一种负极及其制备方法、固态电池和用电设备技术

本发明专利技术涉及锂电池材料技术领域，尤其是涉及一种负极及其制备方法、固态电池和用电设备。一种负极，包括金属锂层及处于所述金属锂层至少一个表面上的修饰层；所述修饰层包括有机物以及非金属锂化物，所述有机物包含卤素以及醚基，所述修饰层的算数平均粗糙度为0.05～1.6nm。本发明专利技术的负极，在金属锂层上修饰有特定的有机物和非金属锂化物，能够减少固态电解质与金属锂的直接接触，降低界面阻抗，有利于锂离子的沉积，从而提高电池的利用率和循环寿命。命。命。

【技术实现步骤摘要】
一种负极及其制备方法、固态电池和用电设备


[0001]本专利技术涉及锂电池材料
，尤其是涉及一种负极及其制备方法、固态电池和用电设备。

技术介绍

[0002]一直以来，锂金属负极被认为是提高锂电池能量密度的优选负极，因为锂负极具有很低的电化学势(
‑
3.04V vs.SHE)、较低的密度(0.53g
·
cm
‑1)和很高的理论容量(3860mAh
·
g
‑1)。但是，锂金属非常活泼且极易与其他物质发生反应，同时易在表面形成锂枝晶，在电池循环过程中锂枝晶易刺穿电解质，从而导致内部短路和严重的安全问题。
[0003]采用高强度的固态电解质来制备全固态电池，有望实现金属锂负极的应用并提高电池的能量密度。然而，绝大多数的固态电解质对锂金属不稳定，在电池循环过程中，会形成一层高阻抗的界面层。此外，固态电解质与金属锂接触较差，电流分布不均匀，从而促进锂枝晶的生长，枝晶穿过固态电解质的缝隙到达正极，导致电池发生短路。
[0004]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的一个目的在于提供一种负极，以解决现有技术中存在的固态电解质与锂金属负极的界面化学稳定性差、界面阻抗大等技术问题。
[0006]为了实现本专利技术的上述目的，采用以下技术方案：
[0007]一种负极，包括金属锂层及处于所述金属锂层至少一个表面上的修饰层；所述修饰层包括有机物以及非金属锂化物，所述有机物包含卤素以及醚基，所述修饰层的算数平均粗糙度为0.05～1.6nm。
[0008]进一步地，基于所述修饰层的质量，所述有机物的含量为0.1％～5％。
[0009]进一步地，所述修饰层的孔隙率为2％～10％。
[0010]进一步地，所述修饰层的厚度为0.05～2μm。
[0011]进一步地，在所述修饰层中，所述非金属锂化物的形态包括片状、颗粒状和线状中的任一种或多种。
[0012]进一步地，所述非金属锂化物的尺寸大小为5～500nm。
[0013]进一步地，所述非金属锂化物包括LiF、LiCl和LiBr中的任一种或多种。
[0014]本专利技术的另一目的在于提供了一种负极的制备方法，包括如下步骤：
[0015]将金属锂片与气态含有卤素的醚类化合物接触，得到所述负极。
[0016]本专利技术的又一目的在于提供一种固态电池，包括固态电解质以及上述任意一种所述的负极，所述固态电解质与负极之间的界面阻抗为50～160Ω。
[0017]本专利技术的又一目的在于提供一种用电设备，包括上述任意一种所述的固态电池，所述固态电池作为所述用电设备的供电电源。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0019](1)本专利技术的负极，在金属锂层上修饰有特定的有机物和非金属锂化物，能够减少固态电解质与金属锂的直接接触，降低界面阻抗，有利于锂离子的沉积，从而提高电池的利用率和循环寿命；
[0020](2)本专利技术的负极的制备方法，操作简便，条件温和，易于规模化制备；
[0021](3)本专利技术的负极与固态电解质界面的化学稳定性好，界面阻抗低，可用于固态电池，并作为供电电源用于用电设备，具有良好的电池利用率和循环寿命等。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，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。
[0023]图1为本专利技术实施例1制得的负极的修饰层表面F元素分布图；
[0024]图2为对比例3制得的负极的修饰层表面F元素分布图；
[0025]图3为本专利技术实施例1制得电池的循环性能测试图。
具体实施方式
[0026]下面将结合附图和具体实施方式对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。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。
[0027]本专利技术提供了一种负极，包括金属锂层及处于所述金属锂层至少一个表面上的修饰层；所述修饰层包括有机物以及非金属锂化物，所述有机物包含卤素以及醚基，所述修饰层的算数平均粗糙度为0.05～1.6nm。
[0028]本专利技术的负极中，在金属锂层上修饰有特定基团的有机物和非金属锂化物，能够减少固态电解质与金属锂的直接接触，降低界面阻抗，从而进一步改善锂的沉积/溶出行为，使电池获得更好的安全性能和循环性能。具体地，非金属锂化物具有优异的锂离子传输性能，降低极片内阻，且还能够引导锂离子的脱嵌，使得电场分布均匀，避免锂枝晶的生长，另外修饰层中的有机物所含有的醚基有助于极片对电解液的浸润性能。卤素能够钝化锂金属，有效抑制电极与电解液的副反应。另外，修饰层的算数平均粗糙度为0.05～1.6nm，可以表明修饰层紧密并均匀地与金属锂层结合，据此能够进一步有效阻隔金属锂负极与固态电解质的接触，同时降低锂离子在脱嵌过程中发生尖端放电的概率，降低锂枝晶的生长，提高电池的循环稳定性能。
[0029]在一些实施例中，有机物包括1,1,2,2
‑
四氟乙基乙基醚、1,1,2,2
‑
四氟乙基
‑
2,2,2
‑
三氟乙基醚、氯甲基甲醚、氯甲基乙醚和2
‑
溴乙基甲基醚中的至少一种。
[0030]在本专利技术的一些具体实施方式中，基于所述修饰层的质量，所述有机物的含量为0.1％～5％。
[0031]如在不同实施方式中，基于所述修饰层的质量，所述有机物的含量可以示例性的为0.1％、0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％中的一项或任意两项的范围值；在修饰层中有机物的含量满足上述要求时，可兼顾保证极片具有较优的浸润性能的情况下，还可以保证锂离子的均匀沉积，避免锂枝晶的生长。
[0032]在本专利技术的一些具体实施方式中，所述修饰层的孔隙率为2％～10％。
[0033]如在不同实施方式中，所述修饰层的孔隙率可以示例性的为2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％中的一项或任意两项的范围值。在上述孔隙范围时，有利于提高极片的浸润性能，降低电池内阻。
[0034]本专利技术的修饰层具有较高的致密度，能够有效阻隔金属锂负极与固态电解质的接触。
[0035]在本专利技术的一些具体实施方式中，所述修饰层的厚度为0.05～2μm。
[0036本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负极，其特征在于，包括金属锂层及处于所述金属锂层至少一个表面上的修饰层；所述修饰层包括有机物以及非金属锂化物，所述有机物包含卤素以及醚基，所述修饰层的算数平均粗糙度为0.05～1.6nm。2.根据权利要求1所述的负极，其特征在于，基于所述修饰层的质量，所述有机物的含量为0.1％～5％。3.根据权利要求2所述的负极，其特征在于，所述修饰层的孔隙率为2％～10％。4.根据权利要求1所述的负极，其特征在于，所述修饰层的厚度为0.05～2μm。5.根据权利要求1所述的负极，其特征在于，在所述修饰层中，所述非金属锂化物的形态包括片状、颗粒状和线状中的任一种或多种。6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁世硕，康树森，李臻，宋飞飞，冯静，
申请(专利权)人：欣旺达电动汽车电池有限公司，
类型：发明
国别省市：