【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及鋰金屬負(fù)極，尤其涉及一種含有人工sei膜保護層的鋰金屬負(fù)極及其制備方法、鋰金屬電池。
技術(shù)介紹
1、金屬鋰具有超高的理論比容量(3860mahg-1)和極低的氧化還原電位(-3.040v?vs.標(biāo)準(zhǔn)氫電極)，是高能量密度金屬鋰電池(>500wh?kg-1)負(fù)極的最佳材料。現(xiàn)有的電池使用鋰金屬作為負(fù)極，制備得到的鋰金屬電池，在電池充電過程中鋰離子從正極遷移到負(fù)極并沉積生成金屬鋰，會導(dǎo)致鋰金屬負(fù)極的體積增加；在電池放電過程中，金屬鋰再次轉(zhuǎn)化為鋰離子并遷移回正極，鋰金屬負(fù)極的體積減小；鋰金屬負(fù)極在充放電過程中在負(fù)極表面的沉積和剝離造成了鋰金屬負(fù)極的體積膨脹，鋰金屬負(fù)極體積膨脹會導(dǎo)致鋰金屬表面的不均勻性，后續(xù)生成的sei膜組分和表面結(jié)構(gòu)不均，繼而會引發(fā)鋰的不均勻沉積和鋰枝晶的產(chǎn)生。因此，亟需開發(fā)一種在鋰金屬負(fù)極表面形成結(jié)構(gòu)均一、強韌性好且表面電子絕緣的人工sei膜，來抑制鋰金屬負(fù)極表面生成鋰枝晶。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有鋰金屬負(fù)極體積膨脹會導(dǎo)致鋰金屬表面的不均勻性，易于引發(fā)鋰的不均勻沉積和鋰枝晶的產(chǎn)生的技術(shù)問題，本申請?zhí)峁┮环N含有人工sei膜保護層的鋰金屬負(fù)極及其制備方法、鋰金屬電池。
2、第一方面，本申請?zhí)峁┝艘环N含有人工sei膜保護層的鋰金屬負(fù)極的制備方法，包括以下步驟：
3、獲得前驅(qū)體溶液，將所述前驅(qū)體溶液和引發(fā)劑混合后涂覆在金屬鋰表面，進行加熱反應(yīng)得到所述含有人工sei膜保護層的鋰金屬負(fù)極；
4、所述前驅(qū)體溶液包括鋰鹽和單
5、所述環(huán)狀有機單體包括含至少一個氧的環(huán)氧化合物及其衍生物、馬來酸酐及其衍生物中的一種或多種；
6、所述無機單體包括六氟環(huán)三磷腈及其衍生物中的一種或多種。
7、優(yōu)選的，獲得前驅(qū)體溶液包括以下步驟：
8、將單體、鋰鹽和溶劑混合均勻得到得到所述前驅(qū)體溶液；
9、所述單體和所述鋰鹽的摩爾比為（2~18）：1。
10、優(yōu)選的，所述加熱反應(yīng)中的加熱溫度為50~200℃，加熱時間為30min~12h。
11、優(yōu)選的，所述至少一個氧的環(huán)氧化合物包括四氫呋喃及其衍生物、1,3二氧五環(huán)及其衍生物、1,3二氧六環(huán)及其衍生物、四氫吡喃及其衍生物、環(huán)氧丙烷及其衍生物中的一種或多種。
12、優(yōu)選的，所述四氫呋喃的衍生物包括結(jié)構(gòu)式1所示化合物，所述1，3二氧五環(huán)的衍生物包括結(jié)構(gòu)式2所示化合物，所述四氫吡喃的衍生物包括結(jié)構(gòu)式3所示化合物，所述1，3二氧六環(huán)的衍生物包括結(jié)構(gòu)式4所示化合物，所述馬來酸酐的衍生物包括結(jié)構(gòu)式5所示化合物，所述環(huán)氧丙烷類衍生物包括結(jié)構(gòu)式6所示化合物，所述六氟環(huán)三磷腈衍生物包括結(jié)構(gòu)式7所示化合物；
13、
14、其中，r1、r2、r3、r4、r5、r6各自獨立的選自h、被鹵素取代或未取代的c1~c5的烷基、被鹵素取代或未取代的c1~c5的烯基、鹵素、被鹵素取代或未取代的c1~c5的酯基、被鹵素取代或未取代的c1~c5的烷氧基中的一種或多種；
15、
16、其中，r7選自被鹵素取代或未取代的c1~c5的烷基、被鹵素取代或未取代的c1~c5的烯基、鹵素、被鹵素取代或未取代的c1~c5的酯基、被鹵素取代或未取代的c1~c5的烷氧基、被鹵素取代或未取代的c1~c5的烯氧基中的一種或多種。
17、優(yōu)選的，所述鋰鹽包括六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、雙氟磺酰亞胺基鋰、雙三氟磺酰亞胺基鋰、雙草酸硼酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、三氟甲基磺酸鋰中的一種或多種。
18、第二方面，本申請?zhí)峁┮环N含有人工sei膜保護層的鋰金屬負(fù)極，由上述所述的含有人工sei膜保護層的鋰金屬負(fù)極的制備方法制備得到。
19、優(yōu)選的，所述鋰金屬負(fù)極包括鋰金屬和人工sei膜保護層，所述人工sei膜保護層設(shè)置在所述鋰金屬的表面，所述人工sei膜保護層的厚度為1~20μm。
20、優(yōu)選的，所述人工sei膜保護層的厚度為5~15μm。
21、第三方面，本申請?zhí)峁┮环N鋰金屬電池，包括正極、負(fù)極和電解液，所述負(fù)極為上述所述的含有人工sei膜保護層的鋰金屬負(fù)極。
22、本申請?zhí)峁┑暮腥斯ei膜保護層的鋰金屬負(fù)極的制備方法，前驅(qū)體溶液中含有單體和鋰鹽，其中環(huán)狀有機單體在引發(fā)劑、加熱條件下能夠在鋰金屬表面原位聚合形成柔韌性較好的人工sei膜，進而能夠緩解鋰金屬負(fù)極在充放電循環(huán)過程中的體積膨脹，讓金屬鋰能夠在鋰金屬負(fù)極表面更加均勻的沉積，進而抑制鋰枝晶的生長，改善電池循環(huán)性能。鋰鹽能夠在鋰金屬表面原位生成氟化鋰、氮化鋰、氧化鋰、硫酸鋰等含有鋰離子的無機成分的sei膜，一方面能夠提高人工sei膜的離子電導(dǎo)率，另一方面也能夠與環(huán)狀有機單體生成的聚合物形成有機無機復(fù)合膜，進而增強人工sei膜的結(jié)構(gòu)強度，提高sei膜的致密度，阻隔電解液與活性鋰金屬負(fù)極之間的化學(xué)反應(yīng)，改善電池循環(huán)性能。前驅(qū)體溶液中含有的無機單體在加熱條件下進行聚合反應(yīng)，在鋰金屬表面形成生成無機聚合物膜，即為無機人工sei膜，能夠提高人工sei膜的柔韌性，緩解鋰金屬負(fù)極在充放電循環(huán)過程中的體積膨脹，讓金屬鋰能夠在鋰金屬負(fù)極表面更加均勻的沉積，進而抑制鋰枝晶的生長，改善電池循環(huán)性能；同時無機聚合物還具有阻燃性能，提高鋰金屬負(fù)極的阻燃效果。
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1.一種含有人工SEI膜保護層的鋰金屬負(fù)極的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含有人工SEI膜保護層的鋰金屬負(fù)極的制備方法，其特征在于，獲得前驅(qū)體溶液包括以下步驟：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含有人工SEI膜保護層的鋰金屬負(fù)極的制備方法，其特征在于，所述加熱反應(yīng)中的加熱溫度為50~200℃，加熱時間為30min~12h。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含有人工SEI膜保護層的鋰金屬負(fù)極的制備方法，其特征在于，所述至少一個氧的環(huán)氧化合物包括四氫呋喃及其衍生物、1,3二氧五環(huán)及其衍生物、1,3二氧六環(huán)及其衍生物、四氫吡喃及其衍生物、環(huán)氧丙烷及其衍生物中的一種或多種。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的含有人工SEI膜保護層的鋰金屬負(fù)極的制備方法，其特征在于，所述四氫呋喃的衍生物包括結(jié)構(gòu)式1所示化合物，所述1，3二氧五環(huán)的衍生物包括結(jié)構(gòu)式2所示化合物，所述四氫吡喃的衍生物包括結(jié)構(gòu)式3所示化合物，所述1，3二氧六環(huán)的衍生物包括結(jié)構(gòu)式4所示化合物，所述馬來酸酐的衍生物包括結(jié)構(gòu)式5所示化合物，所述環(huán)氧丙烷類衍生物包括結(jié)構(gòu)式6所示化合物
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含有人工SEI膜保護層的鋰金屬負(fù)極的制備方法，其特征在于，所述鋰鹽包括六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、雙氟磺酰亞胺基鋰、雙三氟磺酰亞胺基鋰、雙草酸硼酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、三氟甲基磺酸鋰中的一種或多種。
7.一種含有人工SEI膜保護層的鋰金屬負(fù)極，其特征在于，由權(quán)利要求1~6任意一項所述的含有人工SEI膜保護層的鋰金屬負(fù)極的制備方法制備得到。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的含有人工SEI膜保護層的鋰金屬負(fù)極，其特征在于，所述鋰金屬負(fù)極包括鋰金屬和人工SEI膜保護層，所述人工SEI膜保護層設(shè)置在所述鋰金屬的表面，所述人工SEI膜保護層的厚度為1~20μm。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的含有人工SEI膜保護層的鋰金屬負(fù)極，其特征在于，所述人工SEI膜保護層的厚度為5~15μm。
10.一種鋰金屬電池，其特征在于，包括正極、負(fù)極和電解液，所述負(fù)極為權(quán)利要求7~9任意一項所述的含有人工SEI膜保護層的鋰金屬負(fù)極。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種含有人工sei膜保護層的鋰金屬負(fù)極的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含有人工sei膜保護層的鋰金屬負(fù)極的制備方法，其特征在于，獲得前驅(qū)體溶液包括以下步驟：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含有人工sei膜保護層的鋰金屬負(fù)極的制備方法，其特征在于，所述加熱反應(yīng)中的加熱溫度為50~200℃，加熱時間為30min~12h。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含有人工sei膜保護層的鋰金屬負(fù)極的制備方法，其特征在于，所述至少一個氧的環(huán)氧化合物包括四氫呋喃及其衍生物、1,3二氧五環(huán)及其衍生物、1,3二氧六環(huán)及其衍生物、四氫吡喃及其衍生物、環(huán)氧丙烷及其衍生物中的一種或多種。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的含有人工sei膜保護層的鋰金屬負(fù)極的制備方法，其特征在于，所述四氫呋喃的衍生物包括結(jié)構(gòu)式1所示化合物，所述1，3二氧五環(huán)的衍生物包括結(jié)構(gòu)式2所示化合物，所述四氫吡喃的衍生物包括結(jié)構(gòu)式3所示化合物，所述1，3二氧六環(huán)的衍生物包括結(jié)構(gòu)式4所示化合物，所述馬來酸酐的衍生物包括結(jié)構(gòu)式5所示化合物，所述環(huán)氧丙...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張光照，崔言明，張通，林久，鄧永紅，王軍，
申請(專利權(quán))人：南方科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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