本發明屬于鋰電池技術領域，尤其涉及一種鋰金屬電池負極的表面改性方法，包括以下步驟：先將鋰金屬負極浸泡在含有鋰鹽、醚類溶劑和氟化溶劑的混合溶液中，然后取出干燥，在所述鋰金屬負極表面形成一層含鋰氧化物和鋰氟化物的保護層，得到表面改性后的鋰金屬負極。通過對鋰金屬負極在鋰鹽溶液中浸泡的預處理，事先在鋰金屬負極表面形成一層致密的含鋰氧化物和鋰氟化物的無機物SEI膜保護層，起到鋰金屬負極表面修飾的作用，進而改善鋰金屬電池中鋰金屬負極與電解液的相容性和界面穩定性，抑制充放電過程中鋰枝晶的產生，從而提高鋰金屬電池的循環性能和安全性能。本發明還提供一種鋰金屬電池。

技術領域

本發明屬于鋰金屬電池技術領域，尤其涉及一種鋰金屬電池負極的表面改性方法及鋰金屬電池。

背景技術

鋰離子電池由于其工作電壓高、自放電小、無記憶效應、對環境友好等特點而廣泛應用于各種電子設備和電動儲能設備中。尤其是在手機中的應用，由于手機越來越輕薄化，對電池的能量密度要求越來越高。為了提升鋰離子電池的能量密度，關鍵是尋找高容量的正負極活性材料。

金屬鋰負極理論比容量為3860mAh/g，電壓平臺為-3.04V(vs標準氫電極)，并具有極好的導電性，非常適合作為高能量密度電池的負極。然而，直接應用金屬鋰可能帶來安全問題、較差的倍率和循環性能，甚至負極材料在電池內部的粉碎。

困擾金屬鋰負極的主要問題主要是鋰枝晶的問題，在循環過程中，由于局部極化的因素，使得金屬鋰表面生長鋰枝晶，當鋰枝晶生長到一定程度的時候就可能穿透隔膜，正負極接觸導致短路，引發安全問題。此外如果鋰枝晶發生斷裂，微小的鋰顆粒或細絲從基體脫離，然后被電絕緣的SEI層緊密包，就會形成“死鋰”。死鋰一旦形成，不能逆轉回活性鋰，并參與沉積/溶解過程，導致鋰源不斷損失，容量衰減逐漸增強，使電池癱瘓。因此，鋰枝晶是擋在金屬鋰負極應用路上最大的障礙。

發明內容

本發明的目的之一在于：針對現有技術中鋰金屬電池容易產生鋰枝晶甚至“死鋰”的問題，提供一種鋰金屬電池負極的表面改性方法。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種鋰金屬電池負極的表面改性方法，包括以下步驟：先將鋰金屬負極浸泡在含有鋰鹽、醚類溶劑和氟化溶劑的混合溶液中，然后取出干燥，在所述鋰金屬負極表面形成一層含鋰氧化物和鋰氟化物的保護層，得到表面改性后的鋰金屬負極。需要說明的是，充電期間，鋰離子從外部電路獲得電子，然后以金屬-鋰顆粒的形式直接沉積在負極表面或下方。如果不對體系進行任何修飾，就會在鋰金屬電池負極的頂部形成枝晶狀圖案。含鋰氧化物和鋰氟化物的主要成分為氧化鋰和氟化鋰，其中，氧化鋰是熱力學和動力學穩定的組分之一，無機SEI保護層中的氧化鋰薄層是非常重要的，可以避免在沒有氟化物源的情況下破裂。

作為本發明所述的鋰金屬電池負極的表面改性方法的一種改進，所述鋰鹽為硝酸鋰、雙氟磺酰亞胺鋰、雙三氟甲基磺酰亞胺鋰、二氟草酸硼酸鋰中的至少一種。優選的，所述鋰鹽為硝酸鋰。硝酸鋰可以穩定鋰金屬界面和抑制鋰枝晶的生長。需要說明的是，由于硝酸鋰在碳酸鹽溶劑中溶解性不好，但是硝酸鋰在醚類溶劑中具有很高的溶解度，其可以穩定鋰金屬界面并且在抑制鋰金屬的枝晶生長方面發揮了顯著的作用。

作為本發明所述的鋰金屬電池負極的表面改性方法的一種改進，所述鋰鹽的濃度為2～5mol/L。濃度太低，不利于鋰金屬負極表面形成致密的SEI膜保護層；濃度太高，溶液的粘度太大，不利于鋰金屬負極在溶液中的浸潤。

作為本發明所述的鋰金屬電池負極的表面改性方法的一種改進，所述浸泡的時間為3～6h。浸泡時間太短，不利于形成穩定的致密的SEI膜保護層；浸泡時間太長，對表面處理的作用已經不大，反而會影響表面處理的效率。