一种固体电解质/金属锂界面的缓释改性方法以及固态锂金属电池

• 摘要：

  本发明公开一种固体电解质/金属锂界面的缓释改性方法以及固态锂金属电池.所述缓释改性方法包括:将包含自降解性聚合物和活性物质的溶液涂覆于锂金属负极表面并干燥以在锂金属负极表面形成前驱体保护层;将表面具有前驱体保护层的金属锂负极在40~80℃活化至聚合物以凝胶态附着在金属锂负极表面;随后在固体电解质的至少一侧组装具有凝胶态前驱体保护层的金属锂电极以形成固态电池;其中,前驱体保护层在固态电池的充放电循环中释放负载的活性物质与锂金属反应诱导锂金属负极表面原位构建稳定的界面保护层.

• 专利类型：

  发明专利

• 申请/专利号：

  CN202010778592.5

• 申请日期：

  2020.08.05

• 公开/公告号：

  CN111900485A

• 公开/公告日：

  2020-11-06

• 发明人：

  温兆银 陈亚 靳俊

• 申请人：

  中国科学院上海硅酸盐研究所

• 主分类号：

  H01M10/058(2010.01),H,H01,H01M,H01M10

• 分类号：

  H01M10/058(2010.01),H01M10/052(2010.01),H01M10/0525(2010.01),H,H01,H01M,H01M10,H01M10/058,H01M10/052,H01M10/0525

• 主权项：

  1.一种固体电解质/金属锂界面的缓释改性方法,其特征在于,所述缓释改性方法包括: 将包含自降解性聚合物和活性物质的溶液涂覆于锂金属负极表面并干燥以在锂金属负极表面形成前驱体保护层;将表面具有前驱体保护层的金属锂负极在40~80℃活化至聚合物以凝胶态附着在金属锂负极表面;随后在固体电解质的至少一侧组装具有凝胶态前驱体保护层的金属锂电极以形成固态电池; 其中,前驱体保护层在固态电池的充放电循环中释放负载的活性物质与锂金属反应诱导锂金属负极表面原位构建稳定的界面保护层;特别地,当固体电解质为硫系固体电解质时,自降解性聚合物与硫系固体电解质反应产生多硫物质,所述活性物质与多硫物质协同作用提升生成的界面保护层中LiF含量并提升界面层稳定性. 2.根据权利要求1所述的缓释改性方法,其特征在于,所述界面保护层为富LiF保护层,其中LiF在界面保护层中的分子摩尔百分比是5-40%. 3.根据权利要求1或2所述的缓释改性方法,其特征在于,所述自降解性聚合物在40-80℃的温度范围内呈现粘滞的凝胶态,且在该温度范围内超过48h后降解产物占原始自降解聚合物的质量比大于50%;优选地,所述自降解性聚合物为脂肪族聚碳酸酯;更优选地,所述自降解聚合物为聚碳酸丙烯酯和/或聚碳酸三亚甲基酯. 4.根据权利要求1至3中任一项所述的缓释改性方法,其特征在于,所述活性物质至少包含富含氟元素的锂盐;优选地,所述富含氟元素的锂盐为双三氟甲基磺酰亚胺锂、六氟磷酸锂、高氯酸锂中的至少一种. 5.根据权利要求1至4中任一项所述的缓释改性方法,其特征在于,所述自降解性聚合物与活性物质的质量比为20:1~1:10. 6.根据权利要求1至5中任一项所述的缓释改性方法,其特征在于,所述溶液还包括与锂金属负极无明显快速副反应并且能够溶解自降解性聚合物和活性物质的溶剂;优选地,所述溶剂选自二氧戊环、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、亚硫酸二甲酯、亚硫酸二乙酯、四氢呋喃、二甲基四氢呋喃、四氢吡喃、乙腈、二甲亚砜中的至少一种. 7.根据权利要求1至6中任一项所述的缓释改性方法,其特征在于,所述溶液中自降解性聚合物和活性物质的浓度为0.01~80wt%,优选为0.1~50wt%. 8.根据权利要求1至7中任一项所述的缓释改性方法,其特征在于,所述溶液在锂金属负极表面的涂覆量为5~200μL/cm2,优选为10~60μL/cm2. 9.根据权利要求1至8中任一项所述的缓释改性方法,其特征在于,所述固体电解质为硫系电解质、石榴石型固体电解质、LISICON 型固体电解质、Li3.25Ge0.25P0.75S4、钙钛矿型固体电解质中的至少一种;优选选自Li7-xPS6-xHax (Ha=Cl、Br、I;0≤x≤2);xLi2S·(100-x)P2S5 (50＜x≤75);Li10XP2S12 (X=Ge、Si、Sn)或Li9.54Si1.74P1.44S11.7Cl0.3;Li7P 2S8Br0.5I0.5;70Li2S-20P2S5-5Br2-5I2;Li7-mLa3Zr2-mMmO12 (M=Ta、Nb;0≤m≤2) ;Li7-2nLa3Zr2-nNnO12 (N=W、Mo;0≤n≤2) ;Li7-3dDdLa3Zr2O12 (D=Ga、Al;0≤d≤7/3);Li14Zn(GeO4)4;Li3zLa2/3−zTiO3(0≤z≤2/3)的至少一种. 10.固态锂离子电池,其特征在于,固态锂离子电池包括:固态电解质、在固态电解质两侧分别依次设置的金属锂负极和集流体;或者,固态锂离子电池包括:固态电解质、在固态电解质一侧依次设置的金属锂负极和负极集流体、以及在固态电解质另一侧依次设置的富锂相正极和正极集流体;其中,在所述金属锂负极表面包含采用权利要求1至9中任一项所述的方法原位构建的界面保护层.