一种由复合SEI层改性的锂金属阳极及其制备方法技术

本发明专利技术提供的一种由复合SEI层改性的锂金属阳极及其制备方法，包括锂金属和生长在锂金属表面由Li3Sb/LiF复合颗粒组成的复合SEI层，Li3Sb/LiF复合颗粒的尺寸为400～600nm，Li3Sb与LiF的质量比为3:7；制备方法为三氟化锑加入二甲醚中得到Sb

【技术实现步骤摘要】
一种由复合SEI层改性的锂金属阳极及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂金属电池领域，具体而言，涉及一种由复合SEI层改性的锂金属阳极及其制备方法。

技术介绍

[0002]由于锂(Li)阳极具有高的理论比容量(3860mAh g
‑1)和最低的电极电势 (
–
3.04V，相对标准氢电极)，因此，锂金属电池被认为是极具发展前景和应用前景的下一代新能源储能器件之一。然而，当Li阳极接触液态有机电解质时，会与有机和无机成分自发反应，在其表面形成固体电解质中间相(SEI)层。这种自然形成的SEI层具有快速Li
+
传导的局部尖端，导致不均匀Li沉积，形成的 Li枝晶会使得循环过程中产生的脆性SEI层破裂。因此，新鲜的Li阳极表面将再次暴露于电解质中，并造成更多的副反应。更重要的是，在高电流密度下， Li
+
在SEI层中的传输动力学严重受限，导致更明显的Li枝晶问题。
[0003]氟化锂(LiF)是SEI层中的主要成分，具有低电子电导率和高化学稳定性，是Li阳极表面的良好钝化层。然而，LiF组分的离子电导率较差(<10
‑9S cm
‑1)，远低于SEI层中的其他无机组分(如Li2O、Li2CO3)的离子电导率。LiF的高 Li
+
扩散能垒导致Li
+
的传输动力学受限(特别是在高电流密度下)，并造成不稳定的Li电镀/剥离性能。因此，构造更稳定的富含LiF的SEI层对于增强Li
+r/>在 SEI层中的扩散动力学以实现稳定的Li电镀/剥离至关重要。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的缺陷和不足，本专利技术提供一种由复合SEI层改性的锂金属阳极及其制备方法，并将该锂金属阳极直接应用于Li金属电池，解决了Li 金属电池在高电流密度下Li
+
传输动力学缓慢及Li电镀/剥离循环稳定性差的技术问题。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种由复合SEI层改性的锂金属阳极，其特征在于，包括锂金属和生长在锂金属表面的复合SEI层，所述复合SEI层由Li3Sb/LiF复合颗粒组成，Li3Sb/LiF 复合颗粒中Li3Sb与LiF的质量比为3:7，Li3Sb/LiF复合颗粒的尺寸为400～600nm。
[0007]进一步地，所述复合SEI层的厚度为2～10μm。
[0008]一种制备上述由复合SEI层改性的锂金属阳极的方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0009]步骤1：抛光Li金属，并干燥；
[0010]步骤2：将三氟化锑(SbF3)加入二甲醚(DME)中，搅拌后得到Sb
3+
的浓度为1～50mmol/L的Sb
3+
前驱体溶液；
[0011]步骤3：将步骤1所得Li金属浸泡在步骤2所得Sb
3+
前驱体溶液中180～360 s，取出后用DME清洗表面残留物，干燥后得到由复合SEI层改性的锂金属阳极。
[0012]进一步地，步骤1中抛光的具体步骤为使用尼龙刷在四氢呋喃(THF)中抛光。
[0013]进一步地，步骤3中干燥的温度为40～60℃。
[0014]本专利技术的有益效果为：
[0015]本专利技术制备了一种由复合SEI层改性的锂金属阳极，在Li3Sb和LiF的协同作用下，加快复合SEI层中Li
+
的传输动力学，并在复合SEI层和锂金属的界面上发生均匀的Li沉积；复合SEI层与锂金属阳极间具有高界面机械强度，可有效稳定锂金属阳极，并在重复的Li剥离/镀覆过程中防止枝晶生长。
附图说明
[0016]图1为本专利技术实施例1制得的由复合SEI层改性的锂金属阳极的XRD图；
[0017]图2为本专利技术实施例1制得的由复合SEI层改性的锂金属阳极的SEM图，(a) 为100μm分辨率下的SEM图，(b)为5μm分辨率下的SEM图，(c)为20μm 分辨率下的截面SEM图；
[0018]图3为本专利技术实施例1制得的由复合SEI层改性的锂金属阳极应用在对称电池中的循环性能测试图，并与纯锂金属阳极对称电池作对比。
具体实施方式
[0019]下面结合附图和实施例，详述本专利技术的技术方案。
[0020]实施例1
[0021]本实施例提供一种由复合SEI层改性的锂金属阳极的制备方法，其制备过程如下：
[0022]步骤1：使用尼龙刷在四氢呋喃(THF)溶剂中抛光Li箔，去除表面氧化物，并干燥；
[0023]步骤2：将三氟化锑(SbF3)加入二甲醚(DME)中，搅拌1h后得到Sb
3+
的浓度为5mmol/L的Sb
3+
前驱体溶液；
[0024]步骤3：将步骤1所得Li箔浸泡在步骤2所得Sb
3+
前驱体溶液中180s，取出后用DME清洗表面残留物，在60℃下干燥12h后，得到由复合SEI层改性的锂金属阳极。
[0025]实施例2
[0026]按照实施例1的步骤制备由复合SEI层改性的锂金属阳极，仅将步骤2中 Sb
3+
的浓度为5mmol/L的Sb
3+
前驱体溶液，调整为Sb
3+
的浓度为1mmol/L的Sb
3+
前驱体溶液；其他步骤不变。
[0027]实施例3
[0028]按照实施例1的步骤制备由复合SEI层改性的锂金属阳极，仅将步骤2中 Sb
3+
的浓度为5mmol/L的Sb
3+
前驱体溶液，调整为Sb
3+
的浓度为10mmol/L的 Sb
3+
前驱体溶液；其他步骤不变。
[0029]实施例4
[0030]按照实施例1的步骤制备由复合SEI层改性的锂金属阳极，仅将步骤2中 Sb
3+
的浓度为5mmol/L的Sb
3+
前驱体溶液，调整为Sb
3+
的浓度为50mmol/L的 Sb
3+
前驱体溶液；其他步骤不变。
[0031]实施例5
[0032]按照实施例1的步骤制备由复合SEI层改性的锂金属阳极，仅将步骤3中浸泡在步骤2所得Sb
3+
前驱体溶液中180s，调整为360s；其他步骤不变。
[0033]采用本专利技术实施例1制得的由复合SEI层改性的锂金属阳极组装对称电池，进行稳定性测试，得到的相关表征和性能测试结果如下：
[0034]由图1可以看出，本实施例所得由复合SEI层改性的锂金属阳极中的衍射峰位于23.5
°
、27.2
°
、48.0
°
、61.6
°
和70.2
°
，依次对应于Li3Sb(JCPDS卡片：89
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种由复合SEI层改性的锂金属阳极，其特征在于，包括锂金属和生长在锂金属表面由Li3Sb/LiF复合颗粒组成的复合SEI层，Li3Sb/LiF复合颗粒中Li3Sb与LiF的质量比为3:7，Li3Sb/LiF复合颗粒的尺寸为400～600nm。2.根据权利要求1所述由复合SEI层改性的锂金属阳极，其特征在于，所述复合SEI层的厚度为2～10μm。3.一种由复合SEI层改性的锂金属阳极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：抛光Li金属，并干燥；步骤2：将三氟化锑加入二甲醚中，搅拌后得到Sb
3+
的浓度为1～50mmol/L的Sb

【专利技术属性】
技术研发人员：熊杰，胡安俊，雷天宇，陈伟，胡音，王显福，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：