一种金属锂负极及其制备方法、固态锂电池和用电设备与流程

本发明涉及固态电池，尤其是涉及一种金属锂负极及其制备方法、固态锂电池和用电设备。

背景技术：

1、金属锂负极以较高的容量(3860mah/g)和最负的电势(-3.040v vs标准氢电极)而被称为二次锂电池“圣杯”电极。金属锂负极除了具有理论容量大、能量密度大等优点，同时也具有锂枝晶、“死锂”粉末化、抗空气氧气稳定性等问题。

2、由于金属锂的高反应性，使其在生产制造过程中，容易与外界的空气(水、氧气、二氧化碳等)发生反应，在金属锂表面形成不均匀的杂质层(li2o、lioh、li2co3)，该不均匀杂质层制备的金属锂电池在随后的电池中会随着循环的增加，进一步加剧这种不均匀的沉积，导致形成锂枝晶和金属锂的粉末化。

3、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的第一目的在于提供一种金属锂负极，通过在负极表面形成包含lif和含有-cooli基团的化合物的保护层，能够有效诱导li的均匀沉积，抑制锂枝晶的形成，从而提高电池的循环性能。

2、本发明的第二目的在于提供一种如上所述的金属锂负极的制备方法，利用氟化丙烯酸类单体与金属锂反应，生成具有优异离子电导率的含有-cooli基团的化合物和lif，从而保护金属锂负极。

3、本发明的第三目的在于提供一种固态锂电池，具有优异的循环稳定性。

4、本发明的第四目的在于提供一种用电设备。

5、为了实现本发明的上述目的，采用以下技术方案：

6、本发明提供了一种金属锂负极，包括金属锂层以及设置于所述金属锂层表面的保护层；

7、所述保护层包含lif和含有-cooli基团的化合物。

8、进一步地，所述含有-cooli基团的化合物包括丙烯酸锂、甲基丙烯酸锂、聚丙烯酸锂和聚甲基丙烯酸锂中的至少一种。

9、进一步地，所述保护层的厚度为5～25μm。

10、进一步地，所述保护层中lif的重量百分比为3.8wt％～10wt％。

11、本发明还提供了如上所述的金属锂负极的制备方法，包括如下步骤：将金属锂片浸泡在含有氟化丙烯酸类单体的溶液中，取出后干燥；

12、所述氟化丙烯酸类单体包括2-氟丙烯酸和/或2-三氟甲基丙烯酸。

13、进一步地，所述含有氟化丙烯酸类单体的溶液中，氟化丙烯酸类单体的质量百分数为1％～20％。

14、进一步地，所述浸泡的时间为8～30h。

15、进一步地，所述干燥的温度为80～178℃，所述干燥的时间为0.5～24h。

16、本发明还提供了一种固态锂电池，包括如上所述的金属锂负极或如上所述的金属锂负极的制备方法制得的金属锂负极。

17、本发明还提供了一种用电设备，包括如上所述的固态锂电池。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

19、本发明的金属锂负极，通过在金属锂层表面形成包括lif和含有-cooli基团的化合物的保护层，能够有效诱导li的均匀沉积，抑制锂枝晶的形成，提高锂离子的传导率，从而提高电池的循环性能。

20、本发明利用氟化丙烯酸类单体与金属锂反应，生成具有优异离子电导率的含有双键和-cooli基团的单体和lif，在电池循环和高温化成中，含有双键和-cooli基团的单体自聚形成聚合物，从而在金属锂表面构建富含lif和含有-cooli基团的化合物的保护层，以保护金属锂负极；将其用于固态电池中，有利于提高固态电池的电化学性能。

技术特征：

1.一种金属锂负极，其特征在于，包括金属锂层以及设置于所述金属锂层表面的保护层；

2.根据权利要求1所述的金属锂负极，其特征在于，所述含有-cooli基团的化合物包括丙烯酸锂、甲基丙烯酸锂、聚丙烯酸锂和聚甲基丙烯酸锂中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的金属锂负极，其特征在于，所述保护层的厚度为5～25μm。

4.根据权利要求1所述的金属锂负极，其特征在于，所述保护层中lif的重量百分比为3.8wt％～10wt％。

5.权利要求1-4任一项所述的金属锂负极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将金属锂片浸泡在含有氟化丙烯酸类单体的溶液中，取出后干燥；

6.根据权利要求5所述的金属锂负极的制备方法，其特征在于，所述含有氟化丙烯酸类单体的溶液中，氟化丙烯酸类单体的质量百分数为1％～20％。

7.根据权利要求5所述的金属锂负极的制备方法，其特征在于，所述浸泡的时间为8～30h。

8.根据权利要求5所述的金属锂负极的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为80～178℃，所述干燥的时间为0.5～24h。

9.一种固态锂电池，其特征在于，包括权利要求1-4任一项所述的金属锂负极或权利要求5-8任一项所述的金属锂负极的制备方法制得的金属锂负极。

10.一种用电设备，其特征在于，包括权利要求9所述的固态锂电池。

技术总结
本发明涉及固态电池，尤其是涉及一种金属锂负极及其制备方法、固态锂电池和用电设备。本发明的金属锂负极，包括金属锂层以及设置于所述金属锂层表面的保护层；所述保护层包含LiF和含有‑COOLi基团的化合物。金属锂负极的制备方法，包括如下步骤：将金属锂片浸泡在含有氟化丙烯酸类单体的溶液中，取出后干燥；所述氟化丙烯酸类单体包括2‑氟丙烯酸和/或2‑三氟甲基丙烯酸。本发明利用氟化丙烯酸类单体与金属锂反应，在负极表面形成包括LiF和含有‑COOLi基团的化合物的保护层，能够有效诱导Li的均匀沉积，抑制锂枝晶的形成，从而提高电池的循环性能。

技术研发人员：梁世硕,康树森,李臻,冯静,宋飞飞,黄凯昇
受保护的技术使用者：欣旺达动力科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15