CN113013478A

CN113013478A - 一种通过溶液缓释控制锂沉积的方法

Info

Publication number: CN113013478A
Application number: CN201911319877.6A
Authority: CN
Inventors: 周建军; 闫俊; 李林
Original assignee: Beijing Normal University
Current assignee: Beijing Normal University
Priority date: 2019-12-19
Filing date: 2019-12-19
Publication date: 2021-06-22
Anticipated expiration: 2039-12-19
Also published as: CN113013478B

Abstract

本发明提供了一种通过溶液缓释控制锂沉积的方法，所述方法是通过在正极极片或隔膜中加入可在锂金属电池用电解液中微溶的组分，电池组装后，在锂表面还原形成锂成核位点，促进锂均匀沉积，形成大块锂，而不形成枝晶，从而降低锂沉积层的比表面积，减缓电解液的消耗，提高锂金属电池的性能。相比于现有技术中采用高锂盐浓度电解液避免产生锂枝晶的方法，本申请的方法可以适用各种电解液体系，无需采用高浓度锂盐。

Description

一种通过溶液缓释控制锂沉积的方法

技术领域

本发明属于锂金属电池技术领域，具体涉及一种通过溶液缓释控制锂沉积的方法。

背景技术

纯电动汽车由于使用过程中里程限制，急需高比能量的锂金属电池提高续航里程。高比能量锂金属电池的开发一方面依赖于开发高镍等新型的正极材料，另一方面依赖于开发新型的负极材料，如硅碳负极、锂金属负极。锂金属负极具有高的理论比容量(3840mAh/g)、低的电位(-3.04V vs SHE)和金属中最小的密度(0.534g/cm³)，有可能用于下一代具有更高比容量的锂金属电池。

然而，锂金属负极的使用目前还面临居多难题。

首先，安全性就是一个巨大的挑战。由于在循环过程中锂的不均匀沉积，导致很容易在负极表面形成锂枝晶，而负极表面形成的锂枝晶可能穿透隔膜导致短路，引起电池温度迅速升高甚至着火、***。

其次，锂枝晶容易从锂负极表面脱落形成死锂，引起活性锂的损耗以及电池内阻的升高。同时，由于锂金属非常活泼，在活泼的锂金属负极表面无法形成稳定的界面层，电解液和新沉积的锂枝晶不断反应而被消耗，当电解液消耗完毕后，电池性能迅速恶化。

因此，目前采用金属锂负极的锂金属电池的循环性能不如采用碳负极的锂金属电池稳定。促进锂均匀沉积，抑制锂枝晶生长是当前推进锂金属负极应用的难题。

现有工艺中，通过将隔膜直接和锂片接触，并对隔膜进行改性，在表面涂覆无机陶瓷材料或电解质能提高隔膜的耐穿刺性能，改善锂金属电池的安全性能。直接对锂片表面进行处理，在锂片表面形成有机或无机锂金属导体，也能减少枝晶的形成。但两种方法并不能从根本上完全抑制锂枝晶的形成。采用高浓锂盐的电解液能够使锂在沉积过程中不形成枝晶，而形成大块状的锂沉积。大块状的锂沉积不但能降低新沉积锂的比表面积，减少液态电解液的消耗速度，而且能显著提高锂金属电池的循环性能。但是高浓锂盐的电解液通常粘度比较大，润湿性较差，而且只能针对特定的醚类溶剂体系，应用范围受到限制。

发明内容

为了改善现有技术的不足，本发明提供一种通过溶液缓释控制锂沉积的方法，所述方法可以使锂在充电过程中均匀沉积，不形成锂枝晶，相反地，形成大块锂，以此提高锂金属电池的性能。

本发明还提供一种锂金属电池，所述锂金属电池是通过在正极极片或隔膜中加入可在锂金属电池用电解液中微溶的组分，实现锂在锂金属表面的均匀沉积，并形成大块锂。

本发明还提供一种锂金属电池的制备方法，所述方法包括将含可在锂金属电池用电解液中微溶的组分的正极极片或涂布有可在锂金属电池用电解液中微溶的组分的隔膜组装到电池中，通过微溶组分的缓释控制锂的沉积。

本发明目的是通过如下技术方案实现的：

一种通过缓释控制锂沉积的方法，所述方法包括：在锂金属电池用正极极片制备过程中添加可在锂金属电池用电解液中微溶的组分，或在锂金属电池用隔膜表面涂布可在锂金属电池用电解液中微溶的组分，所述可在锂金属电池用电解液中微溶的组分能在电解液中微溶，并在锂金属负极表面电沉积析出，形成纳米颗粒，作为锂的成核剂，促进充电过程中锂沉积形成块状锂。

根据本发明，所述可在锂金属电池用电解液中微溶的组分包括金属氧化物、金属磷酸盐、金属锰酸盐、金属碳酸盐、金属氢氧化物、金属氟化物等中的至少一种。

根据本发明，所述可在锂金属电池用电解液中微溶的组分在锂金属电池用电解液中的溶解度为0.05μM-1mM。

根据本发明，锂金属电池用正极极片包括正极集流体和正极集流体一侧或两侧表面上的正极活性物质层，所述正极活性物质层包括正极活性物质、导电剂、粘结剂和可在锂金属电池用电解液中微溶的组分，其中，所述可在锂金属电池用电解液中微溶的组分的含量占锂金属电池用正极极片中正极活性物质层总质量的0.5-10wt％，优选为3-5wt％。

根据本发明，所述方法还包括含可在锂金属电池用电解液中微溶的组分的锂金属电池用正极极片的制备，所述锂金属电池用正极极片的制备方法包括以下步骤：

(1)将正极活性物质、导电剂、粘结剂以及可在锂金属电池用电解液中微溶的组分混合均匀，制备得到正极浆料；

(2)将正极浆料涂布到集流体的一侧或两侧表面，得到所述正极极片。

根据本发明，所述方法还包括含可在锂金属电池用电解液中微溶的组分的锂金属电池用隔膜的制备，所述锂金属电池用隔膜的制备方法包括以下步骤：

(1)将可在锂金属电池用电解液中微溶的组分配制成水溶液或在分散剂的作用下配制成水分散液；

(2)在水溶液或水分散液中加入粘结剂、表面活性剂，得到水性涂布浆料；

(3)将水性涂布浆料涂布到隔膜基层的表面，得到锂金属电池用隔膜。

本发明提供一种锂金属电池，所述锂金属电池包括正极极片、负极极片、隔膜和电解液；

其中，所述正极极片中含可在锂金属电池用电解液中微溶的组分；和/或，所述隔膜中含可在锂金属电池用电解液中微溶的组分。

根据本发明，所述可在锂金属电池用电解液中微溶的组分的含量占正极极片中正极活性物质层总质量的0.5-10wt％，优选为3-5wt％。

根据本发明，所述锂金属电池为纽扣电池、层叠式电池、卷绕式电池中的至少一种。

根据本发明，所述锂金属电池的外包装为软塑包装或钢壳包装。

本发明还提供上述锂金属电池的制备方法，所述方法包括将含可在锂金属电池用电解液中微溶的组分的正极极片或涂布有可在锂金属电池用电解液中微溶的组分的隔膜组装到电池中，通过微溶组分的缓释控制锂的沉积。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种通过溶液缓释控制锂沉积的方法，所述方法是通过在正极极片或隔膜中加入可在锂金属电池用电解液中微溶的组分，电池组装后，在锂表面还原形成锂成核位点，促进锂均匀沉积，形成大块锂，而不形成枝晶，从而降低锂沉积层的比表面积，减缓电解液的消耗，提高锂金属电池的性能。

相比于现有技术中采用高锂盐浓度电解液避免产生锂枝晶的方法，本申请的方法可以适用各种电解液体系，无需采用高浓度锂盐。

附图说明

图1为实施例1中电池的容量衰减曲线。

图2为实施例1中电池循环200次后锂沉积层的形貌，a：截面；b：表面。

图3为对比例1中电池的容量衰减曲线。

图4为实施例5中锂在铜箔表面片状沉积。

图5为对比例2中锂在铜箔表面沉积形成大量的枝晶。

具体实施方式

如前所述，本发明提供一种通过缓释控制锂沉积的方法，所述方法包括：在锂金属电池用正极极片制备过程中添加可在锂金属电池用电解液中微溶的组分，或在锂金属电池用隔膜表面涂布可在锂金属电池用电解液中微溶的组分，所述可在锂金属电池用电解液中微溶的组分能在电解液中微溶，并在锂金属负极表面电沉积析出，形成纳米颗粒，作为锂的成核剂，促进充电过程中锂沉积形成块状锂。

在一个具体的实施方式中，所述可在锂金属电池电解液中微溶的组分中的金属离子能在金属锂负极表面还原，产生金属纳米颗粒或金属-锂合金，其可以作为锂的成核剂，降低锂沉积过电势，形成块状锂沉积层。

在一个具体的实施方式中，所述可在锂金属电池用电解液中微溶的组分在锂金属电池用电解液中的溶解度为0.05μM-1mM，例如为0.1-100μM；所述溶解度的限制可以使得微溶组分在电池的使用过程中缓慢释放，达到持续控制锂沉积的效果。

在一个具体的实施方式中，所述可在锂金属电池用电解液中的微溶的组分可以一定的比例加入到锂金属电池正极极片中，或者涂布到锂金属电池用隔膜表面。

在一个具体的实施方式中，所述可在锂金属电池用电解液中的微溶的组分包括但不限于：金属氧化物、金属磷酸盐、金属碳酸盐、金属锰酸盐、金属氢氧化物、金属氟化物等；

示例性地，所述金属氧化物选自二氧化镍、三氧化二镍、氧化镁、氧化钙、过氧化钙、氧化亚铁、三氧化二铁、四氧化三铁、氧化钡、二氧化铬、三氧化铬、三氧化二铬、氧化亚锰、二氧化锰、三氧化二锰、四氧化三锰、七氧化二锰、氧化钴、二氧化钴、三氧化二钴、四氧化三钴、氧化镓、一氧化锗、二氧化锗、氧化钇、二氧化锆、一氧化铌、二氧化铌、三氧化二铌、五氧化二铌、二氧化钼、三氧化钼、二氧化锝、七氧化二锝、氧化铟、氧化亚锡、三氧化二锑、五氧化二锑、二氧化铪、五氧化二钽、三氧化钨、三氧化铼、七氧化二铼、四氧化锇、二氧化锇、二氧化铱、四氧化铱、氧化铅、二氧化铅、四氧化三铅、三氧化二铅、三氧化二铋、五氧化二铋、氧化镧、氧化铈、三氧化二铈、一氧化钒、二氧化钒、三氧化二钒、五氧化二钒中的一种或多种；

示例性地，所述金属磷酸盐选自磷酸亚铁、磷酸镍、磷酸钙、磷酸镁、磷酸钡、磷酸铝、磷酸钇、磷酸钛、磷酸铬、磷酸锰、磷酸钴、磷酸镍、磷酸铜、磷酸锌、磷酸镓、磷酸锆、磷酸铌、磷酸铑、磷酸钯、磷酸铟、磷酸锡、磷酸锑、亚磷酸锑、磷酸镧、磷酸铈、磷酸铅等中的一种或多种；

示例性地，所述金属氟化物选自氟化钙、氟化镁、氟化钡、氟化钴、三氟化钴、氟化锌、氟化银、三氟化铁、氟化亚铁、氟化镍、氟化铝、氟化钇、三氟化钛、四氟化钛、氟化铬、氟化亚铬、氟化铜、氟化亚铜、氟化镓、氟化锗、四氟化锗、氟化锆、五氟化铌、五氟化钼、六氟化钼、六氟化锝、氟化钌、三氟化铑、二氟化钯、四氟化钯、三氟化铟、二氟化锡、四氟化锡、三氟化锑、五氟化锑、氟化镧、三氟化铈、四氟化铈、六氟化铂、二氟化铅、四氟化铅、三氟化铋、五氟化铋、三氟化钒、四氟化钒、五氟化钒、氟化锰、三氟化锰、四氟化锰等中的一种或多种；

示例性地，所述金属锰酸盐选自锰酸锂、锰酸锌、锰酸铁、锰酸镍、锰酸钙、锰酸镁、锰酸钡、锰酸铝、锰酸钇、锰酸镍、锰酸铜、锰酸钼、锰酸铑、锰酸镧等中的一种或多种；

示例性地，所述金属碳酸盐选自碳酸锂、碳酸钴、碳酸锌、碳酸镍、碳酸钙、碳酸镁、碳酸钡、碳酸钇、碳酸铬、碳酸镍、碱式碳酸铜、碳酸亚铜、碳酸钯、碳酸镓、碳酸锗、碳酸锆、碳酸铌、碳酸钼、碳酸钌、碳酸铑、碳酸锰、碳酸镉、碳酸铟、碳酸锡、碳酸锑、碳酸镧、碳酸铈、碳酸钨、碳酸铅、碱式碳酸铋、次碳酸铋等中的一种或多种；

示例性地，所述金属氢氧化物选自氢氧化锂、氢氧化钴、氢氧化锌、氢氧化镍、氢氧化钙、氢氧化镁、氢氧化钡、氢氧化钇、氢氧化钛、氢氧化铬、氢氧化镍、氢氧化铜、氢氧化镓、二氢氧化锗、四氢氧化锗、氢氧化锆、氢氧化铌、三氢氧化钼、四氢氧化钼、五氢氧化钼、氢氧化钌、氢氧化铑、氢氧化钯、氢氧化锰、氢氧化镉、氢氧化铟、氢氧化锡、氢氧化锑、氢氧化镧、氢氧化铈、氢氧化铅、氢氧化铋等中的一种或多种。

在一个具体的实施方式中，锂金属电池用正极极片包括正极集流体和正极集流体一侧或两侧表面上的正极活性物质层，所述正极活性物质层包括正极活性物质、导电剂、粘结剂和可在锂金属电池用电解液中微溶的组分，其中，所述可在锂金属电池用电解液中微溶的组分的含量占锂金属电池用正极极片中正极活性物质层总质量的0.5-10wt％，优选为3-5wt％，例如所述可在锂金属电池用电解液中微溶的组分的含量占锂金属电池用正极极片中正极活性物质层总质量的0.5wt％、0.8wt％、0.9wt％、1wt％、1.5wt％、2wt％、2.5wt％、3wt％、3.5wt％、4wt％、4.5wt％、5wt％、5.5wt％、6wt％、6.5wt％、7wt％、8wt％、9wt％或10wt％。

在一个具体的实施方式中，所述正极活性物质、导电剂和粘结剂均为本领域常规的锂金属电池用正极活性物质、导电剂和粘结剂。

在一个具体的实施方式中，所述方法还包括含可在锂金属电池用电解液中微溶的组分的锂金属电池用正极极片的制备，所述锂金属电池用正极极片的制备方法包括以下步骤：

在一个具体的实施方式中，锂金属电池用隔膜包括隔膜基层和隔膜基层一侧或两侧表面上的涂覆层，所述涂覆层包括可在锂金属电池用电解液中微溶的组分。所述涂覆层中的可在锂金属电池用电解液中微溶的组分含量没有特别的限定，保证其能够溶解在锂金属电池用电解液中，且使得溶解度为0.05μM-1mM即可，优选为0.1-100μM。

在一个具体的实施方式中，所述隔膜基层为本领域常规的锂金属电池用隔膜基层。

在一个具体的实施方式中，所述方法还包括含可在锂金属电池用电解液中微溶的组分的锂金属电池用隔膜的制备，所述锂金属电池用隔膜的制备方法包括以下步骤：

其中，所述粘结剂和表面活性剂均为本领域已知的锂金属电池用隔膜中的粘结剂和表面活性剂。

本发明还提供一种锂金属电池，所述锂金属电池包括正极极片、负极极片、隔膜和电解液；

在一个具体的实施方式中，所述可在锂金属电池用电解液中微溶的组分的含量占正极极片中正极活性物质层总质量的0.5-10wt％，优选为3-5wt％。

在一个具体的实施方式中，所述可在锂金属电池用电解液中微溶的组分的含量在隔膜中的含量没有特别的限定，例如大于所述可在锂金属电池用电解液中微溶的组分能够溶解在电解液中的含量，保证该可在锂金属电池用电解液中微溶的组分在电解液中达到饱和状态即可。

在一个具体的实施方式中，所述电解液中包括有机溶剂、锂盐。

在本发明的一个方案中，所述有机溶剂选自碳酸酯(如环状碳酸酯、链状碳酸酯)、羧酸酯(如环状羧酸酯、链状羧酸酯)、醚类化合物(如环状醚类化合物、链状醚类化合物)、含磷化合物、含硫化合物和芳香族含氟化合物中的至少一种。

其中，所述碳酸酯选自碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸甲基正丙基酯、碳酸乙基正丙基酯、碳酸二正丙酯、双(氟甲基)碳酸酯、双(二氟甲基)碳酸酯、双(三氟甲基)碳酸酯、双(2-氟乙基)碳酸酯、双(2,2-二氟乙基)碳酸酯、双(2,2,2-三氟乙基)碳酸酯、2-氟乙基甲基碳酸酯、2,2-二氟乙基甲基碳酸酯和2,2,2-三氟乙基甲基碳酸酯中的至少一种。

其中，所述羧酸酯选自乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸异丙酯、乙酸丁酯、乙酸仲丁酯、乙酸异丁酯、乙酸叔丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丙酸异丙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、丁酸丙酯、异丁酸甲酯、异丁酸乙酯、戊酸甲酯、戊酸乙酯、特戊酸甲酯和特戊酸乙酯、三氟乙酸甲酯、三氟乙酸乙酯、三氟乙酸丙酯、三氟乙酸丁酯、三氟乙酸和2,2,2-三氟乙酯中的至少一种。

其中，所述醚类化合物选自四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1,3-二氧戊环、2-甲基-1,3-二氧戊环、4-甲基1,3-二氧戊环、1,3-二氧六环、1,4-二氧六环、二甲氧基丙烷、二甲氧基甲烷、1,1-二甲氧基乙烷、1,2-二甲氧基乙烷、二乙氧基甲烷、1,1-二乙氧基乙烷、1,2-二乙氧基乙烷、乙氧基甲氧基甲烷、1,1-乙氧基甲氧基乙烷和1,2-乙氧基甲氧基乙烷中的至少一种。

其中，所述含磷化合物选自磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸二甲基乙酯、磷酸甲基二乙酯、磷酸亚乙基甲酯、磷酸亚乙基乙酯、磷酸三苯酯、亚磷酸三甲酯、亚磷酸三乙酯、亚磷酸三苯酯、磷酸三(2,2,2-三氟乙基)酯和磷酸三(2,2,3,3,3-五氟丙基)酯中的至少一种。

其中，所述含硫化合物选自环丁砜、2-甲基环丁砜、3-甲基环丁砜、二甲基砜、二乙基砜、乙基甲基砜、甲基丙基砜、二甲基亚砜、甲磺酸甲酯、甲磺酸乙酯、乙磺酸甲酯、乙磺酸乙酯、硫酸二甲酯、硫酸二乙酯和硫酸二丁酯中的至少一种。

其中，所述芳香族含氟化合物选自间氟甲苯、对氟甲苯、氟代联苯、氟苯。

在本发明的一个方案中，所述的锂盐选自六氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、二氟草酸硼酸锂、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂和双草酸硼酸锂、二氟草酸磷酸锂中的一种或多种，其锂盐占非水电解液总质量的13-18wt％。

优选地，所述锂金属电池为纽扣电池、层叠式电池、卷绕式电池中的至少一种。

优选地，所述锂金属电池的外包装为软塑包装或钢壳包装。

下文将结合具体实施例对本发明的制备方法做更进一步地详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试剂、材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

下述实施例中制备得到的锂金属电池在观测锂沉积层的形貌时，所述的锂金属电池在氩气气氛的手套箱中拆开，用电解液溶剂冲洗干净，晾干，用扫描电子显微镜观测。

实施例1

步骤1)将正极活性物质磷酸铁锂85份(质量份，同下)、乙炔黑5份、导电石墨5份、PVDF 3份、碳酸铈2份用N-甲基吡咯烷酮充分混合得到正极浆料；

步骤2)将步骤1)的正极浆料刮刀涂覆到铝箔集流体的一侧；

步骤3)将步骤2)中涂覆正极浆料的铝箔集流体烘干，制备得到含微溶组分碳酸铈的正极极片；所述正极极片的面密度为13mg/cm²。

步骤4)组装锂金属电池：

在制备的正极极片、聚乙烯隔膜及锂片负极极片中加入商用的酯类锂金属电池电解液(LiPF₆浓度为1M的酯类电解液，其中碳酸二甲酯与碳酸二乙酯的体积比为1:1)70μL，放入簧片后液压封口机封口，制备2032型纽扣式锂金属电池。将扣式锂金属电池进行循环充放电测试，电池的容量衰减曲线见图1，电池的性能见表1，循环200次之后锂片表面锂沉积层的形貌见图2。

从图1可以看出，在正极活性物质层中加入碳酸铈之后，采用磷酸铁锂为正极活性物质的锂金属电池的容量衰减缓慢，循环800次以上容量都没有迅速衰减。从图2可以看出，金属锂片表面的锂沉积层是大块状而不是枝晶的形貌，大块状的锂沉积层减缓了电解液与新沉积的锂的反应速度，提高了电池的循环性能。

实施例2

其他步骤同实施例1，区别仅在于：

步骤1)将正极活性物质锰酸锂83份、乙炔黑5份、导电石墨5份、PVDF 3份、二氟化锡4份用N-甲基吡咯烷酮充分混合得到正极浆料；

将扣式锂金属电池进行循环充放电测试，电池的性能见表1。

实施例3

其他步骤同实施例1，区别仅在于：

步骤1)将正极活性物质钴酸锂90份、乙炔黑2份、导电石墨3份、PVDF 3份、氢氧化铌2份用N-甲基吡咯烷酮充分混合得到正极浆料；

将扣式锂金属电池进行循环充放电测试，电池的性能见表1。

实施例4

其他步骤同实施例1，区别仅在于：

步骤1)将正极活性物质镍钴锰锂90份、乙炔黑2份、导电石墨3份、PVDF 3份、碳酸锰2份用N-甲基吡咯烷酮充分混合得到正极浆料；

将扣式锂金属电池进行循环充放电测试，电池的性能见表1。

对比例1

其他步骤同实施例1，区别仅在于：

步骤1)将正极活性物质磷酸铁锂87份、乙炔黑5份、导电石墨5份、PVDF 3份用N-甲基吡咯烷酮充分混合得到正极浆料；

将扣式锂金属电池进行循环充放电测试，电池的容量衰减曲线见图3，电池的性能见表1。

从图3可以看出，电池的性能在循环250次以后，容量的衰减速率明显增加，表明电池内部的电解液已经被完全消耗，电池的性能开始变差。

实施例5

步骤1)将40g三氟化钒在0.5g丙烯酸分散剂的作用下球磨分散在55mL水中，加入聚丙烯酸粘结剂4.5g，得到涂布浆料；

步骤2)将涂布浆料通过刮涂涂布在12μm厚的聚乙烯隔膜的一个表面，烘干得到复合隔膜。

步骤3)将铜箔、复合隔膜与锂片组装，注入醚类电解液(LiTFSI浓度为1M的醚类电解液，其中二氧戊环与乙二醇二甲醚的体积比为1:1，含1wt％的硝酸锂)，组装成锂-铜电池，其中涂层朝向锂片侧。锂-铜电池以0.5mA/cm²的电流密度在铜箔表面进行1.0mAh/cm²的沉积，形成的锂沉积层的形貌见图4。

从图4可以看出，在隔膜中引入了三氟化钒时，虽然涂层三氟化钒和锂片表面接触，并没有和铜箔接触，但是在电解液中微溶的三氟化钒影响到了锂在铜箔表面沉积，使锂在铜箔表面片状沉积。

对比例2

将铜箔、聚乙烯隔膜与锂片组装，注入醚类电解液(LiTFSI浓度为1M的醚类电解液，其中二氧戊环与乙二醇二甲醚的体积比为1:1，含1wt％的硝酸锂)，组装成锂-铜电池。锂-铜电池以0.5mA/cm²的电流密度在铜箔表面进行1.0mAh/cm²的沉积，形成的锂沉积层的形貌见图5。

从图5可以看出，采用普通聚乙烯隔膜时，锂在铜箔表面沉积形成了大量的枝晶。

表1为实施例1-5和对比例1制备得到锂金属电池性能参数

从表1的数据可见，本发明的锂金属电池的循环稳定性明显优于对比例中的，尤其是500圈后的性能较对比例至少提高20％，极具应用前景。

以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种通过缓释控制锂沉积的方法，其中，所述方法包括：在锂金属电池用正极极片制备过程中添加可在锂金属电池用电解液中微溶的组分，或在锂金属电池用隔膜表面涂布可在锂金属电池用电解液中微溶的组分，所述可在锂金属电池用电解液中微溶的组分能在电解液中微溶，并在锂金属负极表面电沉积析出，形成纳米颗粒，作为锂的成核剂，促进充电过程中锂沉积形成块状锂。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述可在锂金属电池用电解液中微溶的组分包括金属氧化物、金属磷酸盐、金属锰酸盐、金属碳酸盐、金属氢氧化物、金属氟化物等中的至少一种。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述可在锂金属电池用电解液中微溶的组分在锂金属电池用电解液中的溶解度为0.05μM-1mM，优选为0.1-100μM。

4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其中，锂金属电池用正极极片包括正极集流体和正极集流体一侧或两侧表面上的正极活性物质层，所述正极活性物质层包括正极活性物质、导电剂、粘结剂和可在锂金属电池用电解液中微溶的组分，其中，所述可在锂金属电池用电解液中微溶的组分的含量占锂金属电池用正极极片中正极活性物质层总质量的0.5-10wt％，优选为3-5wt％。

5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其中，所述方法还包括含可在锂金属电池用电解液中微溶的组分的锂金属电池用正极极片的制备，所述锂金属电池用正极极片的制备方法包括以下步骤：

6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其中，所述方法还包括含可在锂金属电池用电解液中微溶的组分的锂金属电池用隔膜的制备，所述锂金属电池用隔膜的制备方法包括以下步骤：

7.一种锂金属电池，所述锂金属电池包括正极极片、负极极片、隔膜和电解液；

8.根据权利要求7所述的锂金属电池，其中，所述可在锂金属电池用电解液中微溶的组分的含量占正极极片中的正极活性物质层总质量的0.5-10wt％，优选为3-5wt％。

9.根据权利要求7或8所述的锂金属电池，其中，所述锂金属电池为纽扣电池、层叠式电池、卷绕式电池中的至少一种。

优选地，所述锂金属电池的外包装为软塑包装或钢壳包装。

10.权利要求7-9任一项所述的锂金属电池的制备方法，所述方法包括将含可在锂金属电池用电解液中微溶的组分的正极极片或涂布有可在锂金属电池用电解液中微溶的组分的隔膜组装到电池中，通过微溶组分的缓释控制锂的沉积。