CN119495793A 一种无负极锂金属电池及其制备方法和应用 （西湖大学）

一种无负极锂金属电池及其制备方法和应用本发明涉及一种无负极锂金属电池及其制极，所述正极包括正极集流体和正极活性材料放电之前在负极集流体上原位构建一层超薄的2在与正极对应的负极集流体表面上形成的锂植晶层，其中3.根据权利要求1所述的无负极锂金属电池，其中，所述电化学原位沉积包括以下步4.根据权利要求1所述的无负极锂金属电池，其中，所述负极集流体为选自金属集流优选地，所述无负极锂金属电池还包括负极集流体至5.根据权利要求1所述的无负极锂金属电池，其中，所述正极集流体为选自金属集流3优选地，所述补锂添加剂为选自二元含锂化合物和富锂化合物中的一种或两种以上；二元含锂化合物为选自Li2O、Li2O2、Li3N、Li2S和Li2C2O4中的一种或两种以上，优选为锂添加剂为Li2NiO2和Li5FeO4中的一种所述含硼锂盐为选自二氟草酸硼酸锂、二草酸硼酸锂、四氟硼酸锂金属锂的形核过电位相对金属锂的标准电势为0.1～2V，得到包括形成锂植晶层的负极集45入氧化石墨烯宿主的方式制备出0.5～20μm超薄金属锂箔(Nat.Energy2021,6,790–798)，金属电池的循环寿命，大量研究工作集中在集流体的涂层修饰或者集流体材料的替代。LiuminSuo等人设计了一种液态金属涂层修饰的Cu集流体并结合高浓度电解液(6MLiFSI/67锂植晶层。恒流充电和/或恒压充电的参数选择是为了调控负极集流体上金属锂的形核过锂核)覆盖负极集流体表面的比率(覆盖率)>80进一步>90甚至接近100％。该比率[0034]金属锂覆盖负极集流体表面的比率S1/S×100其中S为负极集流体的面1为S面积内沉积的金属锂在负极集流体上的投影面积。[0039]在本发明中，所述正极包含正极集流体和在所述正极集流体上的正极活性材料8如聚酰亚胺磷酸三苯酯共聚物的镀铝复合集流体。复合集流体能够有效增强电池安全性括三元镍钴锰酸锂正极材料，如Li[Ni0.5Mn0.2Co0.3]O2(NCM523)、Li[Ni0.6Mn0.2Co0.2]O2材料(LMR)、锂镍锰氧正极材料(LNMO)、磷酸铁锂正极材料(LiFePO4)、锰酸锂正极材料(LiMn2O4[0044]所述补锂添加剂为具有释放锂离子能力且不可逆容量>50％的含锂化合物，包括中的至少一种)，Li5Fe1添加剂为Li2NiO2和Li5FeO4中的[0045]基于正极活性材料层的总重量，可以含有0.5重量20重量优选为2重量%重量5重量％的量的导电材料。9[0050]对电解液的选择不做特别限制，可以选择常规的用于无负极锂金属电池的电解[0054]基于电解液的总重量，可以含有5重量50重量％(如10重量35重量％)的沉积效果。如果锂盐的含量超过50重量那么会提高电解液的成本和粘度，并降低对极氟磷酸锂(LiDFP)、二氟双草酸磷酸锂(LiDODFP)、四氟草酸磷酸锂(LiTFOP)、硝酸锂(LiNO3如基于电解液的总重量，可以含有0.1重量10重量优选为0.5重量5重量％的功[0058]所述阻燃剂或惰性稀释剂可以为本领域中常规用于锂电池电解液的阻燃剂或惰[0059]所述阻燃剂或惰性稀释剂可以由本领域技术人员根据所需功能加入并确定适当的用量。例如，基于电解液的总量，可以含有5重量90重量优选为20重量50重共聚物和乙烯/甲基丙烯酸酯共聚物等中的一种制成的多孔聚合物膜或两种以上制成的复酸甲酯(PMMA)和聚偏氟乙烯(PVD持常规无负极锂金属电池的高能量密度(>350Wh/kg，甚至>400Wh/kg，>450Wh/kg以及>仅限于本文所列出的这些要素而已，而是还可包括未明确列出但却是该组合物或制品通常 理解成是本文已特定公开了由任一对该范围的上限或优选值与该范围的下限或优选值构[0083](1)本发明在负极集流体上电化学原位形成由金属锂构成的致密超薄锂植晶层，[0085](3)本发明结合原位形成的锂植晶层、补锂添加剂和氟化酰胺电解液的无负极锂负极软包锂金属电池的循环寿命达到232次；能量密度为426Whkg__1(80％DoD)的Cu||NCM811无负极软包锂金属电池的循环寿命达到72[0086]图1显示对比例1和实施例1组装的锂||铜扣式电池在经历10个周期循环后Cu箔上[0087]图2显示对比例1和实施例1组装的锂||铜扣式电池在经历10个周期循环后靠近Cu箔侧的锂沉积层的SEM形貌(锂沉积层的底视图)，其中(a)为对比例1的靠近Cu箔侧的锂沉[0088]图3显示实施例2组装的无负极软包锂金属电池在经历原位植晶处理后在集流体原位形成的锂植晶层图像和在经历10个周期循环后在集流体上锂植晶层图像，其中(a)为双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)溶解在1.0mL乙二醇二甲醚(DME)溶剂中，得到高浓度电解液。然[0106]氟化酰胺电解液由摩尔比为1:5的二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)和N,N_二甲基三氟乙[0109]将实施原位植晶处理后的负极集流体进行扫描电镜拍照后，随机选定5组2×2μm[0116]首先以0.1mAcm_2的电流密度在[0117]图1中(a)和(b)分别展示了对比例1和实施例1在经历10次循环后的电池拆解后使的Cu箔(对比例1)上的锂沉积层(厚度层与集流体的接触非常紧密，因此需要使用双面导电铜胶带粘贴在锂沉积层上进行剥离，[0119]图2中(a)和(b)分别展示了对比例1和实施例1锂沉积层剥离后靠近Cu箔侧的锂沉[0121]正极片为4μm厚铝箔上双面涂覆高镍三元正极镍钴锰酸锂Li[Ni0.8Mn0.1Co0.1]O2[0126]无负极软包锂金属电池的制备方法与实施例2的区别在于原位植晶处理的温度设[0128]无负极软包锂金属电池的制备方法与实施例2的区别在于原位植晶处理的温度设[0130]无负极软包锂金属电池的制备方法与实施例2的区别在于原位植晶处理的温度设[0132]无负极软包锂金属电池的制备方法与实施例2的区别[0134]正极片为4μm厚铝箔上双面涂覆高镍三元正极镍钴锰酸锂Li[Ni0.8Mn0.1Co0.1]O2[0138]无负极软包锂金属电池的制备方法与实施例7的区别[0148]无负极软包锂金属电池的制备方法与实施例2的区别[0150]无负极软包锂金属电池的制备方法与实施例7的区别原位植晶处理在上述两种电解液中都能够提高电池的高9倍，这一结果表明