流体”，该方法获得的钠负极结构为“反钙钛矿固态电解质膜-钠金属层-集流体”，均为三明治结构。或者，上述锂负极或钠负极的制备方法也可以按照如下步骤：提供反钙钛矿固态电解质，随后采用磁控溅射的方式将所述反钙钛矿固态电解质沉积在锂金属片或者钠金属片表面，从而在锂金属片或者钠金属片的表面形成一层反钙钛矿固态电解质膜，并由此得到锂负极或钠负极，此时得到的锂负极的结构为“反钙钛矿固态电解质膜-锂金属片-反钙钛矿固态电解质膜”，钠负极的结构为“反钙钛矿固态电解质膜-钠金属片-反钙钛矿固态电解质膜”。无论是采用电化学沉积的方法还是磁控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂负极或钠负极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n提供反钙钛矿固态电解质，将所述反钙钛矿固态电解质熔融后涂布于集流体表面，从而在所述集流体表面形成一层反钙钛矿固态电解质膜；/n采用电化学方法将锂或钠沉积于所述集流体表面，获得锂负极或钠负极；/n或者，/n采用磁控溅射的方式将所述反钙钛矿固态电解质沉积在锂金属片或钠金属片表面，从而在锂金属片或者钠金属片表面形成一层反钙钛矿固态电解质膜，并由此获得锂负极或钠负极。/n

【技术特征摘要】
1.一种锂负极或钠负极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供反钙钛矿固态电解质，将所述反钙钛矿固态电解质熔融后涂布于集流体表面，从而在所述集流体表面形成一层反钙钛矿固态电解质膜；
采用电化学方法将锂或钠沉积于所述集流体表面，获得锂负极或钠负极；
或者，
采用磁控溅射的方式将所述反钙钛矿固态电解质沉积在锂金属片或钠金属片表面，从而在锂金属片或者钠金属片表面形成一层反钙钛矿固态电解质膜，并由此获得锂负极或钠负极。


2.如权利要求1所述的锂负极或钠负极的制备方法，其特征在于，形成的所述反钙钛矿固态电解质膜的厚度为(1～5)μm。


3.如权利要求1所述的锂负极或钠负极的制备方法，其特征在于，当制备的是锂负极时，所述反钙钛矿固态电解质为LiRAP；当制备的是钠负极时，所述反钙钛矿固态电解质为NaRAP。


4.如权利要求3所述的锂负极或钠负极的制备方法，其特征在于，所述LiRAP为Li3OCl、Li3OBr、Li3OCl0.5Br0.5中的任一种；
所述NaRAP为Na3OBr、Na3OI中的任一种。


5.一种锂负极或钠负极，其特征在于，所述锂负极包括集流体、叠设于所述集流体表面的锂金属层，以及层叠叠设于所述锂金属层表面的反钙钛...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓永红，冯东宇，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