具有保护层的金属负极结构及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种具有保护层的金属负极结构，它包括：金属负极；在所述金属负极上形成的且任选地与其直接接触的有机保护膜；其中，所述金属负极层中的金属选自碱金属或碱土金属，且所述有机保护膜含有所述金属与电子提供体化合物形成的反应产物。本发明专利技术还提供所述金属负极结构的制备方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及化学电源领域，具体地涉及一种。
技术介绍
随着摄录影机、移动电话、手提电脑等各种多功能便携式电子产品体积和重量逐步轻量化，对这些电子产品所使用的可充二次电池的性能需求越来越高。开发具有高比能量的可充二次电池成为当前的研究热点。相应地，对电极材料而言，不仅要求具有高的重量和体积比能量，而且还要具有高的离子/电子电导率，高的氧化/还原的可逆性，在应用范围内良好的热化学稳定性，低成本等特性。理论上讲，碱金属是一类具有很大潜力的可充二次电池负极材料，其中将锂金属作为高比能量电池的负极就引起了人们的广泛关注。( N. Munichandraiah, L. G. Scanlon, R. A. Marsh, J. Power Sources 72 (1998)203-210 ； J. I. Yamaki , S.I.Tobishima, in J. 0. Besenhard(Ed. ), HandBook of Battery Materials, ffiley-VCH, New York,1999,pp. 339-357 ； H. Ota,Y.Sakata,Yamaki, J. Electrochem. Soc. 151(2004) A1778)然而，遗憾的是到目前为止还没有可充二次锂金属电池能在市场上成功应用，其主要的限制因素是电池安全性和循环性能较差。(E.Pled, J. Electrochem. Soc. 126(1979)2047 ； R. D. Rauch, S.B. Brummer, Electrochim. Acta 22(1977)，75 ； S. Tobishima, Μ. Arakawa, H. Hirai, J. Yamaki, J. Power Sources 26(1989)449.) 二& 锂金属电池在循环过程中金属锂负极表面可能形成“锂枝晶”，随着循环次数的增加“锂枝晶”急剧生长并穿破电解质与正极接触，导致电池内部短路而电池最终失效；同时，由于锂金属表面“锂枝晶”易溶于电解液中形成“死锂”，与电子丧失接触无法进行电化学反应。“死锂”的产生一方面使金属锂的循环效率降低，另一方面高活性的“死锂”滞留在电解液中易与电解液之间发生一些副反应，对电池的安全性形成威胁。(S. B. Brummer, V. R. Koch, in :D. W. Murphy,J. Broadhead,B. C. H. Steel(Eds. ), Materials for Advanced Batteries, Plenum, New York,1980, pp. 123-143 ； J. I. Yamaki, S.I.Tobishima, Y.Sakurai, K. I. Saito, J. Hayashi, J. App 1. Electrochem. 28 (1997) 135—140.)为了抑制枝晶生长、提高锂在液体电解质体系中的循环效率，通常采用各种无机、 有机和物理的方法来修饰金属锂负极，目的是锂负极表面形成一层有效的保护膜，隔绝锂负极与电解液之间直接接触。其中无机修饰包括在锂负极表面原位形成保护膜和在锂负极与电解质间夹层无机隔膜。前者主要是通过金属锂与电解液中的添加剂之间发生化学或电化学反应形成，如力口入 CO2 ( Hong Gan and Esther S. Takeuchi, Journal ofPower Sources62 (1996) 45)， N2O ( J. 0. Besenhard, Μ. W. Wagner, Μ. Winter, A. D，J. Power Sources 44(1993)413)、 HF (( K. Kanamura，S. Shiraishi，Z. Takehara, J. Electrochem. Soc. 141 (1994) L108 ；K. Kanamura, S.Shiraishi, Z. Takehara, J. Electrochem. Soc. 143(1996)2187 ； S.Shiraishi, K.Kanamura, Z. Takehara, Langmuir 13(1997)3542 ； Z.Takehara, J.Power Sources 68 (1997) 82)、Al 13，SnI2 ( Y. S. Fung and H. C. Lai, J. Appl. Electrochem. 22(1992)255 ； J. 0. Besenhard, J. Yangm, M. Winter, J.Power Sources 68(1997)87 ； M. Ishikawa, M. Morita, Y. Matsuda, J. Power Sources 68(1997)501), MgI2(C R CHAKRAVORTY, Bull. Mater. Sci. ,17(1994)733 ； MasashiIshikawa, et al,Journal of Electroanalytical Chemistry,473(1999) 279 ； Masashi Ishikawa,et al. Journal of Power Sources 146(2005) 199-203)等，然而这种膜通常具有多孔形貌，可以渗透电解液，不能起到完全保护作用。后者主要通过各种物理方法，如溅射手段直接在锂表面形成各种导锂离子的保护膜，如溅射C6tl，(A. A. Arie，J. 0. Song, B. W. Cho,J. K. Lee, J Electroceram 10(2008) 1007), LiPON, LiSCON(Bates, et. alUS 5，314，765 1994/5 ； 5，338，625 1994/8 ；5,512, 147 1996/4 ；5,567, 2101996/10 ；5, 597, 660 1997/1 ； Chu. et. al US 6, 723, 140B22004/4 ； Visco. et. al US 6,025,094 2000/2 ；7,432,017B2 2008/10 ； De Jonghe L, Visco S J，et al. US2008113^1_A1)等，但这些膜的制备工艺条件较为苛刻，制备成本也较高，不利于大面积制备或者商业化应用。有机修饰方法主要包括(a)直接在锂负极表面包覆一层保护层，如聚 2-乙烯吡啶、聚 2-乙烯氧化物(PEO) (C. Liebenow, K. Luhder，J. Appl. Electrochem. 26(1996)689 ； J.S. Sakamoto, F.Wudl, B. Dunn, SolidState Ionics 144(2001)295), polyvinyl pyridine polymer, two vinylpyridine polymer ( Mead et. al. US 3, 957. 5331976/5 ； N. J. Dudneyr, J. Power Sources 89 (本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种具有保护层的金属负极结构，其特征在于，它包括：－金属负极；－在所述金属负极层上形成的且任选地与其直接接触的有机保护膜；其中，所述金属负极层中的金属选自碱金属或碱土金属，且所述有机保护膜含有所述金属负极与电子提供体化合物形成的反应产物。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：温兆银，吴梅芬，刘宇，黄乐之，迈克·巴汀，何琳，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：31