一种锂金属电池负极界面修饰层的制备方法技术

本发明专利技术属于锂电池负极材料技术领域，公开了一种锂金属电池负极界面修饰层的制备方法，包括以下步骤：先将碘酸镧溶于或分散于无水的惰性有机溶剂中，然后采用滴涂法将碘酸镧的混合溶液滴在锂金属电池负极锂的表面，即得到保护负极界面的修饰层。本发明专利技术在锂金属电池的金属锂负极表面引入一层碘酸镧的保护层；镧金属的掺杂能抑制锂枝晶生长，碘酸根能有效减少死锂的累计生成，从而提高锂金属电池的利用率和循环寿命。循环寿命。循环寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种锂金属电池负极界面修饰层的制备方法


[0001]本专利技术涉及锂电池负极材料
，具体为一种锂金属电池负极界面修饰层的制备方法。

技术介绍

[0002]随着工业的不断发展，传统的矿物燃料在燃烧中会产生大量的有害气体和烟尘，不仅严重影响着自然环境和社会环境，对人类的生存环境也构成巨大威胁；同时，以锂离子电池为代表的先进储能领域逐渐得到大家的关注。目前，以石墨为负极的锂离子电池的能量密度逐渐接近理论极限(金属锂负极的极高理论容量(3860mAh g
‑1)和最负的电势(
‑
3.040V vs.标准氢电极))；若提供一种新的负极材料，是有望能提升锂电池的能量密度的。但锂金属负极在充放电过程中发现有锂枝晶的生成，可能会刺穿隔膜造成电池短路，且枝晶的生成也会造成死锂的出现，极大地影响了锂电池的安全性和实用性。因此，如何抑制锂枝晶生长和减少死锂的生成对锂金属负极的研究具有重要意义。
[0003]目前，陶新永教授团队利用碘介质氧化还原激活锂金属负极中的死锂(Nature Energy,2021,6,378
–
387),但其没有从根本上解决枝晶的生长；宋江选教授课题组使用La掺杂锂金属负极，实现光滑、致密、无枝晶的沉积形态(Advanced Materials,2023,2211032.),但仍存在枝晶和死锂的生成。因此，如何得到一种有效的方法同时抑制枝晶生长和减少死锂的累计，提高锂金属的利用率和循环寿命是本领域亟需解决的问题之一。

技术实现思路

[0004]本专利技术意在提供一种锂金属电池负极界面修饰层的制备方法，在锂金属电池的金属锂负极表面引入一层碘酸镧的保护层；镧金属的掺杂能抑制锂枝晶生长，碘酸根能有效减少死锂的累计生成，从而实现提高锂金属电池的利用率和循环寿命。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种锂金属电池负极界面修饰层的制备方法，包括以下步骤：
[0007]先将碘酸镧溶于或分散于无水的惰性有机溶剂中，然后采用滴涂法将碘酸镧的混合溶液滴在锂金属电池负极锂的表面，即得到保护负极界面的修饰层。
[0008]进一步地，所述碘酸镧的质量浓度为0.01％～10％。
[0009]进一步地，所述碘酸镧的质量浓度为0.1％～1％。
[0010]进一步地，所述惰性有机溶剂为二甲基亚砜、N
‑
甲基吡咯烷酮、四氢呋喃、二甲醚和N,N
‑
二甲基甲酰胺中的一种或几种。
[0011]进一步地，所述惰性有机溶剂为二甲基亚砜。
[0012]进一步地，所述滴涂法是将碘酸镧的混合溶液10ul～1ml滴在锂金属电池负极锂的表面，然后在25～120℃下干燥0.5～72h。
[0013]进一步地，所述滴涂法是将碘酸镧的混合溶液25ul～50ul滴在锂金属电池负极锂的表面，然后在60～90℃下干燥12～24h。
[0014]技术方案的有益效果是：
[0015]1、本专利技术在锂金属电池负极的锂表面滴加碘酸镧溶液，碘酸镧生成的碘介质I3‑
可以自发地破坏移除死锂和固体电解质膜中的氧化锂，生成可溶性的碘化锂和碘酸根离子等。碘酸锂可以通过与新鲜锂的反应将氧化锂搬运到锂表面，作为健康的固体电解质膜组分；I3‑
可以将金属态死锂碎片转化为碘化锂；而碘化锂作为I3‑
和死锂及固体电解质的主要反应产物，将锂源转运到正极，与锂脱嵌状态的正极反应，重新生成I3‑
，而锂离子重新嵌入正极，并在充电过程中被重新利用；
[0016]2、本专利技术在锂金属电池负极的锂表面滴加碘酸镧溶液，其中镧(La)掺杂锂金属负极，优先生长晶面由(110)晶面转变为(200)晶面，促使锂沉积时二维生长，因此，La的掺杂可以降低锂金属对电解质的反应性，使电极和电解质之间的稳定界面形成，形成光滑、致密、无枝晶的沉积形态；
[0017]3、本专利技术提供的锂金属电池负极界面修饰层的制备方法简单，易于操作，对环境/设备条件要求低，制备出的表面改性的金属锂负极材料在锂电池中能够有效提高电池的库伦效率。
附图说明
[0018]图1为利用本专利技术一种锂金属电池负极界面修饰层的制备方法在锂金属电池负极金属锂截面SEM图；
[0019]图2为本专利技术实施例1中锂锂对称电池的循环曲线；
[0020]图3为本专利技术实施例2中锂对磷酸铁锂的电池的电化学性能图；
[0021]图4为本专利技术实施例3中循环后锂负极的SEM图；
[0022]图5为实施例4中循环后锂负极的SEM图；
具体实施方式
[0023]下面结合附图和实施方式对本专利技术作进一步的详细说明：
[0024]实施例1
[0025]将碘酸镧溶于二甲基亚砜有机溶剂中，溶液浓度为0.1％，然后采用滴涂法在将碘酸镧的混合溶液30微升滴在金属锂表面，置于90℃的加热台上烘干24h。得到的锂金属电池负极金属锂截面SEM图如图1所示，将此锂片组装成锂锂对称电池，以2mA cm
‑2电流密度循环300h后，充放电曲线如图2所示，无明显枝晶生长。
[0026]实施例2
[0027]将碘酸镧分散于二甲醚有机溶剂中，溶液浓度为1％，然后将碘酸镧的混合溶液100微升滴在金属锂表面，置于120℃的加热台上烘干12h。将此锂片组装成锂对磷酸铁锂的电池，循环1500次后，电化学性能如图3所示，无明显的锂枝晶生成。
[0028]实施例3
[0029]将碘酸镧分散于无水的四氢呋喃溶剂中，溶液浓度为0.5％，然后将碘酸镧的混合溶液80微升滴在金属锂表面，置于80℃的加热台上烘干15h。将此锂片组装成将此锂片组装成锂空电池时，在5000次循环过程中，锂片表面无枝晶生长，拆开后锂表面的SEM图如图4所示，电极的利用率达到99.9％。
[0030]实施例4
[0031]将碘酸镧分散于无水的二甲醚溶剂中，溶液浓度为2％，然后将碘酸镧的混合溶液200微升滴在金属锂表面，置于常温下烘干48h。将此锂片组装成锂
‑
三元富镍正极电池时，在200次循环过程后，拆开后锂表面的SEM图如图5所示，锂片表面无枝晶生长，电极的利用率达到99.9％。
[0032]以上所述的仅是本专利技术的实施例，方案中公知的具体技术方案或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本专利技术技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本专利技术的保护范围，这些都不会影响本专利技术实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂金属电池负极界面修饰层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：先将碘酸镧溶于或分散于无水的惰性有机溶剂中，然后采用滴涂法将碘酸镧的混合溶液滴在锂金属电池负极锂的表面，即得到保护负极界面的修饰层。2.根据权利要求1所述的一种锂金属电池负极界面修饰层的制备方法，其特征在于，所述碘酸镧的质量浓度为0.01％～10％。3.根据权利要求2所述的一种锂金属电池负极界面修饰层的制备方法，其特征在于，所述碘酸镧的质量浓度为0.1％～1％。4.根据权利要求1所述的一种锂金属电池负极界面修饰层的制备方法，其特征在于，所述惰性有机溶剂为二甲基亚砜、N
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甲基吡咯烷酮...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈昌东，杨成浩，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：