一种改性LATP材料的制备方法及其抑制锂枝晶生长的用途   0    0

[0001] 本发明属于材料化学领域，具体涉及到一种改性LATP材料的制备方法及其抑制锂枝晶生长的用途。

[0002] 随着科学技术的进步和人类生活水平的提高，电动汽车、便携式电子设备、大型储能网络等电子产业的发展日新月异，传统锂离子电池商业石墨负极材料正在趋于其理论容‑1量(372mAh g )，达到了发展瓶颈，难以满足人类社会对高续航、高功率储能器件的需求。因此，大力开发性能优异的电池储能材料对于推动可持续社会的发展具有重大意义。锂金属‑1
电池中锂负极具有理论比容量高(3860mAh g )，电化学电位低(‑3.04V vs.标准氢电极)和‑3
密度小(0.534g cm )的优势(Nat.Mater.2011,11,19‑29)，被广泛认为是能够代替现有商业石墨负极的理想材料，然而，尽管锂金属电池拥有以上诸多优点，但锂金属电池在持续充放电循环过程中，由于锂金属剧烈的体积变化、SEI的膜不稳定和锂枝晶不均匀生长会使电池出现库仑效率低、循环寿命短等一系列问题，锂枝晶的生长甚至会刺穿隔膜造成安全隐患，导致锂金属电池短路、爆炸。因此，抑制锂枝晶生长成为了当今电池储能材料的研究热点之一，科研工作者们进行了大量的研究，主要通过以下几个研究思路来抑制锂枝晶的生长：(1)固态电解质(Chem.Soc.Rev.2011,40,2525‑2540)；(2)凝胶聚合物电解质(Proc.Natl.Acad.Sci.2014,111,3205‑3206)；(3)建立电极/电解质界面稳定性(Adv.Mater.Interfaces.2018,5,1701097)；(4)添加电解质添加剂(Nat.Commun.2015,6,
7436)；(5)构建人工SEI膜(Angew.Chem.Int.Ed.2018,57,1505‑1509)；(6)修饰功能电极(Nano.Lett.2018,18,297‑301)。

[0003] NASICON结构的Li1.4Al0.4Ti1.6(PO4)3(LATP)(Energy.Environ.Sci.2018,11,1803‑‑4 ‑11810)具有较高的电导率，在环境温度下电导率约为7×10 S cm ，熔点较高，在高温下仍具有良好的安全稳定性，机械强度较高，能够很好地抑制锂枝晶的生长，从而避免短路的发生，LATP缺点是与锂金属直接接触会发生不可逆的氧化还原反应生成黑色副产物，造成锂离子的损失，颗粒状LATP难以制备均匀、致密的隔膜，且其与电极材料之间的接触润湿性较差，有较大的接触电阻，阻碍锂离子的传输，影响锂电池性能。

[0004] 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术，提供一种改性LATP材料的制备方法及其抑制锂枝晶生长的用途。

[0005] 本发明为了解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种改性LATP材料的制备方法，在溶液中加入LATP、盐酸多巴胺、三羟甲基氨基甲烷，加热搅拌，离心分离沉淀，干燥，得到包覆产物，将包覆产物、乙炔黑、PVDF按一定比例混合制成浆料，将浆料制成薄膜，真空干燥，得到改性LATP材料，具体包括以下步骤：

[0006] (1)在烧杯中加入体积比为1:1的蒸馏水和乙醇，加入适量的LATP颗粒，超声分散，加入盐酸多巴胺和三羟甲基氨基甲烷，60℃恒温加热，磁力搅拌一定时间，得到悬浊液A；

[0007] (2)将悬浊液A离心分离沉淀，真空干燥，得到包覆产物；

[0008] (3)将包覆产物、乙炔黑、PVDF按质量比为8:1:1制成浆料，将浆料制成薄膜，真空干燥，得到一种改性LATP材料；

[0009] 所述LATP为Li1.4Al0.4Ti1.6(PO4)3；

[0010] 所述PVDF为聚偏氟乙烯；

[0011] 所述LATP、盐酸多巴胺、三羟甲基氨基甲烷物质量的比为1:1:1；

[0012] 参加反应的溶剂，原料均为化学纯。

[0013] 进一步的，本发明还提供了所述的改性LATP材料用于抑制锂枝晶生长的的用途，‑2该材料作为金属锂阳极表面的保护层，在1.0mA cm 的电流密度下，稳定循环≥600h。

[0014] 与现有技术相比，本发明具有如下特点：

[0015] 本发明制备的改性LATP材料是通过自组装的方法制备而成，该膜材料分布均一，具有强的氢键作用，结构稳定；该材料作为锂金属阳极表面的保护层，可以诱导锂均匀沉积，能够有效抑制电池充放电过程中锂枝晶的生长，防止锂枝晶刺穿隔膜，进而提高了锂电池的循环性能和安全稳定性。

[0019] 以下结合实施例对本发明作进一步详细描述，本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

[0020] 实施例1

[0021] 在250mL烧杯中加入40mL去离子水和40mL乙醇，加入10mmol的LATP，超声1h，加入10mmol的盐酸多巴胺和10mmol的三羟甲基氨基甲烷，60℃恒温加热，磁力搅拌12h，得到悬浊液A；将悬浊液A离心分离沉淀，真空干燥，得到包覆产物；称取包覆产物0.8g、乙炔黑
0.1g、PVDF 0.1g混合后制成浆料，将浆料制成薄膜，真空干燥，得到一种改性LATP材料；扫描电镜SEM观察材料的形貌(图1)；粉末X射线测试材料的组成结构(图2)。

[0022] 实施例2

[0023] 在250mL烧杯中加入50mL去离子水和50mL乙醇，加入8mmol的LATP，超声30min，加入8mmol的盐酸多巴胺和8mmol的三羟甲基氨基甲烷，60℃恒温加热，磁力搅拌12h，得到悬浊液A；将悬浊液A离心分离沉淀，真空干燥，得到包覆产物；称取包覆产物0.8g、乙炔黑0.1g、PVDF 0.1g混合后制成浆料，将浆料制成薄膜，真空干燥，得到一种改性LATP材料；扫描电镜SEM观察材料的形貌；粉末X射线测试材料的组成结构。

[0024] 实施例3

[0025] 在250mL烧杯中加入50mL去离子水和80mL乙醇，加入15mmol的LATP，超声30min，加入15mmol的盐酸多巴胺和15mmol的三羟甲基氨基甲烷，60℃恒温加热，磁力搅拌20h，得到悬浊液A；将悬浊液A离心分离沉淀，真空干燥，得到包覆产物；称取包覆产物8.0g、乙炔黑1.0g、PVDF 1.0g混合后制成浆料，将浆料制成薄膜，真空干燥，得到一种改性LATP材料；扫描电镜SEM观察材料的形貌；粉末X射线测试材料的组成结构。

[0026] 将实施例1‑3所制备的改性LATP材料作为金属锂阳极表面的保护层，在1.0mA cm‑2的电流密度下，在锂对称电池中测试其循环性能，结果显示电池稳定循环600h仍能保持电压平稳(图3)。

[0016] 图1为实施例1所制备的改性LATP材料的SEM图；

[0017] 图2为实施例1所制备的改性LATP材料的XRD图；

[0018] 图3为改性LATP材料作为金属锂阳极表面的保护层的锂对称循环性能图。