【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂电池，特别涉及一种锂金属氟化高熵sei层。
技术介绍
1、 随着便携式电子设备与新能源汽车的快速发展，使得人们对二次储能器件能量密度的要求越来越高。目前锂离子电池储能体系因具有较高的安全性和较高的输出电压而被广泛使用，但由于石墨负极固有的嵌入脱出机制，限制了其能量密度的进一步提升。锂金属负极因具有最低的还原电位（-3.04 v vs 标准氢电极）和最高的理论比容量（3860 mahg-1）而倍受关注，是目前储能领域的研究热点，有望成为下一代理想的储能材料。近年来，研究人员针对锂金属电池的性能提升进行了深层次探究，以期进一步满足人们对高能量密度储能器件的需求。
2、然而，锂金属具有极高的化学反应活性，在电解液当中并不稳定，极易与有机电解液发生副反应，从而在其表面形成一层固态电解质界面层，即sei层，这会在一定程度上造成电池库伦效率降低和容量衰减。另外，锂金属在沉积溶解时存在体积膨胀、枝晶生长等问题，导致其表面的sei层不断破裂，反复暴露新鲜的锂，继续与电解液反应生成新的sei层，造成活性锂和电解液的损耗。并且循环过程当中会生成被电子绝缘sei层包裹的“死锂”，进一步降低电池容量，严重制约锂金属电池的发展。针对以上问题，研究人员做了大量探究以提升其电化学性能，提出改进电解液配方、制备固态电解质、构建复合负极材料等方法。但目前锂金属电池的问题并没有得到完全解决，仍需要进一步的广泛探索与研究。
3、近年来，高熵材料（hems）应具有高熵效应、晶格畸变、缓慢扩散和“鸡尾酒”效应而引起了人们的极大兴趣
4、另外，作为sei组分之一的lif因具有电子绝缘性，可以有效阻止电子跃迁到sei层的表面与电解液进行反应，确保锂金属沉积在sei层以下，从而抑制枝晶的生长与体积的膨胀。而且当sei层中有lif的存在时，会极大地提升sei层表面li+的扩散与迁移速率。但单一无机组分lif保护层的柔韧性较差且制备方法复杂，反而无法抑制锂金属的大体积变化，容易发生破裂，失去对活性锂金属的保护作用。
5、本专利技术是通过热分解的方法制备得到高熵氟化物材料，并将其应用为锂金属的sei层。一方面，制备得到的高熵氟化物具有良好的结构稳定性、离子导电性以及较高的机械强度，能够很好地保护锂金属层，阻止活性锂与电解液发生副反应，抑制枝晶生成以及体积膨胀；另一方面，高熵氟化物会与锂金属发生反应，在锂金属表面生成均匀的lif以及合金层，lif提高sei层的电子绝缘性，确保锂金属沉积在sei层以下，并且提升了sei层表面li+的扩散与迁移速率，而合金层则进一步提高了sei层的离子电导率。制备得到的锂金属氟化高熵sei层对于抑制枝晶生长、体积膨胀，提高sei层离子电导率与结构稳定性方面有着重要作用，能够在很大程度上提升锂金属电池的电化学性。
技术实现思路
1、本专利技术针对具有较高活性的锂金属在循环过程中存在的sei层破裂、枝晶生长、体积膨胀以及“死锂”的问题，通过热分解的方法制备了一种具有高稳定性的高熵氟化物，并将其应用于锂金属负极的sei层。高熵氟化物与锂金属反应后形成了均匀的合金层与lif层，具有良好的离子导电性、电子绝缘性以及结构稳定性。该sei层为锂金属提供了均匀且快速的li+扩散迁移表面，促进了锂金属的均匀致密的沉积，并抑制锂金属与电解质发生副反应从而消耗活性锂和电解质。
2、本专利技术的目的是这样实现的：一种锂金属氟化高熵sei层，具有多种可与锂金属发生固溶合金化的金属元素。
3、一种锂金属氟化高熵sei层的制备方法，由含有多种不同金属元素的金属氧化物或金属粉末和氟硅酸通过热分解产生，包括以下步骤：
4、步骤1）将含有五种以上不同金属元素的金属氧化物或金属粉末通过研磨混合均匀，得到混合粉末；
5、步骤2）将步骤1）所得混合粉末溶于设定量的酸溶液当中，得到前驱液；
6、步骤3）将步骤2）所得前驱液置于管式炉中烧制，发生热分解反应，前驱液中水分挥发，氟硅酸盐分解为sif4气体和对应氟化物。后萃冷并烘干，得到高熵氟化物粉末；
7、步骤4）将步骤3）所得高熵氟化物粉末均匀分散于溶剂，并将分散液倾倒在基底上，烘干溶剂得到均匀铺展的高熵氟化物粉末层；
8、步骤5）将步骤4）所得高熵氟化物粉末层辊压到锂金属表面，反应得到锂金属氟化高熵sei层。
9、作为本专利技术所述制备方的进一步限定，步骤1）中的金属氧化物是zno、mgo、cuo、nio、coo、mno、sno、al2o3、in2o3、sb2o3、ag2o等；步骤1）中的金属粉末是铝粉、锌粉、铁粉、锡粉、镁粉、镍粉，按照金属阳离子等摩尔比进行混合。
10、作为本专利技术所述制备方的进一步限定，步骤2）中的酸溶液为氟硅酸。
11、 作为本专利技术所述制备方的进一步限定，步骤3）中的管式炉烧制温度设定根据所选原料调整，在设定温度下可得到单相固溶体产物，在氩气氛围下烧制2 h以上。
12、作为本专利技术所述制备方的进一步限定，所述的管式炉烧制温度设定温度为400-600℃。
13、作为本专利技术所述制备方的进一步限定，步骤4）中的溶剂是酯类或醚类有机溶剂。
14、作为本专利技术所述制备方的进一步限定，步骤4）中的基底是金属箔或聚合物膜材料。
15、一种锂金属氟化高熵sei层的应用，包括在锂金属电池中的应用，具体应用于锂金属负极。
16、与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
17、（1）本专利技术制备的高熵氟化物是具有金红石结构的单相固溶体，并不是几种金属氟化物的简单混合。材料粒径为纳米级，是典型的纳米颗粒且均匀度良好，每个纳米颗粒当中均匀分布着多种金属元素和f元素，没有团聚或偏析现象。所得高熵材料具有高熵效应、晶格畸变、缓慢扩散和“鸡尾酒”效应这四大核心优势。制备得到的高熵氟化物具有良好的结构稳定性、离子导电性以及较高的机械强度。
18、 （2）本专利技术将所制得的高熵氟化物辊压至锂金属表面，形成sei层。高熵氟化物与锂金属发生反应，在锂金属表面形成了lif层以及高熵合金层。lif能够提升sei层表面li+的扩散与迁移速率，并因其具有电子绝缘性，可以确保锂金属沉积在sei层以下。而形成的合金层则进一步提高了sei层的离子电导率，促进li+穿过sei层向锂金属表面传输。
19、 （3）本专利技术制备得到的高熵氟化物对于抑制锂金属枝晶的产生与生长、促进锂金属均匀致密沉积、减轻循环过程中产生的体积膨胀，以及提高sei层的机械强度、结构稳定性和离子电导率等方面有着本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种锂金属氟化高熵SEI层的制备方法，其特征在于，由多种含有不同金属元素的金属氧化物或金属粉末和氟硅酸通过热分解产生，包括以下步骤：
2.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤1）中的金属氧化物是ZnO、MgO、CuO、NiO、CoO、MnO、SnO、Al2O3、In2O3、Sb2O3、Ag2O；步骤1）中的金属粉末是铝粉、锌粉、铁粉、锡粉、镁粉、镍粉，按照金属阳离子等摩尔比进行混合。
3. 根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤3）中的管式炉烧制温度设定根据所选原料调整，在设定温度下可得到单相固溶体产物，在氩气氛围下烧制2 h以上。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的管式炉烧制温度设定温度为400-600℃。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤4）中的溶剂是酯类或醚类有机溶剂。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤4）中的基底是金属箔或聚合物膜材料。
7.一种锂金属氟化高熵SEI层，其特征在于，采用权利要求1-6中任一种方法制得，具有多种可
8.一种如权利要求1-6中任一项所述制备方法制备得到的锂金属氟化高熵SEI层的应用，其特征在于，包括在锂金属电池中的应用，具体应用于锂金属负极。
...【技术特征摘要】
1.一种锂金属氟化高熵sei层的制备方法，其特征在于，由多种含有不同金属元素的金属氧化物或金属粉末和氟硅酸通过热分解产生，包括以下步骤：
2.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤1）中的金属氧化物是zno、mgo、cuo、nio、coo、mno、sno、al2o3、in2o3、sb2o3、ag2o；步骤1）中的金属粉末是铝粉、锌粉、铁粉、锡粉、镁粉、镍粉，按照金属阳离子等摩尔比进行混合。
3. 根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤3）中的管式炉烧制温度设定根据所选原料调整，在设定温度下可得到单相固溶体产物，在氩气氛围下烧制2 h以上。
<...【专利技术属性】
技术研发人员：周寿斌，罗加严，张润泽，黄毅，胡正林，姜庆海，唐学平，朱明海，
申请(专利权)人：江苏华富储能新技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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