一种改性金属负极及其制备方法和锂金属电池与流程

本申请涉及锂金属电池，尤其涉及一种改性金属负极及其制备方法和锂金属电池。

背景技术：

1、目前锂离子电池(libs)的高能量密度和热安全性已经成为电池发展进程中最重要的两个要求，而在锂离子电池中锂金属电池具有超级高的能量密度和极低的电位的特点，这两个促使锂金属电池成为了高能量密度电池负极的首选。然而高能量密度的锂金属电池往往都是以牺牲电池安全为代价的，因此如何提升锂金属电池的安全性，已经成为目前的研究热点。现阶段的研究表明，锂金属电池中金属锂具有高反应性，而高反应性的金属锂会与锂金属电池中电解液之间发生副反应，以形成锂枝晶现象，这一现象是影响锂金属电池安全性的罪魁祸首，其阻碍了金属锂电池进一步的实用化发展。虽然在现阶段的研究中，针对锂金属电池安全的优化策略众多，比如使用更加安全的固态电解质、不易燃的电解液以及使用人工界面(sei)阻隔电解液与锂金属之间的副反应。但是这些优化策略从实用化方面的角度考虑，使用sei提高电极界面稳定性已经成为提升锂金属电池安全的首选方案。

2、现阶段基于sei提高电极界面稳定性的主流方式是在锂金属负极表面使用大量的阴离子聚合物，但是这些阴离子聚合物的热稳定性较差，在锂金属电池正常工作时易与锂金属负极之间发生分离，从而影响锂金属电池的循环效率和循环性能等工作参数。

技术实现思路

1、本申请提供了一种改性金属负极及其制备方法和锂金属电池，以解决如下技术问题：如何提高聚合物在锂金属电池正常工作时的热稳定性。

2、第一方面，本申请提供了一种改性金属负极，所述改性金属负极包括：锂金属负极，以及覆盖在所述锂金属负极上的原位聚合物膜，所述原位聚合物膜与所述锂金属负极之间通过氟与锂的化学键固定连接；

3、其中，所述原位聚合物膜的分子结构含有至少两种氟原子，以质量分数计，所述原位聚合物膜的分子结构的氢含量≤10％。

4、可选的，所述原位聚合物膜的分子结构含有至少四种氟原子，以质量分数计，所述原位聚合物膜的分子结构的氢含量≤5％。

5、可选的，所述原位聚合物膜的原料包括二氟乙酸乙酯和/或二氟乙酸甲酯。

6、可选的，所述原料包括二氟乙酸乙酯和二氟乙酸甲酯，所述二氟乙酸乙酯和所述二氟乙酸甲酯的质量比为1:0.5～1.5。

7、可选的，所述原位聚合物膜的厚度为5μm～15μm。

8、可选的，所述锂金属负极的材料包括铜锂复合带，所述铜锂复合带的厚度为10μm～20μm。

9、第二方面，本申请提供了一种制备第一方面所述的改性金属负极的方法，所述方法包括：

10、配制含聚合物的原料溶液；

11、将锂金属负极浸入到所述原料溶液中，并静置，使所述原料溶液的聚合物在所述锂金属负极表面发生原位聚合反应，以生成原位聚合物膜，得到改性金属负极。

12、可选的，所述静置的温度为25℃～65℃，所述静置的时间为0.1h～1h。

13、第三方面，本申请提供了一种锂金属电池，所述锂金属电池包括所述锂金属电池包括正极极片、复合隔膜和第一方面所述的改性金属负极，所述复合隔膜设于所述正极极片和所述改性金属负极中间，且所述正极极片、所述复合隔膜和所述改性金属负极之间通过叠加的方式重叠固定。

14、可选的，所述正极极片的原料包括正极材料、导电剂、粘结剂和有机溶剂；其中，所述正极材料包括以下至少一种：

15、镍钴锰、镍钴铝、钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂和富锂固溶体；

16、所述导电剂包括以下至少一种：

17、炭黑导电剂、特密高导电石墨、单壁碳纳米管和多壁碳纳米管；

18、所述粘结剂包括以下至少一种：

19、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶和聚丙烯酸；

20、所述有机溶剂包括以下至少一种：

21、乙醇、n-甲基吡咯烷酮、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇和聚偏氟乙烯。

22、本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

23、本申请实施例提供的一种改性金属负极，所述改性金属负极包括：锂金属负极，以及覆盖在所述锂金属负极上的原位聚合物膜，所述原位聚合物膜与所述锂金属负极之间通过氟与锂的化学键固定连接；其中，所述原位聚合物膜的分子结构包括至少两种氟原子，且所述原位聚合物膜的分子结构中氢含量≤10％。原位聚合物膜的分子结构包括至少两种氟原子，且原位聚合物膜的分子结构中氢含量≤10％，可以促使聚合物膜中有足量的氟和极少的氢，极少的氢可以避免氢和氟竞争性地与锂金属负极的锂反应，从而可以促使足量的氟与锂金属负极的锂反应生成足量的氟化锂，足量的氟化锂会提供足量的化学键位，足量的化学键位会固定连接锂金属负极和原位聚合物膜，从而可以提高锂金属负极和原位聚合物膜之间的结合强度，另外足量的氟具有良好的耐热性，从而可以提高原位聚合物膜的耐热性能，进而使用该原位聚合物膜可以提高锂金属负极的热稳定性，避免在锂金属电池正常工作时原位聚合物膜与锂金属负极之间发生分离。

技术特征：

1.一种改性金属负极，其特征在于，所述改性金属负极包括：锂金属负极，以及覆盖在所述锂金属负极上的原位聚合物膜，所述原位聚合物膜与所述锂金属负极之间通过氟与锂的化学键固定连接；

2.根据权利要求1所述的改性金属负极，其特征在于，所述原位聚合物膜的分子结构含有至少四种氟原子，以质量分数计，所述原位聚合物膜的分子结构的氢含量≤5％。

3.根据权利要求2所述的改性金属负极，其特征在于，所述原位聚合物膜的原料包括二氟乙酸乙酯和/或二氟乙酸甲酯。

4.根据权利要求3所述的改性金属负极，其特征在于，所述原料包括二氟乙酸乙酯和二氟乙酸甲酯，所述二氟乙酸乙酯和所述二氟乙酸甲酯的质量比为1:0.5～1.5。

5.根据权利要求1所述的改性金属负极，其特征在于，所述原位聚合物膜的厚度为5μm～15μm。

6.根据权利要求1所述的改性金属负极，其特征在于，所述锂金属负极包括铜锂复合带，所述铜锂复合带的厚度为10μm～20μm。

7.一种制备如权利要求1～6任一项所述的改性金属负极的方法，其特征在于，所述方法包括：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述静置的温度为25℃～65℃，所述静置的时间为0.1h～1h。

9.一种锂金属电池，其特征在于，所述锂金属电池包括所述锂金属电池包括正极极片、复合隔膜和权利要求1-6任一项所述的改性金属负极，所述复合隔膜设于所述正极极片和所述改性金属负极中间，且所述正极极片、所述复合隔膜和所述改性金属负极之间通过叠加的方式重叠固定。

10.根据权利要求9所述的锂金属电池，其特征在于，所述正极极片的原料包括正极材料、导电剂、粘结剂和有机溶剂；其中，所述正极材料包括以下至少一种：

技术总结本申请涉及锂金属电池技术领域，尤其涉及一种改性金属负极及其制备方法和锂金属电池；所述改性金属负极包括：锂金属负极，以及覆盖在锂金属负极上的原位聚合物膜，原位聚合物膜与锂金属负极之间通过氟与锂的化学键固定连接；其中，原位聚合物膜的分子结构包括至少两种氟原子，且原位聚合物膜的分子结构中氢含量≤10％；该改性金属负极中富含氟且极少含氢的原位聚合物膜可以提高锂金属负极和原位聚合物膜之间的结合强度，以及该富含氟且极少含氢的原位聚合物膜可以提高锂金属负极的热稳定性，避免在锂金属电池正常工作时原位聚合物膜与锂金属负极之间发生分离。技术研发人员：赖成龙,陈东,张薇,李宇航,皮智超受保护的技术使用者：东风汽车集团股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/9