本發(fā)明涉及鋰電池，尤其涉及一種復合金屬鋰負極、其制備方法和鋰金屬電池。

背景技術：

1、鋰離子電池是一種重要的能量存儲技術，在近幾十年來經歷了持續(xù)的發(fā)展和創(chuàng)新。從最早的概念到如今廣泛應用于各個領域，鋰離子電池的發(fā)展歷程充滿了技術突破和挑戰(zhàn)的腳印。

2、20世紀70年代末至80年代初，鋰離子電池的最初概念開始出現(xiàn)。最早的鋰離子電池主要以金屬鋰作為負極材料，但由于安全性和循環(huán)穩(wěn)定性等問題，實際應用受到限制。隨著時間的推移，研究人員開始尋求更安全、穩(wěn)定的負極材料。1980年代末，石墨被引入作為鋰離子電池負極材料，這一改變極大地提高了電池的安全性和穩(wěn)定性。這一時期，鋰離子電池開始進入商業(yè)應用，逐步應用于便攜式電子設備。

3、1990年代，隨著移動通信和便攜式電子市場的快速發(fā)展，鋰離子電池成為了電子產品的首選能源儲存解決方案。在這一階段，電池的能量密度得到了提高，循環(huán)壽命也得到了改善。鋰離子電池逐漸成為了日常生活中不可或缺的一部分。21世紀初，隨著電動汽車和可再生能源等領域的興起，對高能量密度和長循環(huán)壽命的需求進一步推動了鋰離子電池技術的發(fā)展。研究人員開始探索新型正負極材料、電解質和電池結構，以提高電池的性能和安全性。近年來，鋰離子電池的發(fā)展進入了一個新的階段。新型材料的引入，如鋰硫電池、鋰空氣電池等，以及固態(tài)電池技術的興起，都為電池技術帶來了新的可能性。同時，電池管理系統(tǒng)的進步也增強了電池的智能化和安全性。

4、現(xiàn)如今，隨著人們對高比能電芯的追求，正負極材料本身也正在進行著不斷地更新和迭代。被譽為圣杯的金屬鋰，具有3860mah?g-1的克容量和-3.04v(vs?she)低電位的特點，近些年又重新引起了大家的關注。但這類負極在使用過程中，枝晶的生長問題仍然是當前亟待解決的。鋰枝晶之所以會生成，這極大原因是鋰本身的強還原性決定的。因此，研究人員通常從其強還原性入手，通過化學轉換的方法降低轉變?yōu)橄鄬Ψ€(wěn)定的合金；或者是通過隔絕負極和電解液的直接接觸，減緩其化學反應，提升電池的循環(huán)壽命。研究人員設法在鋰負極表面人工制備均勻致密的sei?膜，如有機聚合物薄膜、無機氧化物薄膜、高離子電導率薄膜、非金屬薄膜等，以阻止鋰與電解液的直接接觸，抑制鋰枝晶的產生，從而提高鋰負極的循環(huán)穩(wěn)定性能。目前在鋰負極表面制備有機聚合物薄膜多采用膜轉移法，且復合金屬鋰負極的循環(huán)性能有待進一步提升。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種復合金屬鋰負極、其制備方法和鋰金屬電池，該復合金屬鋰負極所使用的聚合物單體本征具有一定的導鋰特點，交聯(lián)聚合物的合成使得保護層表現(xiàn)出一定的柔性，能夠很好的應對負極循環(huán)過程中的體積膨脹，可提升電池的循環(huán)壽命，且表層涂布工藝和紫外光固化工藝能夠兼容現(xiàn)有的電池生產流程。

2、第一方面，本發(fā)明提供一種復合金屬鋰負極，包括金屬鋰負極基片和設置于其表面的保護層，所述保護層由聚合物單體、引發(fā)劑和鋰鹽制成；

3、所述聚合物單體包括第一單體、第二單體和第三單體；

4、所述第一單體為聚(乙二醇)二丙烯酸酯；

5、所述第二單體為甲基丙烯甲酯；

6、所述第三單體為聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯或聚碳酸丙烯酯。

7、基于以上技術方案，本發(fā)明通過在金屬鋰負極基片表面設置由聚合物單體、引發(fā)劑和鋰鹽制成的保護層，采用包括第一單體、第二單體和第三單體制備的自主設計的交聯(lián)聚合物，通過表層涂布和紫外光固化工藝將保護層設置于基片表面，保護層的設置降低了界面阻抗，可應對負極循環(huán)過程中的體積膨脹，提升電池循環(huán)壽命。

8、上述的復合金屬鋰負極中，所述聚丙烯酸酯為聚丙烯酸乙酯、聚（丙烯酸叔丁酯）-block-聚（苯乙烯）或聚（丙烯腈-co-丙烯酸甲酯）。

9、上述的復合金屬鋰負極中，所述第一單體和所述第二單體的質量比為1:(0.1～0.8)，具體可為1：0.5；

10、所述第一單體的數(shù)均分子量可為250～10000，具體可為250。

11、上述的復合金屬鋰負極中，所述第一單體和所述第三單體的質量比可為1:(0.5～1)，具體可為1:0.75；

12、所述第三單體的數(shù)均分子量可為2000～3000000，具體可為50000、300000或400000。

13、上述的復合金屬鋰負極中，所述引發(fā)劑為二苯基-(2,4,6-三甲基苯甲酰)氧磷；

14、所述引發(fā)劑的質量可為所述第一單體和所述第二單體的總量的0.1%～3.2%，具體可為1%。

15、上述的復合金屬鋰負極中，所述鋰鹽包括第一鋰鹽和第二鋰鹽；

16、所述第一鋰鹽為雙氟磺酰亞胺鋰；

17、所述第二鋰鹽為六氟磷酸鋰；

18、所述第一鋰鹽和所述第二鋰鹽的摩爾比為5:(0.1～1)，具體可為5：0.8；

19、所述第一鋰鹽和所述第二鋰鹽的總質量可為所述第一單體和所述第二單體的總質量的0.1%～100.0%，具體可為50%。

20、第二方面，本發(fā)明提供上述任一項所述的復合金屬鋰負極的制備方法，包括如下步驟：

21、（1）將所述第一單體和所述第二單體加入第一溶劑中，得到第一溶液；

22、（2）將第三單體加入第二溶劑中，得到第二溶液；

23、（3）將所述引發(fā)劑加入所述第一溶液中，得到第三溶液；

24、（4）將所述第二溶液和所述第三溶液混合，加入所述鋰鹽，得到第四溶液；

25、（5）將所述第四溶液涂布在金屬鋰負極基片的表面，在紫外光下進行固化，固化完畢后干燥，得到所述復合金屬鋰負極。

26、上述的復合金屬鋰負極的制備方法中，所述第一單體和所述第二單體的總質量與所述第一溶劑的質量比為1:(8～25)，具體可為1：9；

27、所述第三單體與所述第二溶劑的質量比可為1:(12.5～33.3)，具體可為1:19；

28、所述第一溶劑和所述第二溶劑分別為無水乙腈、n,n-二甲基甲酰胺、n，n-二甲基乙酰胺、正庚烷、二氯甲烷、環(huán)己烷、氯仿、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯中的一種或幾種。

29、上述的復合金屬鋰負極的制備方法中，所述第四溶液的涂布刮刀間隙可為50μm～250μm，具體可為150μm；

30、所述紫外光的波長為365nm；

31、所述固化的時間可為5～35min，具體可為20min。

32、第三方面，本發(fā)明提供一種鋰金屬電池，包括正極、負極、隔膜和電解液，其特征在于：所述負極為上述任一項所述的復合金屬鋰負極或上述任一項所述的制備方法得到的復合金屬鋰負極。

33、本發(fā)明具有如下有益效果：

34、（1）本發(fā)明通過自主設計一種交聯(lián)的聚合物，通過常見的表層涂布和紫外光固化工藝，實現(xiàn)負極表面的均勻鋰保護，從而提升電池的循環(huán)壽命；

35、（2）本發(fā)明所使用的表層涂布工藝和紫外光固化工藝能夠兼容現(xiàn)有的電池生產流程；

36、（3）本發(fā)明所使用的聚合物單體本征具有一定的導鋰特點，交聯(lián)聚合物的合成，改變了材料自聚的剛性，降低了界面阻抗，使得保護層表現(xiàn)出一定的柔性，能夠很好的應對負極循環(huán)過程中的體積膨脹。