锂金属复合负极及其制备方法、锂金属电池和用电设备技术

一种锂金属复合负极及其制备方法、锂金属电池和用电设备，属于电池技术领域。锂金属复合负极包括负极本体、氟醚填充层以及氟醚包覆层，负极本体包括锂金属本体和位于锂金属本体内的三维导电骨架，锂金属本体和三维导电骨架电性接触；氟醚填充层位于锂金属本体和三维导电骨架之间的部分区域；氟醚包覆层包覆于负极本体表面且与氟醚填充层连接，其不仅能够有效缓解锂枝晶的形成以及有利于规模化生产，而且当其应用于固态和半固态锂金属电池时，可有效缓解界面接触损失的问题。缓解界面接触损失的问题。

【技术实现步骤摘要】
锂金属复合负极及其制备方法、锂金属电池和用电设备


[0001]本申请涉及电池
，具体而言，涉及一种锂金属复合负极及其制备方法、锂金属电池和用电设备。

技术介绍

[0002]锂金属具有高理论比容量(3860 mAh
•
g
−1)和低电极电势(
−
3.04 V vs SHE)等特点，是一种十分理想的负极材料，在高比能量锂二次电池中有着广泛的应用前景。但是锂金属具有较高反应活性，易与电解液发生反应，降低电池容量和稳定性；在充放电循环过程中，由于固体电解质界面膜（SEI）不稳定、电场分布不均匀、锂离子传质受限以及界面（成核）能过大等因素的存在，锂负极会形成锂枝晶，导致死锂的产生甚至电池短路，引发自燃等安全事故。
[0003]为了避免锂枝晶的形成，目前锂金属负极的相关改性方案主要是：1）金属合金化来构建三维网络骨架，如LiSn合金、LiMg合金。2）利用非原位方法在锂金属负极表面构造人工SEI膜。
[0004]但上述方式的不足之处在于：1）采用金属元素和锂进行合金化无法有效解决固态、半固态电池中锂脱嵌过程带来接触损失问题；2）人工构造SEI膜需要进行额外的处理工序，不利于规模化量产。

技术实现思路

[0005]本申请提供了一种锂金属复合负极及其制备方法、锂金属电池和用电设备，其不仅能够有效缓解锂枝晶的形成以及有利于规模化生产，而且当其应用于固态/半固态锂金属电池时，可有效缓解界面接触损失的技术问题。
[0006]本申请的实施例是这样实现的：在第一方面，本申请示例提供了一种锂金属复合负极，其包括负极本体、氟醚填充层以及氟醚包覆层，负极本体包括锂金属本体和位于锂金属本体内的三维导电骨架，锂金属本体和三维导电骨架电性接触；氟醚填充层位于锂金属本体和三维导电骨架之间的部分区域；氟醚包覆层包覆于负极本体的表面且与氟醚填充层连接。
[0007]本申请示例提供的锂金属复合负极中，由于氟醚包覆层包覆于负极本体的表面，使得锂金属电池在循环使用过程中，氟醚包覆层中的氟原子能够和锂反应，从而在负极本体的表面形成致密且均匀的含有氟化锂的固体电解质界面膜（SEI），有效抑制锂枝晶的生长，提高锂金属复合负极的稳定性，进而提高锂金属电池的循环稳定性和使用寿命。并且由于氟醚具有良好的塑性，因此当氟醚填充层位于锂金属本体和三维导电骨架之间的部分区域时，其可起到类似粘结剂的作用，有利于锂金属和三维导电骨架、以及固态或半固态电解质实现并保持良好接触，并且在充放电不断脱嵌锂的过程中，这种良好接触仍能保持，因此当其应用于固态和半固态锂金属电池时，其可在抑制锂枝晶的生长的前提下有效缓解界面接触损失。
结合第一方面，在本申请提供的一些示例中，三维导电骨架为层状、网状和泡沫状中的至少一种。
[0008]结合第一方面，在本申请提供的一些示例中，三维导电骨架的材料包括碳材、非锂金属中的至少一种。
[0009]结合第一方面，在本申请提供的一些示例中，三维导电骨架由一维碳材搭接形成，一维碳材的长径比不小于100。
[0010]结合第一方面，在本申请提供的一些示例中，三维导电骨架与锂金属本体的接触界面形成有合金化复合层。
[0011]结合第一方面，在本申请提供的一些示例中，三维导电骨架的材料为碳材，合金化复合层为C
60
Li层。
[0012]结合第一方面，在本申请提供的一些示例中，氟醚包覆层的厚度为30 nm
‑
1μm。
[0013]结合第一方面，在本申请提供的一些示例中，负极本体中锂金属的含量为20wt%
‑
90wt%。
[0014]在第二方面，本申请示例提供了上述锂金属复合负极的制备方法，其包括：获得负极本体，其中锂金属本体和三维导电骨架之间的部分区域为间隙；将负极本体在液态的氟醚中浸泡，取出后在惰性气氛中干燥。
[0015]本申请示例提供的上述锂金属复合负极的制备方法采用上述浸泡的方式，有利于氟醚进入并填充间隙，也有利于使包覆于负极本体表面的部分氟醚包覆层的厚度均匀，不仅操作简单可控，制备难度低，有利于规模化生产，而且制备获得的锂金属复合负极不易产生锂枝晶，当其应用于固态/半固态锂金属电池中时可有效改善界面接触损失。
[0016]结合第二方面，在本申请提供的一些示例中，氟醚包括不对称氟醚，不对称氟醚在醚键的两端具有不对称布置的官能团。
[0017]结合第二方面，在本申请提供的一些示例中，不对称氟醚包括：1
‑
乙氧基
‑2‑
（1,1,2,2
‑
四氟乙氧基）乙烷、1
‑
异丙氧基
‑
1,1,2,2
‑
四氟乙烷、乙基全氟乙基醚、四氟乙基乙基醚、1
‑
(1,1,2,2
‑
四氟乙氧基)丙烷。
[0018]结合第二方面，在本申请提供的一些示例中，制备方法还包括：浸泡的过程中，加热氟醚至预设温度，预设温度小于氟醚的沸点温度。
[0019]结合第二方面，在本申请提供的一些示例中，浸泡的时间为5
‑
24h。
[0020]结合第二方面，在本申请提供的一些示例中，负极本体的制备方法包括：将三维导电骨架的原料置于两层锂金属之间，于惰性气氛下压制所得；压制的压力不低于5kg，压制的时间不低于20min。结合第二方面，在本申请提供的一些示例中，压制的压力为5
‑
10kg，压制的时间为20
‑
60min。
[0021]结合第二方面，在本申请提供的一些示例中，锂金属为锂箔。
[0022]在第三方面，本申请示例提供了一种锂金属电池，其包括本申请第一方面提供的锂金属复合负极，其中锂金属电池为液态锂金属电池、半固态锂金属电池以及固态锂金属电池中的任一种。
[0023]在第四方面，本申请示例提供了一种用电设备，其包括本申请第三方面提供的锂金属电池，锂金属电池用于提供电能。
具体实施方式
[0024]下面将结合实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0025]以下针对本申请实施例的锂金属复合负极及其制备方法、锂金属电池和用电设备进行具体说明：在第一方面，本申请示例提供了一种锂金属复合负极，其包括负极本体、氟醚填充层以及氟醚包覆层。
[0026]其中负极本体包括锂金属本体和位于锂金属本体内的三维导电骨架，锂金属本体和三维导电骨架电性接触；氟醚填充层位于锂金属本体和三维导电骨架之间的部分区域；氟醚包覆层包覆于负极本体表面且与氟醚填充层连接。
[0027]本申请示例提供的锂金属复合负极中，由于氟醚包覆层包覆于负极本体的表面，使得锂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂金属复合负极，其特征在于，包括：负极本体，所述负极本体包括锂金属本体和位于所述锂金属本体内的三维导电骨架，所述锂金属本体和所述三维导电骨架电性接触；氟醚填充层，位于所述锂金属本体和所述三维导电骨架之间的部分区域；以及氟醚包覆层，包覆于所述负极本体的表面且与所述氟醚填充层连接。2.根据权利要求1所述的锂金属复合负极，其特征在于，所述三维导电骨架为层状、网状和泡沫状中的至少一种。3.根据权利要求1所述的锂金属复合负极，其特征在于，所述三维导电骨架的材料包括碳材、非锂金属中的至少一种。4.根据权利要求1所述的锂金属复合负极，其特征在于，所述三维导电骨架由一维碳材搭接形成，所述一维碳材的长径比不小于100。5.根据权利要求1
‑
4任意一项所述的锂金属复合负极，其特征在于，所述三维导电骨架与所述锂金属本体的接触界面形成有合金化复合层。6.根据权利要求5所述的锂金属复合负极，其特征在于，所述三维导电骨架的材料为碳材，所述合金化复合层为C
60
Li层。7. 根据权利要求1
‑
4任意一项所述的锂金属复合负极，其特征在于，所述氟醚包覆层的厚度为30 nm
‑
1μm。8.根据权利要求1
‑
4任意一项所述的锂金属复合负极，其特征在于，所述负极本体中锂金属的含量为20wt%
‑
90wt%。9.如权利要求1所述的锂金属复合负极的制备方法，其特征在于，包括：获得所述负极本体，其中所述锂金属本体和所述三维导电骨架之间的所述部分区域为间隙；将所述负极本体在液态的氟醚中浸泡，取出后在惰性气氛中干燥。10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述氟醚包括不对称氟醚，所述不对称氟醚在醚键的两端具有不对称布置的官能团。11.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：凌沛全，史刘嵘，李进，吴承仁，
申请(专利权)人：广汽埃安新能源汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：