一种嵌段弹性体锂金属修饰层的制备方法、产品及应用技术

本发明专利技术属于锂金属负极相关技术领域，并公开了一种嵌段弹性体锂金属修饰层的制备方法、产品及应用。该制备方法包括下列步骤：S1选取85～99份氟代丙烯酸酯，1～15份交联剂搅拌均匀，然后加入总质量分数0.5％～5％的光引发剂，搅拌至澄清，形成澄清的混合溶液；S2将选取的电解质盐加入到所述澄清的混合溶液中，搅拌形成前驱体溶液；S3将所述前驱体溶液涂覆在锂金属表面，固化，以此在所述锂金属表面形成嵌段弹性体涂覆层。本发明专利技术还公开了上述制备方法获得的产品及产品的应用。通过本发明专利技术，解决金属锂负极枝晶生长的问题。属锂负极枝晶生长的问题。属锂负极枝晶生长的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种嵌段弹性体锂金属修饰层的制备方法、产品及应用


[0001]本专利技术属于锂金属负极相关
，更具体地，涉及一种嵌段弹性体锂金属修饰层的制备方法、产品及应用。

技术介绍

[0002]能源的储存利用贯穿整个人类的发展史，对人类文明的发展具有极其重要的作用。我国的可再生能源丰富，如风能、太阳能等，但是开发利用的程度很低。而且这类能源的供应具有间歇性、随机性，所以需要开发出先进储能系统，在此类能源能大量稳定供应时将冗余电能储存，然后根据需求将电能输入电网，保证电网的稳定供电。今年夏天，有水电第一大省之称的四川在长时间干旱的情况下也进行拉闸限电。此外由于笔记本电脑、智能手机、平板电脑数码产品的普及，还有新兴的远程医疗和远程学习技术以及新能源汽车对高能量密度以及高安全电池的迫切需求，这些使得电池储能在过去几十年里一直是人们讨论和研究的热点。
[0003]传统锂离子电池(LIB)利用易燃液体电解质和碳负极，存在能量密度不足和潜在的安全隐患等问题。为了实现更高的能量密度，锂金属由于其高比容量(～3800mA h/g)和极低的电化学势(
‑
3.040V与标准氢电极相比)而被认为是最具潜力的负极材料。但是成本、安全性、储能密度、充放电率和使用寿命等问题继续困扰着锂电池的开发。尤其是循环过程中无法控制的锂枝晶生长和无限体积膨胀会导致电化学性能不佳和严峻的安全挑战。由于固态电解质的高机械强度和阻燃性，固态电池(SSB)有望完全解决使用碳酸盐电解质的传统锂金属基电池带来的安全性和枝晶问题。然而，最近的研究表明，即使面对具有高机械强度的固态电解质(SSE)，金属锂仍然表现出可怕的生长能力并造成电池最终失效，这表明全固态电池同样面对锂枝晶问题带来的挑战。目前，急需一种有效的方法去解决锂金属负极枝晶生长的问题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种嵌段弹性体锂金属修饰层的制备方法、产品及应用，解决金属锂负极枝晶生长的问题。
[0005]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种嵌段弹性体锂金属修饰层的制备方法，该制备方法包括下列步骤：
[0006]S1选取氟代丙烯酸酯类和交联剂混合，然后加入光引发剂，搅拌至澄清，形成澄清的混合溶液；
[0007]S2将选取的电解质盐加入到所述澄清的混合溶液中，搅拌形成前驱体溶液；
[0008]S3将所述前驱体溶液涂覆在锂金属表面，固化，以此在所述锂金属表面形成嵌段弹性体涂覆层。
[0009]进一步优选地，在步骤S2中，所述电解质盐为双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂或双三氟甲基磺酰亚胺锂一种或多种。
[0010]进一步优选地，在步骤S2中，所述电解质盐的浓度为0.2mol/L～2mol/L。
[0011]进一步优选地，在步骤S2中，所述搅拌是在室温下以200r/min～500r/min的转速下搅拌1h～5h。
[0012]进一步优选地，在步骤S3中，所述固化是采用紫外灯照射1min～120min。
[0013]进一步优选地，在步骤S3中，所述涂覆采用喷涂法、旋涂法、或刮涂法。
[0014]进一步优选地，在步骤S1中，所述氟代丙烯酸酯包括如下的至少一种:丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸
‑
2,2,3,3,4,4,4
‑
七氟代
‑
丁酯、丙烯酸七氟丁酯、甲基丙烯酸1H,1H,5H
‑
八氟戊酯、1H,1H,5H
‑
八氟戊基丙烯酸酯、丙烯酸2,2,2
‑
三氟乙酯、甲基丙烯酸2,2,3,3,3
‑
五氟丙酯；所述交联剂为乙氧化双酚A甲基丙烯酸双酯、双酚A丙三醇双甲基丙烯酸酯、双酚A二甲基丙烯酸酯、双酚甲乙氧基甲二甲基丙烯酸酯中的至少一种。
[0015]进一步优选地，所述氟代丙烯酸酯与交联剂的体积分数比例为(85～99)：(1～15)，所述光引发剂的质量分数为0.5％～5％。
[0016]按照本专利技术的另一个方面，提供了一种上述所述的制备方法制备获得的产品。
[0017]按照本专利技术的又一个方面，提供了一种上述所述的产品在液态电池、半固态电池以及全固态电池中的应用。
[0018]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具备下列有益效果：
[0019]1.本专利技术首先形成各部分性能的均一的前驱体溶液，然后在前驱体溶液中加入锂盐提高修饰层的锂离子电导率。锂金属修饰层不仅仅需要优异的机械性能，还需要起到均匀锂离子沉积的作用，如果修饰层传输锂离子的能力很差，将会使锂离子在界面处堆积，导致枝晶生长，锂金属表面修饰层的均匀程度同样会影响其抑制锂枝晶的能力，不均匀的修饰层将会使锂金属表面的机械性能以及传输锂离子的能力之间存在差异，从而不利于抑制锂枝晶的生长；
[0020]2.本专利技术提供的制备方法获得的锂金属表面修饰层，该有机层是一种具有弹性的聚合物，在放电过程中枝晶消失时它会回复与锂金属保持紧密接触；此外是因为它因为分子含有
‑
F还可以与锂金属反应生成LiF，由柔性聚合物基体和无机LiF填料组成的富LiF层不仅保证了与Li阳极的紧密接触并适应循环过程中的体积波动，而且还调节了Li沉积行为，使其能够抑制枝晶生长并阻断电解质与锂金属之间的副反应；
[0021]3.本专利技术由于原料中分子含有
‑
F还可以与锂金属反应生成LiF，该无机层能够均匀锂离子沉积，同样起到保护锂金属的作用，该修饰层能够有效阻挡电解质与锂之间的副反应并且不会影响到电池的性能，装配的半电池能够在更大电流下稳定循环，全电池能实现稳定长循环；
[0022]4.本专利技术提供的方法制备获得嵌段弹性体，该弹性体
‑
无机复合修饰层，整和有机固态电解质界面和无机固态电解质界面的优势，该有机修饰层是一种具有弹性的聚合物，可以在不需要额外加入无机物情况下，在锂金属表面原位形成无机
‑
有机复合的修饰层用来保护锂金属，弹性体可以在锂生长和回复过程中发生形变，一直与锂负极保持紧密接触，可以有效地保护锂金锂不被破坏。
附图说明
[0023]图1是按照本专利技术的优选实施例所构建的制备方法的流程图；
[0024]图2为实施例1修饰后锂金属负极表面的扫描电子显微镜图片；
[0025]图3是按照本专利技术的优选实施例1所构建的修饰后的锂金属负极截面的扫面电子显微镜图片；
[0026]图4为实施例1修饰后锂金属组装锂锂对称电池和未处理的性能对比图；
[0027]图5是按照本专利技术的优选实施例1所构建的修饰后的金属锂负极与三元正极材料组装得到的电池性能测试曲线。
具体实施方式
[0028]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仅用以解释本专利技术，并不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种嵌段弹性体锂金属修饰层的制备方法，其特征在于，该制备方法包括下列步骤：S1选取氟代丙烯酸酯类和交联剂混合，然后加入光引发剂，搅拌至澄清，形成澄清的混合溶液；S2将选取的电解质盐加入到所述澄清的混合溶液中，搅拌形成前驱体溶液；S3将所述前驱体溶液涂覆在锂金属表面，固化，以此在所述锂金属表面形成嵌段弹性体涂覆层。2.如权利要求1所述的一种嵌段弹性体锂金属修饰层的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述电解质盐为双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂或双三氟甲基磺酰亚胺锂一种或多种。3.如权利要求2所述的一种嵌段弹性体锂金属修饰层的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述电解质盐的浓度为0.2mol/L～2mol/L。4.如权利要求2或3所述的一种嵌段弹性体锂金属修饰层的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述搅拌是在室温下以200r/min～500r/min的转速下搅拌1h～5h。5.如权利要求1所述的一种嵌段弹性体锂金属修饰层的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，所述固化是采用紫外灯照射1min～120min。6.如权利要求1所述的一种嵌段弹性体锂金属修饰层的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，所述涂覆采用喷涂法、旋涂法、或刮涂法。7....

【专利技术属性】
技术研发人员：许恒辉，孔佳，黄云辉，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：