一种改善锂负极制造技术

本发明专利技术涉及一种改善锂负极

【技术实现步骤摘要】
一种改善锂负极/硫化物固体电解质界面的复合过渡层及制备方法


[0001]本专利技术涉及一种改善锂负极
/
硫化物固体电解质界面的复合过渡层及制备方法，属于新能源材料

。

技术介绍

[0002]锂金属凭借其高理论比容量
(3860mAh g
‑1)
一直被誉为下一代高比能锂电池的“圣杯”负极材料
。
然而，在固态电池中锂负极与硫化物电解质界面相容性差，导致电池内部枝晶生长
、
接触失效和化学反应等问题，从而使得硫化物基固态锂电池循环寿命短和安全风险高
。
[0003]现有技术通过锂负极改性策略包括采用合金化
、
锂负极结构设计
、
表面保护层或优化电解质组分等以上这些常用的改性方法，虽然可以一定程度上达到改善界面接触的目的，但生产中不具有可实现性
。
其中合金化
、
结构设计等方法材料利用率低，技术成熟度低，不适合规模化量产
。
目前对于锂负极上构建保护层策略，成本高
、
效果不够显著，而且锂离子沉积
/
剥离的特性并未得到提高，特别是在动态充放电循环过程中界面不断发生破坏修复，造成保护层脱落，最终电池失效
。
因此，构建稳定的界面层是实现锂金属在硫化物固态电池应用的重要手段
。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种改善锂负极
/<br/>硫化物固体电解质界面的复合过渡层及制备方法
。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下
。
[0006]一种改善锂负极
/
硫化物固体电解质界面的复合过渡层，所述复合过渡层为层状结构，自锂负极表面由下而上依次为
LiM
合金层和
LiF
层，
LiM
合金层的厚度为
10
～
200
微米，
LiF
层的厚度为
20
～
120
纳米，；
M
为
In、Al、Ag、Mg
和
Sn
中的一种以上
。
[0007]优选的，所述
LiM
合金层的厚度为
20
～
150
微米
。
[0008]优选的，所述
LiF
层的厚度为
30
～
80
纳米
。
[0009]本专利技术所述的一种改善锂负极
/
硫化物固体电解质界面的复合过渡层的制备方法，方法步骤包括：
[0010]在湿度小于等于5％的环境中，将高纯
M
金属片与锂负极接触贴合，向两者之间加入含
C
‑
F
键的锂盐溶液，完全浸润接触面，施加3～
10MPa
压力，静置接触时间为
0.5
～6小时；将锂负极从高纯金属片上剥离出来，干燥蒸发锂负极表面液体，在锂负极表面得到一种改善锂负极
/
硫化物固体电解质界面的复合过渡层；
[0011]其中，所述含
C
‑
F
键的锂盐溶液的浓度为1～
3mol/L。
[0012]优选的，所述高纯金属片
M
的纯度
≥99.9
％
。
[0013]优选的，所述锂负极的厚度为
30
微米～1毫米，纯度
≥99.9
％
。
[0014]优选的，所述含
C
‑
F
键的锂盐为双三氟甲磺酰亚胺锂
(LiTFSI)
或双氟磺酰亚胺锂
(LiFSI)。
[0015]优选的，所述含
C
‑
F
键的锂盐溶液的溶剂为碳酸酯类化合物
、
丁二腈或吡咯烷类离子液体
。
[0016]优选的，干燥时，首先在手套箱中干燥5～
15
小时，然后转移至真空干燥箱中
50
～
100℃
下干燥6～
12
小时
。
[0017]一种硫化物基全固态电池，所述电池的负极为表面具有所述复合过渡层修饰的锂负极
。
[0018]有益效果
[0019]本专利技术提供了一种改善锂负极
/
硫化物固体电解质界面的复合过渡层，通过在锂负极表面进行合金化处理后，原位生成
LiF
和
LiM
的复合过渡层
。
所述锂金属负极对硫化物固态电解质界面稳定，能够保证离子在界面处快速传输，且界面电荷
、
离子束能够均匀沉积
、
剥离，实现低界面电阻
。
具体地，所述材料结构中表面为
LiF
层
、
中间为合金相
、
下层为锂金属基体
。LiF
凭借低电子电导率阻止电子流入电解质
/
液，抑制其分界；合金相具有高离子扩散速率和抑制界面固固界面演变而形成孔隙等缺陷，实现低界面电荷转移阻抗；同时，合金相和氟化锂可改善锂离子剥离
/
沉积特性，改善界面离子流和电荷均匀分布，从而达到抑制枝晶生长问题；合金相中丰富的锂源弥补正极活性锂的损失，保证电池高容量优势
。
[0020]本专利技术提供了一种改善锂负极
/
硫化物固体电解质界面的复合过渡层，各层结构厚度需要控制在合理范围内，层结构太薄不利于隔绝电子，造成硫化物电解质在负极侧还原形成厚界面膜，同时不利于抑制枝晶生长；层结构过厚不利于降低锂离子传输速率，增加界面阻抗
。
[0021]本专利技术提供了一种改善锂负极
/
硫化物固体电解质界面的复合过渡层的制备方法，通过向金属片与锂负极接触的接触面加入含
C
‑
F
键的锂盐溶液，控制压力和静置时间，得到所述复合过渡层修饰的锂负极，方法操作简单，易于推广
。
附图说明
[0022]图1为实施例1所述改性后的锂金属负极的
X
射线衍射
(XRD)
图谱
。
[0023]图2为实施例1所述改性的锂金属负极表面二次离子飞行时间二维图谱
。
[0024]图3为实施例1所述改性的锂金属负极表面二次离子飞行时间三维图谱
。
[0025]图4为实施例1所述改性的锂金属负极截面扫描电子显微镜
(SEM)
图
。
[0026]图5为实施例1所述改性的锂金属负极的截面...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种改善锂负极
/
硫化物固体电解质界面的复合过渡层，其特征在于：所述复合过渡层为层状结构，自锂负极表面由下而上依次为
LiM
合金层和
LiF
层，
LiM
合金层的厚度为
10
～
200
微米，
LiF
层的厚度为
20
～
120
纳米；
M
为
In、Al、Ag、Mg
和
Sn
中的一种以上
。2.
如权利要求1所述的一种改善锂负极
/
硫化物固体电解质界面的复合过渡层，其特征在于：所述
LiM
合金层的厚度为
20
～
150
微米
。3.
如权利要求1所述的一种改善锂负极
/
硫化物固体电解质界面的复合过渡层，其特征在于：所述
LiF
层的厚度为
30
～
80
纳米
。4.
一种如权利要求1～4任意一项所述的改善锂负极
/
硫化物固体电解质界面的复合过渡层及制备方法，其特征在于：所述方法步骤包括：在湿度小于等于5％的环境中，将高纯
M
金属片与锂负极接触贴合，向两者之间加入含
C
‑
F
键的锂盐溶液，完全浸润接触面后，在0～
10MPa
下静置
0.5
～6小时，静置结束后，将锂负极从金属片上剥离出来，干燥蒸发锂负极表面液体，在锂负极表面得到一种改善锂负极
/
硫化物固体电解质界面的复合过渡层；其中，所述含

【专利技术属性】
技术研发人员：穆道斌，路士杰，吴伯荣，谢朝香，刘琦，赵志坤，张宇翔，张新宇，杨天雯，吕海健，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：