一种无枝晶全固态电池用锂负极及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及锂离子电池技术领域，具体为一种无枝晶全固态电池用锂负极及其制备方法和应用，包括金属锂和涂覆在金属锂上的镁盐；镁盐原位形成金属

【技术实现步骤摘要】
一种无枝晶全固态电池用锂负极及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，具体为一种无枝晶全固态电池用锂负极及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]随着社会的发展及进步，能源紧缺和环境污染现象愈加严重，为了提升能源的利用率，人们对于储能器件的需求日益提高。锂离子电池是目前最具有发展前景的电池，它具有低自放电、无记忆性、工作范围宽等优点，但也存在着能量密度普遍较低的缺点，因而在其商用化的过程中受到了一定的限制。
[0004]在锂离子电池中，金属锂负极更具有发展潜力，它具有质轻(0.534g/cm3)、理论比容量高(3860mAh/g)、电化学电位低(
‑
3.040V/vs.标准氢电极)等优点，更为重要的是，金属锂负极能够与硫、硒、五氧化二钒、氧气等无锂高容量正极匹配构成高能量密度电池体系，但是其最大的问题在于电池在充放电过程中会产生锂枝晶，不利于电池的循环稳定性和库伦效率的提升，还会存在安全问题。
[0005]目前，为了抑制锂枝晶的形成，最常用的方式有三种，分别是：电解质体系的改良、金属负极界面改性和金属负极结构设计。然而，液态电解质会不可避免地与电极发生反应，造成电解质的大量损耗；固态电解质会增大界面间阻抗，不利于界面的润湿；尽管是半固态电解质，它还是会存在液态组分的消耗，进一步使得电解质与电极分离；金属负极结构的设计主要针对集流体进行结构化，但是此过程制备成本较高，且存在易被氧化的缺点，故应用起来也不是十分成熟。相比较来看，界面改性的方法简单易操作且理论可行性高，但是，常见的在锂负极表面覆盖一层保护层，在循环的过程中容易脱落。因此，急需寻找一种新方法在保证电池性能的前提下有效地抑制锂枝晶。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术存在的上述问题，本公开提供了一种无枝晶全固态电池用锂负极及其制备方法和应用，利用镁盐原位形成金属
‑
非金属混合导体的复合材料SEI膜抑制枝晶生长。
[0007]具体地，本公开的技术方案如下所述：
[0008]在本公开的第一方面，一种无枝晶全固态电池用锂负极，包括金属锂和涂覆在金属锂上的镁盐；镁盐原位形成金属
‑
非金属混合导体的复合材料SEI膜；所述SEI膜包括锂离子的快离子导体和金属的电子导体。
[0009]在本公开的第二方面，一种无枝晶全固态电池用锂负极的制备方法，包括：对金属锂进行预处理；将镁盐滴涂到金属锂上，晾干后即得。
[0010]在本公开的第三方面，一种无枝晶全固态金属锂电池，包括上述金属锂负极、正极、锂离子电池全固态电解质。
[0011]在本公开的第四方面，一种无枝晶全固态金属锂电池和/或一种无枝晶全固态电池用锂负极的制备方法在新能源行业领域的应用。
[0012]本公开中的一个或多个技术方案具有如下有益效果：
[0013](1)、本公开提供的无枝晶全固态电池用锂负极，结合金属阳离子改性和电子、离子导体改性的二重优势，制备形成的SEI膜含有锂离子的快离子导体和金属的电子导体，可以同时加快锂离子和电子的传输速率。
[0014](2)、本公开制备形成的SEI膜中的锂镁合金中的镁可以降低初始形核势垒，实现了均匀的无枝晶锂沉积，有利于消除锂沉积时产生的内在应力。相比于传统的人工SEI膜改性方法制备的SEI膜，本公开的SEI膜不仅结合力强，不易脱落，而且该SEI膜更薄，厚度仅仅为10nm～1um，这对于全固态电池而言具有较高的优势。
[0015](3)、本公开提出的方法可以有效的抑制锂枝晶的形成，在提升电池循环性能和能量密度的同时，消除了安全隐患。
[0016](4)、本公开提出的方法通过简单的涂覆即可完成对金属锂的改性，制备工艺十分简单，非常利于工业化大规模的生产。
附图说明
[0017]构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
[0018]以下，结合附图来详细说明本公开的实施方案，其中：
[0019]图1：为实施例1制备的全固态锂硫电池在55℃的循环测试图；
[0020]图2：为对比例1中沉积30mAh/cm2的锂到锂片上的扫描电镜图；
[0021]图3：为实施例9中沉积30mAh/cm2的锂到涂覆有镁盐的锂片上的扫描电镜图。
具体实施方式
[0022]下面结合具体实施例，进一步阐述本公开。应理解，这些实施例仅用于说明本公开而不用于限制本公开的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。
[0023]除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。本专利技术所使用的试剂或原料均可通过常规途径购买获得，如无特殊说明，本专利技术所使用的试剂或原料均按照本领域常规方式使用或者按照产品说明书使用。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本专利技术方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。
[0024]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作和/或它们的组合。
[0025]正如
技术介绍
所介绍的，常见的在锂负极表面覆盖一层保护层，在循环的过程中
容易脱落，并且，由于SEI膜较厚难以实现全固态电池中较快的离子、电子传输，导致电化学性能较差，为了解决上述问题，本公开提供了一种无枝晶全固态电池用锂负极及其制备方法和应用。
[0026]在本公开的一种实施方式中，一种无枝晶全固态电池用锂负极，包括金属锂和涂覆在金属锂上的镁盐；镁盐原位形成金属
‑
非金属混合导体的复合材料SEI膜；所述SEI膜包括锂离子的快离子导体和金属的电子导体。
[0027]进一步地，所述金属锂靠近固态电解质膜一侧涂覆镁盐，进行表面改性。仅仅在靠近固态电解质膜的一侧进行表面改性，有利于保持金属锂的活性，防止金属锂被大面积刻蚀，从而对电池性能的提升产生消极影响。
[0028]进一步地，所述金属锂选自锂箔、锂片、锂带、锂块、锂粉，制备时，可根据具体情况进行选择，优选的，为锂箔。理论上讲，较为光滑的锂表面有利于获得无缺陷的SEI膜，但是，如果将锂粉等压制成片，也能够实现对金属锂较佳的改性，从而拓展了应用范围。
[0029]进一步地，所述镁盐选自MgI2、MgCl2、MgF2、MgBr2、MgCO3、Mg3N2、MgSO4，优选的，为MgI2。
[0030]进一步地，所述镁盐的浓本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无枝晶全固态电池用锂负极，其特征是，包括金属锂和涂覆在金属锂上的镁盐；镁盐原位形成金属
‑
非金属混合导体的复合材料SEI膜；所述SEI膜包括锂离子的快离子导体和金属的电子导体。2.如权利要求1所述的一种无枝晶全固态电池用锂负极，其特征是，所述金属锂靠近固态电解质膜一侧涂覆镁盐，进行表面改性。3.如权利要求1所述的一种无枝晶全固态电池用锂负极，其特征是，所述金属锂选自锂箔、锂片、锂带、锂块、锂粉；优选的，为锂箔；进一步地，所述镁盐选自MgI2、MgCl2、MgF2、MgBr2、MgCO3、Mg3N2、MgSO4，优选的，为MgI2。4.如权利要求1所述的一种无枝晶全固态电池用锂负极，其特征是，所述镁盐的浓度为0.01mol/L～0.1mol/L，优选的，为0.01mol/L；进一步地，所述镁盐在金属锂上的负载量为8
×
10
‑7～8
×
10
‑6mol/cm2，优选的，为8
×
10
‑7mol/cm2。5.如权利要求1所述的一种无枝晶全固态电池用锂负极，其特征是，所述金属
‑
非金属混合导体的复合材料包括锂镁合金和金属锂；进一步地，所述SEI膜的厚度为10nm～1um。6.一种无枝晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯金奎，王婧妍，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：