锂金属负极保护层及其制备方法和应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111435728A(43)申请公布日2020.07.21(21)申请号201911382604.6H01M12/08(2006.01)(22)申请日2019.12.27(71)申请人蜂巢能源科技有限公司地址213200江苏省常州市金坛区鑫城大道8899号(72)发明人郑晓醒秦士林朱朋辉陈少杰周龙捷邓素祥马忠龙(74)专利代理机构北京清亦华知识产权代理事务所(普通合伙)11201代理人肖阳(51)Int.Cl.H01M4/134(2010.01)H01M4/139(2010.01)H01M4/62(2006.01)H01M10/052(2010.01)权利要求书2页说明书10页附图2页(54)发明名称锂金属负极保护层及其制备方法和应用(57)摘要本发明提供了锂金属负极保护层及其制备方法和应用。该锂金属负极保护层包括金属保护层和聚合物保护层，其中，所述金属保护层形成在锂金属负极片上，且所述金属保护层的至少一部分金属与所述锂金属负极片反应形成合金层；所述聚合物保护层包括聚合物和锂盐，所述聚合物保护层形成在所述金属保护层上。将该锂金属负极保护层用于电池可以防止锂枝晶产生、避免锂金属负极与电解质层直接接触而发生反应，同时减小负极片与电解质层之间的界面阻抗，从而显著改善电池的循环性能、倍率性能、安全性能和使用寿命等。CN111435728ACN111435728A权利要求书1/2页1.一种锂金属负极保护层，其特征在于，包括：金属保护层，所述金属保护层形成在锂金属负极片上，且所述金属保护层的至少一部分金属与所述锂金属负极片反应形成合金层；聚合物保护层，所述聚合物保护层包括聚合物和锂盐，所述聚合物保护层形成在所述金属保护层上。2.根据权利要求1所述的锂金属负极保护层，其特征在于，所述金属保护层通过物理气相沉积法形成在锂金属负极片上，任选地，所述金属保护层的厚度为5～500nm，所述金属保护层的金属纯度为99.99～99.999％，任选地，所述金属保护层包括选自金、银、铟、锌、锡、镁、铝、镓、镉、铋、铅和锑中的至少一种。3.根据权利要求1所述的锂金属负极保护层，其特征在于，所述聚合物保护层的厚度为5～100μm，任选地，所述聚合物为选自聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚碳酸亚丙酯、聚丙烯腈、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇加密丙烯酸酯(PEGMEA)、聚甲基丙烯酸甲酯和聚乙二醇中的至少一种。4.一种制备权利要求1～3中任一项所述的锂金属负极保护层的方法，其特征在于，包括：(1)采用物理气相沉积法在锂金属负极片表面形成金属镀层，以便使镀层金属与锂金属反应形成合金层，得到金属保护层；(2)将聚合物、锂盐和有机溶剂混合后涂膜，干燥，以便得到聚合物保护膜；(3)将所述聚合物保护膜形成在所述金属保护层上，以便在所述锂金属负极片上形成复合保护层。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(1)在露点不高于零下40℃的干燥环境下进行，任选地，步骤(1)中，所述物理气相沉积法为真空蒸镀法、离子溅射法、磁控溅射镀膜法、电弧等离子体镀膜法或分子束外延法，任选地，所述真空蒸镀法的条件为：蒸镀基材板温度为20～150℃，优选80～150℃、蒸发速率为0.001～0.05nm/s、蒸镀腔内的真空度为10-3～10-5Pa。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述聚合物、所述锂盐和所述有机溶剂形成的混合液中，所述聚合物和所述锂盐的总含量为1～15wt％，任选地，步骤(2)中，所述聚合物与所述锂盐的质量比为(2～5)：1，任选地，步骤(2)中，所述有机溶剂为选自烃类、腈类、苯类、醚类和酮类中的至少一种，任选地，所述有机溶剂为选自乙腈、甲苯、四氢呋喃、甲苯、一氯代苯和甲基甲酰胺中的至少一种。7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，将所述聚合物保护层置于所述金属保护层上，并对所述聚合物保护层和具有所述金属保护层的锂金属负极片进行压合，以便在所述锂金属负极片上形成复合保护层，任选地，所述压合为热辊压或平板热压，所述压合的温度为50～85℃、时间为10～2CN111435728A权利要求书2/2页20min、压力为0.5～10MPa。8.一种锂电池，其特征在于，具有权利要求1～3中任一项所述的锂金属负极保护层或采用权利要求4～7中任一项所述的方法制备得到的锂金属负极保护层。9.根据权利要求8所述的锂电池，其特征在于，所述锂电池包括依次叠放的锂金属负极片、固态电解质层和正极片，所述锂金属负极片与所述固态电解质层之间设有所述锂金属负极保护层，且所述聚合物保护层与所述固态电解质层贴合，任选地，所述锂电池为锂离子电池、锂金属电池、锂空电池或锂硫电池。10.一种车辆