本申请提供了一种锂化隔膜及制备方法和应用,属于锂金属电池领域。该锂化隔膜包括:基膜;以及涂层,所述涂层附着于所述隔膜的至少部分区域,所述涂层含有Li<supgt;+</supgt;嵌入的无机物。锂化隔膜的基膜作为支撑体,确保了隔膜的机械强度和稳定性。而涂层则附着在基膜的至少部分区域,含有Li<supgt;+</supgt;嵌入的无机物。涂层结构在纳米尺度上具有高度均匀的离子通道,有利于Li<supgt;+</supgt;的均匀传输。同时,由于大量Li<supgt;+</supgt;的嵌入,产生大量的氧空位,还原性增强,使锂金属上天然的钝化层可以优先反应,降低了成核过电位。构建多氧空位位点的隔膜,有利于锂盐的解离,提升锂离子的迁移数,促进锂离子的均匀分布。从而同时提高了锂金属电池的库伦效率和安全性。
背景技术
锂金属由于其低密度(0.534g/cm3
),高理论容量(3860mA h/g),以及低标准电极电势(相对于氢标准电极电势为-3.04V),是实现高能量密度电池的理想负极材料。然而,锂金属负极在循环过程中存在多种不稳定性,包括在连续电镀和剥离过程中电解质的分解以及锂枝晶的过度生长,这不仅增加了锂金属负极的比表面积,加速了锂枝晶的生长,还导致有限量的电解液被快速消耗,从而引发严重的安全隐患。因此,为了延长锂金属电池(LMB)的循环寿命并提高安全性,调控锂离子的均匀电镀和提高库伦效率(CE)显得至关重要。酯基电解质因为具有较宽的电化学窗口、低成本和高沸点/闪点,被认为是商业化LMB的有前景的电解质。然而,由于锂金属负极在酯基电解质中脆弱的SEI和界面处不稳定的Li+传输,导致了低的CE,连续生长的锂枝晶和短的循环寿命。目前,已经有大量改进集中于合金型负极,电解液,锂盐,添加剂,隔膜等,这些工作被证明可以抑制锂枝晶的生长,但由于较为复杂的工艺条件和高昂的成本抑制了他们的发展。因此,寻求一种低成本,多功能的方法来提升酯基电解液中LMB的循环寿命和安全性是十分关键的。
作为锂金属电池的关键部件之一,隔膜的主要功能是防止正负极直接接触而发生短路。由于隔膜和正负极直接接触,因此其与Li+
的传输和锂金属的电镀/剥离联系紧密。目前大部分商业化的隔膜由聚烯烃化合物如聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、相关的PE/PP复合材料构成,这类隔膜通常具有较差的润湿性、热稳定性和分布不均匀的孔隙。这些因素会导致Li+
分布不均,加剧电极表面的浓差极化,造成锂枝晶快速生长并刺穿隔膜,引发巨大的安全隐患。以前对于隔膜的相关研究主要集中于表面涂覆涂层,静电纺丝,表面的化学和物理处理等方法,这些方法都被证明可以在一定程度上增强与电解液的润湿性,提高热稳定性并改善Li+
通量,以此达到抑制锂枝晶生长的目的。但这些改进对Li+
的沉积和传输影响有限,电池还因此需要更多的电解液和无法降低的N/P比,这对提升CE和增加LMB的安全性影响并不显著。因此,如何同时提高锂金属电池的CE和安全性,是目前急需解决的技术问题。
实现思路