本技术属于锂金属复合负极材料技术领域,公开了一种气液混合等离子体一步构筑人造杂化固体电解质层修饰锂金属负极及其制备方法及应用。本发明通过等离子体设备以氮气和碳酸二甲酯作为混合源一步制备DMC&N<subgt;2</subgt;@Li负极材料。本发明DMC&N<subgt;2</subgt;@Li负极材料能够有效缓释金属锂沉积过程中的体积变化,并抑制锂枝晶生长,具有较高的高循环稳定性,可有效提高锂金属电池的电化学性能。在移动电子设备、电动汽车和航空航天等领域具有广阔的应用前景和发展前途。
背景技术
近年来,人们对更先进的便携式电子设备的需求不断增长,锂金属电池作为储能装置广泛应用于各大电子器件当中。相较于目前商业化锂离子电池最常用的石墨负极材料,金属锂(Li)负极具有较高的理论容量(3860mAh g-1
)、较小的质量密度(0.534g cm-3
)和最低的电化学电势,被认为是未来锂电池的理想负极材料。然而锂金属负极在实际应用方面仍面临诸多问题,如锂枝晶生长、体积效应、低循环寿命、界面不稳定、中间产物腐蚀等,这些问题对电池性能具有严重的负面的影响。
在过去的几十年中,随着新型材料检测和表征方法的迅速发展,研究人员采用了多种改性策略提高金属锂负极的稳定性,人造SEI层构造是常见的改进策略。人造SEI主要分为有机SEI层,无机SEI层以及有机/无机混合SEI层。如中国专利CN 202410624720.9中公开了一种富含Al2
O3
的无机SEI层;中国专利CN 202211442785.9中公开了一种富含聚硅氧烷的有机SEI层。但是单一的无机SEI层或有机SEI层均有不足:有机SEI层不具备较大的机械强度,无法抑制锂枝晶的生长;在面对锂金属大的体积变化时,无机SEI层因为大的刚性而脆,导致SEI层易破裂。因此本专利提出了一种新型的方法,可以构造有机/无机混合SEI层,同时具有无机SEI层和有机SEI的优点:有机SEI层具有好的弹性,可以抵御锂金属的体积效应;无机SEI具有较高的刚性和机械强度,可以有效抑制枝晶的生长。以此达到提升锂金属电池电化学性能的目的。
目前,人造SEI层的构造方式得到了多样化的发展。一种等离子体化学增强气相沉积方法(PECVD)进入研究人员的视野中。等离子体技术已被证明是一种构建人造SEI的有效途径。通过等离子体技术引导形成的等离子体自由基可以与锂反应,形成成分可控的SEI层。如中国专利CN 202211557484.0中公开的使用液源PECVD技术构造了富含有机复合物的SEI层。当目前尚未有将PECVD应用于制备得到有机/无机混合组分的人造SEI层的相关报道。基于此,本专利提出一种使用了液源与气源混合的方法,使得人造SEI层为有机/无机混合组分。
实现思路