【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂金属电池，特别涉及一种氟化镁纳米纤维薄膜及其制备方法和应用。
技术介绍
1、可充放电锂金属电池具有理论能量密度高、电化学电位低、轻质和电化学循环稳定性好等优点被广泛应用于储能领域。但是在二次金属电池循环过程中，比如锂金属电池中，有机电解质的高反应性和锂金属负极不受控的枝晶生长导致枝晶穿透隔膜的问题，严重影响了锂金属电池的寿命和安全性。
2、为减轻锂金属负极和有机电解质之间的持续副反应和锂枝晶的生长，在锂金属负极表面设计坚固且化学稳定的固体电解质界面膜(sei)受到研究者的广泛关注与研究。其中，富含氟化锂的富无机固体电解质界面膜被认为是稳定锂金属体系的关键钝化膜，由于含氟官能团具有较强的吸电性，含氟族物质的最低未占据分子轨道能低于有机溶剂，其能在其他溶剂前优先分解并与锂在负极表面形成氟化锂，能够阻碍锂金属表面与有机电解质之间的接触与反应。另外，有研究表明，锂金属负极界面金属合金相的存在能够促进均匀的锂金属沉积并提高锂离子的扩散系数，其中，镁金属颗粒与锂金属具有无限溶解度，能够实现超低或零的成核过电位，并有利于均匀的锂沉积/剥离，从而抑制锂枝晶的生长。
3、基于含氟官能团和金属氟化物在锂金属电池中增益效果，不少研究者将两种物质结合起来期待达到1+1>2的效果。氟化镁可与锂金属进行原位电化学反应，生成形成亲锂的锂镁合金和稳定sei层的成分氟化锂，从而诱导锂金属均匀沉积，抑制锂枝晶的生长。为实现该效果，近期不少研究者使用将氟化镁纳米颗粒涂覆在聚丙烯隔膜上用于隔膜改性或直接涂覆在锂金属负极表面
4、专利技术人之前工作表明：纤维素材料源于林草，其表面均匀分布羟基，具有孔径分布均匀的三维网络结构、造纸成膜特性和可降解性，为设计具有均匀空隙特性的柔性自支撑界面保护层提供了可能。如专利授权号cn115149209b中公开了采用自然界常见植物提取的纤维素结合锆离子改性制成改性纳米纤维素膜，显著提升了水系锌离子电池或锂离子电池倍率性能。但上述专利只是利用了可溶性锆盐的锆离子与纳米纤维素表面羟基之间离子交联作用，实质上仍然为纳米纤维素材料，其利用多孔三维网络提高离子传输，不会与锂金属负极产生反应，难以调控锂金属界面电解质界面膜的物化性质，不能有效保护锂金属，因而在高能量密度锂金属电池中应用受限。
5、为此，我们希望开发一种具有均匀孔径的、抗锂枝晶的、可强化锂金属电解质界面膜的、自支撑氟化镁纳米纤维薄膜来保护锂金属。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种氟化镁纳米纤维薄膜及其制备方法和应用，其目的是为了解决
技术介绍
存在的上述问题。
2、为了达到上述目的，本专利技术的实施例提供了一种氟化镁纳米纤维薄膜及其制备方法和应用，本专利技术首次以纳米纤维素为模板，将氟化镁纳米颗粒均匀包覆在纳米纤维素上，制备了柔性自支撑氟化镁纳米纤维薄膜，充分利用纳米纤维素本征纳米纤维介孔网络和成膜特性，得到氟化镁纳米纤维薄膜。用于锂金属轻质自支撑保护膜，可诱导均匀锂金属沉积并生成富含lif的sei，显著提高锂金属电池循环稳定性。本专利技术高值化利用生物质纤维素制备氟化镁纳米纤维薄膜，纤维素上均匀分布的羟基官能团保证了氟化镁纳米颗粒的均匀包覆，制备得到氟化镁纳米颗粒均匀包覆的纳米纤维素薄膜柔性自支撑，轻质，具有均匀空隙特性的氟化镁纳米纤维薄膜能均匀化锂离子，诱导形成均匀锂金属沉积，同时与锂金属原位反应形成具有高锂离子扩散系数的亲锂性锂镁合金和均匀的富含lif的固体电解质界面膜(sei)，从而抑制锂枝晶生长，提升锂金属电池循环稳定性。
3、本专利技术的一个目的在于提供一种氟化镁纳米纤维薄膜的制备方法，包括如下步骤：
4、s1：将纳米纤维素粉末与可溶性镁盐加入至去离子水中，超声分散后获得含有镁离子的纳米纤维素悬浮液；
5、s2：向所述含镁离子的纳米纤维素悬浮液中，加入可溶性氟化物搅拌反应，经抽滤、洗涤和干燥获得氟化镁纳米纤维薄膜；
6、所述氟化镁纳米纤维薄膜的纳米纤维素表面上具有均匀致密的氟化镁包覆层。
7、优选地，所述可溶性镁盐为乙酸镁、氯化镁、硝酸镁或硫酸镁中的任意一种，浓度为1～60mmol/l。
8、优选地，所述可溶性氟化物为氟化钾、氟化铵和氟化钠中的任意一种，浓度为1～60mmol/l。
9、优选地，所述搅拌反应时间为1～24h。
10、优选地，所述干燥温度为40～120℃，干燥时间为6～48h。
11、基于一个专利技术总的构思，本专利技术的实施例提供了上述的制备方法获得的一种氟化镁纳米纤维薄膜。该氟化镁纳米纤维薄膜旨在纳米纤维素表面形成均匀致密的氟化镁包覆层，可与锂金属进行原位电化学反应，形成具有亲锂性锂镁合金促进锂金属均匀形核生长，并生成富含lif的固体电解质界面膜sei，抑制锂枝晶生长，有效调控锂金属沉积调控行为，并进一步提高了锂金属电池倍率循环特性。
12、优选地，所述氟化镁纳米纤维薄膜的孔隙率为30％～60％。
13、优选地，所述氟化镁纳米纤维薄膜的厚度为1～60μm。
14、优选地，所述氟化镁纳米纤维薄膜中的纳米纤维的直径介于30～80nm。
15、本专利技术的实施例还提供了上述的的制备方法获得的一种氟化镁纳米纤维薄膜或上述的一种氟化镁纳米纤维薄膜在锂金属电池中的应用。
16、反应机理
17、本专利技术采用纳米纤维素为模板，通过氟化镁改性，制成氟化镁纳米纤维薄膜，该薄膜既具有高机械强度，良好柔韧性，高热稳定性，可控孔隙率，均匀平整表面，轻质和亲液能力好等特点，又可以作为电池隔膜夹层使锂负极表面形成致密且均匀的沉积层，形成具有高锂离子扩散系数的锂镁合金和具有一定机械强度的富含氟化锂的固体电解质界面膜sei，能够阻碍锂金属与有机电解质的直接接触反应，并抑制循环过程中锂枝晶的生成，从而延长锂金属电池的循环稳定性；本专利技术的氟化镁纳米纤维薄膜在继承纳米纤维素溶液加工性和造纸成膜性的平台优势基础上，直接在纳米纤维素表面形成致密氟化镁纳米颗粒包覆层。该氟化镁纳米纤维薄膜接触锂金属时，可以在锂金属负极原位反应生成具有高锂离子扩散系数的锂镁合金和具有良好机械强度的富含氟化锂的固体电解质界面膜，诱导锂金属均匀沉积并抑制锂枝晶生长；经验证，氟化镁纳米纤维薄膜可以抑制电极表面的副反应，减轻锂片腐蚀，抑制锂枝晶生长。
18、本专利技术的上述方案有如下的有益效果：
19、(1)相比原始纳米纤维素薄膜，本专利技术的氟化镁纳米纤维薄膜所独有的均匀网络状的氟化镁可与锂金属原位反应形成具有亲锂性锂镁合金促进锂金属均匀形核生长，并生成富含lif的固体电解质界面膜sei，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种氟化镁纳米纤维薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种氟化镁纳米纤维薄膜的制备方法，其特征在于，所述可溶性镁盐为乙酸镁、氯化镁、硝酸镁或硫酸镁中的任意一种，浓度为1～60mmol/L。
3.根据权利要求1所述的一种氟化镁纳米纤维薄膜的制备方法，其特征在于，所述可溶性氟化物为氟化钾、氟化铵和氟化钠中的任意一种，浓度为1～60mmol/L。
4.根据权利要求1所述的一种氟化镁纳米纤维薄膜的制备方法，其特征在于，所述搅拌反应时间为1～24h。
5.根据权利要求1所述的一种氟化镁纳米纤维薄膜的制备方法，其特征在于，所述干燥温度为40～120℃，干燥时间为6～48h。
6.如权利要求1～5任一项所述的制备方法获得的一种氟化镁纳米纤维薄膜。
7.根据权利要求6所述的一种氟化镁纳米纤维薄膜，其特征在于，所述氟化镁纳米纤维薄膜的孔隙率为30％～60％。
8.根据权利要求6所述的一种氟化镁纳米纤维薄膜，其特征在于，所述氟化镁纳米纤维薄膜的厚度为1～60μm。
9.
10.如权利要求1～5任一项所述的制备方法获得的一种氟化镁纳米纤维薄膜或如权利要求6～9任一项所述的一种氟化镁纳米纤维薄膜在锂金属电池中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种氟化镁纳米纤维薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种氟化镁纳米纤维薄膜的制备方法，其特征在于，所述可溶性镁盐为乙酸镁、氯化镁、硝酸镁或硫酸镁中的任意一种，浓度为1～60mmol/l。
3.根据权利要求1所述的一种氟化镁纳米纤维薄膜的制备方法，其特征在于，所述可溶性氟化物为氟化钾、氟化铵和氟化钠中的任意一种，浓度为1～60mmol/l。
4.根据权利要求1所述的一种氟化镁纳米纤维薄膜的制备方法，其特征在于，所述搅拌反应时间为1～24h。
5.根据权利要求1所述的一种氟化镁纳米纤维薄膜的制备方法，其特征在于，所述干燥温度为40～120℃，干燥...
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