一种锂金属阳极及其制备和应用

摘要

本发明属于锂金属电池领域，具体公开了一种锂金属阳极的制备方法，包括以下步骤：步骤(1)：第一段电处理：采用集流体作为工作电极，金属锂作为对电极，在电解液A中以0.01～10mA/cm2的电流密度循环1-100圈；所述的电解液A包含基础电解液和添加剂A；步骤(2)：第二段电处理：将步骤(1)处理后的集流体继续作为工作电极，金属锂作为对电极，在电解液B中以0.01～20mA/cm2的电流密度下进行第二段电处理，处理后的工作电极即为所述的锂金属阳极；所述的电解液B包含基础电解液和添加剂B。本发明经过所述的二段电处理配合处理过程的添加剂以及电流密度等条件的协同控制，能够制得具有优异电化学稳定性和高容量、高循环稳定性的金属锂阳极。

权利要求

1.一种锂金属阳极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)：第一段电处理

采用集流体作为工作电极，金属锂作为对电极，在电解液A中以0.01～10mA/cm2的电流密度循环1-100圈；

所述的电解液A包含基础电解液和添加剂A；

步骤(2)：第二段电处理

将步骤(1)处理后的集流体继续作为工作电极，金属锂作为对电极，在电解液B中以2

0.01～20mA/cm的电流密度下进行第二段电处理，处理后的工作电极即为所述的锂金属阳极；

所述的电解液B包含基础电解液和添加剂B；

所述的添加剂A、添加剂B独自选择乙酸酐(AA)、醋酸乙烯酯(VA)、三(三甲基硅烷)磷酸酯(TMSP)、烯丙基碳酸乙酯(AEC)、甲磺酸丙炔酯(PMS)、四氯乙烯、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、1，3丙磺酸内酯(PS)、硫酸乙烯酯(DTD)、氮甲基吡咯(MPL)、2-苯基咪唑(PID)、马来酰亚胺类(MI)、亚硫酸乙烯酯(ES)、邻苯二酚碳酸酯(BO)、多羟基酚、单宁、黄酮、酚酸类中的至少一种。

2.如权利要求1所述的锂金属阳极的制备方法，其特征在于，所述的添加剂A和B选择相同或者不同的成分；优选为不同的成分；

优选地，添加剂A为四氯乙烯、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、1，3丙磺酸内酯(PS)、硫酸乙烯酯(DTD)、氮甲基吡咯(MPL)、2-苯基咪唑(PID)、马来酰亚胺类(MI)、亚硫酸乙烯酯(ES)、邻苯二酚碳酸酯(BO)、醋酸乙烯酯(VA)中的至少一种；

优选地，添加剂B为乙酸酐(AA)、醋酸乙烯酯(VA)、三(三甲基硅烷)磷酸酯(TMSP)、烯丙基碳酸乙酯(AEC)、甲磺酸丙炔酯(PMS)、四氯乙烯、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、多羟基酚、单宁、黄酮、酚酸类、邻苯二酚碳酸酯(BO)中的至少一种。

3.如权利要求1或2所述的锂金属阳极的制备方法，其特征在于，添加剂A和添加剂B在各自电解液中的添加量为0.01-20wt.％；

优选地，电解液A中，添加剂A的添加量为0.1-10wt.％；进一步优选为2-8wt.％；更进一步优选为2-5wt.％；

优选地，电解液B中，添加剂B的添加量为1-15wt.％。

4.如权利要求1所述的锂金属阳极的制备方法，其特征在于，基础电解液包括溶剂和锂盐；

所述的锂盐包括双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂盐、三氟甲磺酸锂、二氟草酸硼酸锂、二氟双(草酸根)合磷酸锂、二草酸硼酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、硝酸锂、高氯酸锂中的一种或几种；

所述的有机溶剂为酯类溶剂、醚类溶剂和/或砜类溶剂：

所述的酯类溶剂为碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、1，3-丙磺酸内酯(PS)、碳酸亚乙烯酯(VC)、乙酸丙酯(PA)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸甲丙酯(MPC)、乙酸乙酯(EA)、乙酸甲酯(MA)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸乙烯酯(EC)中的一种或几种；

所述的醚类溶剂为四乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、四氢呋喃(THF)、1，3二氧戊环(DOL)、1，4二氧六环(DX)、乙二醇二甲醚(DME)、苷二醇二甲醚、2-甲基四氢呋喃、2，5-二乙基四氢呋喃、二甲氧基丙烷中的一种或几种；

所述的砜类溶剂为二甲基砜、二甲基亚砜(DMSO)、环丁砜(SUL)、乙基甲基砜、二乙基砜、甲基异丙基砜、乙基甲氧基乙基砜、甲氧基乙基甲基砜、乙基异丙基砜、乙基正丁基砜中的一种或几种；

优选地，基础电解液中，锂盐的浓度为0.1-10mol/L；

优选地，电解液A的基础电解液中，锂盐的浓度为1-5mol/L；

优选地，电解液B的基础电解液中，锂盐的浓度为1-5mol/L。

5.如权利要求1所述的锂金属阳极的制备方法，其特征在于，步骤(1)中：所述的集流体为铜箔、铝箔、镍箔、钴箔、钛箔、不锈钢箔、泡沫铜、泡沫镍、泡沫铝、泡沫钴、泡沫钛、泡沫铁、硬碳碳、石墨、石墨烯、碳纤维、碳纳米管、多孔炭中的至少一种；

优选地，电流密度为0.1-5mA/cm2；进一步优选为0.1～1mAh/cm2；

优选地，循环圈数为10～60圈；

优选地，循环过程的温度为-10-90℃；

2

优选地，循环电量为0.5-5mAh/cm。

6.如权利要求1所述的锂金属阳极的制备方法，其特征在于，步骤(2)中：电流密度为

0.1-10mA/cm2；进一步优选为1～5mA/cm2；

优选地，步骤(2)的电流密度为步骤(1)的电流密度2～10倍；

优选地，电处理时间为10-1000min。

7.一种权利要求1～6任一项所述的制备方法制得的锂金属阳极。

8.一种权利要求7所述的锂金属阳极的应用，其特征在于，用作锂金属阳极，用于组装成锂金属电池。

9.一种锂金属电池，其特征在于，包含权利要求7所述的锂金属阳极。

10.如权利要求9所述的锂金属电池，其特征在于，所述的锂金属电池为锂-三元、锂-硫或锂-空气电池。

说明书

一种锂金属阳极及其制备和应用

技术领域

[0001] 本发明涉及一种锂金属电池技术领域，具体涉及一种锂金属电池的金属锂阳极的制备。

背景技术

[0002] 锂二次电池主要为锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池的阳极材料主要为碳材料，其充放电过程主要发生Li+在碳材料结构中的嵌入和脱嵌。然而，金属锂电池的阳极通常为金属锂单质，在电池中的作用机制是金属锂的沉积和溶解，其充放电机制为：充电:Li++e＝Li；放电:Li-e＝Li+。锂金属电池和锂离子电池的材料要求不同，充放电机制不同，表面上相似，实则是完全不同的电池体系。

[0003] 金属锂阳极早在20世纪70年代，已经有产业化的金属锂电池问世，但是由于枝晶生长造成的安全性问题一直没有解决，至20世纪90年代，恰逢锂离子电池问世，迅速取代了锂金属电池，开始了三十多年的长足发展。时至今日，虽然锂阳极再一次得到科研人员的青睐，但是其枝晶生长导致的库伦效率低，循环寿命短的问题仍未解决，因此，要实现金属锂阳极的实用化发展，必须首先对锂阳极存在的问题有清晰的认识。

[0004] 针对金属锂阳极这些问题，文献中已经采用了多种策略来提升锂阳极性能，如人造SEI膜，电解液添加剂，固态电解质，三维锂阳极等。但是单一的一种方法并不能解决锂阳极的所有问题，如人造SEI膜，可以提升库伦效率，改善SEI膜的机械、物理和化学性质，但是锂阳极仍然存在体积效应问题，如采用三维锂阳极，可以极大的缓解锂沉积/溶解过程的体积效应，但是三维集流体也存在SEI膜质量较差的问题，由于三维集流体比表面积较大，大量的SEI膜的生成反而恶化了电池的库伦效率。

发明内容

[0005] 本发明的目的是针对目前锂金属阳极应用技术的不足，提供一种制备金属锂阳极(本发明也称为锂金属阳极)的方法，旨在改善制得的锂金属阳极的电化学性能。

[0006] 本发明第二目的在于，提供所述的制备方法制得的锂金属阳极。

[0007] 本发明第三目的在于，提供一种所述的锂金属阳极的应用。

[0008] 本发明第四目的在于，提供一种包含所述的锂金属阳极的锂金属电池。

[0009] 一种锂金属阳极的制备方法，包括以下步骤：

[0010] 步骤(1)：第一段电处理

[0011] 采用集流体作为工作电极，金属锂作为对电极，在电解液A中以0.01-10mA/cm2的电流密度循环1-100圈；

[0012] 所述的电解液A包含基础电解液和添加剂A；

[0013] 步骤(2)：第二段电处理

[0014] 将步骤(1)处理后的集流体继续作为工作电极，金属锂作为对电极，在电解液B中以0.01～20mA/cm2的电流密度下进行第二段电处理，处理后的工作电极即为所述的锂金属阳极；

[0015] 所述的电解液B包含基础电解液和添加剂B；

[0016] 所述的添加剂A、添加剂B独自选择乙酸酐(AA)、醋酸乙烯酯(VA)、三(三甲基硅烷)磷酸酯(TMSP)、烯丙基碳酸乙酯(AEC)、甲磺酸丙炔酯(PMS)、四氯乙烯、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、1，3丙磺酸内酯(PS)、硫酸乙烯酯(DTD)、氮甲基吡咯(MPL)、2-苯基咪唑(PID)、马来酰亚胺类(MI)、亚硫酸乙烯酯(ES)、邻苯二酚碳酸酯(BO)、多羟基酚、单宁、黄酮、酚酸类中的至少一种。

[0017] 为解决锂金属阳极体积效应大、SEI稳定性差，电化学性能不理想等技术问题，本发明创新地提供了一种两段电处理构建锂金属阳极的制备思路，并在该创新的两段电处理思路下，进一步结合第一段电处理过程的体系、电流密度和循环圈数的控制，第二段电处理过程的体系、电流密度的控制，可进一步改善制得的锂金属阳极的形态和结构稳定性，有助于改善制得的锂金属阳极的电化学性能。

[0018] 本发明中，所述的二段电流密度的电处理思路以及各段电处理过程的条件的协同控制是改善制得的锂金属阳极良好电化学性能的关键。研究发现，第一段电处理过程中，基于所述的电解液A和电流密度和循环圈数的联合控制，进一步配合第二段电处理的电解液B和电流密度的协同控制，能够意外地改善锂金属阳极的电化学性能。

[0019] 本发明研究发现，对第一段电处理过程的体系以及循环过程的电流密度和循环圈数的协同控制是改善制得的锂金属阳极的电化学性能的关键之一。

[0020] 本发明中，第一段电处理的电解液A中包含基础电解液和添加剂A。

[0021] 优选地，添加剂A为四氯乙烯、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、1，3丙磺酸内酯(PS)、硫酸乙烯酯(DTD)、氮甲基吡咯(MPL)、2-苯基咪唑(PID)、马来酰亚胺类(MI)、亚硫酸乙烯酯(ES)、邻苯二酚碳酸酯(BO)中的至少一种。

[0022] 研究还发现，控制不同电阶段的体系中的添加剂含量，有助于进一步发挥不同阶段添加剂的协同性，有助于进一步改善电化学性能。

[0023] 作为优选，添加剂A在电解液A中的添加量为0.01-20wt.％；优选为0.1-10wt.％；进一步优选为2-8wt.％；更进一步优选为2-5wt.％。优选的添加剂种类下，结合所述的二段电处理工艺，有助于进一步改善得到的锂金属阳极的电化学性能。

[0024] 本发明中，所述的基础电解液可以是锂金属电池领域所熟知的电解液，例如，所述的基础电解液包括溶剂和锂盐；

[0025] 所述的锂盐包括双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂盐、三氟甲磺酸锂、二氟草酸硼酸锂、二氟双(草酸根)合磷酸锂、二草酸硼酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、硝酸锂、高氯酸锂中的一种或几种；

[0026] 所述的有机溶剂为酯类溶剂、醚类溶剂和/或砜类溶剂：

[0027] 所述的酯类溶剂为碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、1，3-丙磺酸内酯(PS)、碳酸亚乙烯酯(VC)、乙酸丙酯(PA)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸甲丙酯(MPC)、乙酸乙酯(EA)、乙酸甲酯(MA)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸乙烯酯(EC)中的一种或几种；

[0028] 所述的醚类溶剂为四乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、四氢呋喃(THF)、1，3二氧戊环(DOL)、1，4二氧六环(DX)、乙二醇二甲醚(DME)、苷二醇二甲醚、2-甲基四氢呋喃、2，5-二乙基四氢呋喃、二甲氧基丙烷中的一种或几种；

[0029] 所述的砜类溶剂为二甲基砜、二甲基亚砜(DMSO)、环丁砜(SUL)、乙基甲基砜、二乙基砜、甲基异丙基砜、乙基甲氧基乙基砜、甲氧基乙基甲基砜、乙基异丙基砜、乙基正丁基砜中的一种或几种；

[0030] 优选地，电解液A的基础电解液中，锂盐的浓度为0.1-10mol/L；优选为1-5mol/L。

[0031] 步骤(1)中：所述的集流体为铜箔、铝箔、镍箔、钴箔、钛箔、不锈钢箔、泡沫铜、泡沫镍、泡沫铝、泡沫钴、泡沫钛、泡沫铁、硬碳碳、石墨、石墨烯、碳纤维、碳纳米管、多孔炭中的至少一种中的至少一种。

[0032] 本发明研究还发现，在第一段电处理的体系控制的基础上，进一步对电处理条件，特别是电流密度、循环圈数的联合控制，有助于进一步发挥两段电处理的协同作用，有助于进一步改善制得的金属锂阳极的电化学效果。

[0033] 作为优选，第一段电处理过程中，电流密度为0.1-5mAh/cm2；进一步优选为0.1～1mAh/cm2。在优选的电流密度下，有助于进一步改善得到的锂金属阳极的电化学新更能，改善容量和循环稳定性。

[0034] 本发明中，第一段电处理为电循环处理，一个充、放周期为一个电循环，本发明中，循环圈数为1-100圈，优选地，循环圈数为10～60圈；进一步优选为10～50圈。研究发现，在所述的添加剂A以及电流密度下，进一步控制所述的循环圈数，有助于进一步改善得到的金属锂阳极的电化学性能。

[0035] 研究还发现，在第一段电处理过程的循环体系、电流密度和循环圈数的联合控制下，进一步控制循环过程的温度和循环电量，有助于进一步改善两段电处理获得的金属锂阳极的电化学性能。

[0036] 优选地，循环过程的温度为-10-90℃；优选为20～50℃。

[0037] 优选地，循环电量为0.5-5mAh/cm2；优选为0.5-2mAh/cm2。

[0038] 本发明中，将第一段电处理得到的工作电极继续作为第二段电处理的工作电极，并同样采用金属锂作为对电极，置于电解液B中进行第二段处理。研究发现，将第一段处理的工作电极继续在添加剂B的电处理体系中进行第二段处理，且进一步配合电流密度的控制，有助于进一步改善和第一段电处理工艺的协同性，改善制得的金属锂阳极的形态和结构，改善得到的锂金属阳极的电化学性能。

[0039] 作为优选，所述的添加剂A和B选择相同或者不同的成分；优选为不同的成分。

[0040] 本发明研究发现，电解液A和电解液B优选的不同的添加剂，有助于改善二段金属锂阳极的形态构建，有助于改善电化学性能。

[0041] 优选地，添加剂B为乙酸酐(AA)、醋酸乙烯酯(VA)、三(三甲基硅烷)磷酸酯(TMSP)、烯丙基碳酸乙酯(AEC)、甲磺酸丙炔酯(PMS)、四氯乙烯、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、多羟基酚、单宁、黄酮、酚酸类、邻苯二酚碳酸酯(BO)中的至少一种。

[0042] 本发明研究发现，进一步对第二段电处理的添加剂的含量进行控制，有助于进一步发挥两段电处理的优势，进一步改善制得的锂金属阳极的形态，有助于进一步改善电化学性能。

[0043] 作为优选，添加剂B在电解液B中的添加量为0.01-20wt.％；优选为1-15wt.％；进一步优选为5-10wt.％。

[0044] 电解液B中的基础电解液的选取范围和电解液A相同，但电解液B和电解液A中的基础电解液的种类以及浓度可以相同也可以不同，优选为相同。

[0045] 例如，电解液B中的基础电解液中，锂盐的浓度为0.1-10mol/L；优选为1-5mol/L。

[0046] 本发明中，第二段电处理为电沉积过程，研究发现，在所述的第二段电处理体系的控制下，进一步配合所述的电流密度的控制，有助于进一步改善电化学性能。

[0047] 作为优选，步骤(2)中：电流密度为0.1～10mA/cm2；进一步优选为1～5mA/cm2。

[0048] 作为优选，步骤(2)的电流密度为步骤(1)的电流密度2～10倍。研究发现，采用二段梯度电处理工艺，有助于进一步改善制制得的锂金属阳极的容量以及循环循环稳定性。

[0049] 作为优选，步骤(2)中：处理过程的温度为40～70℃。

[0050] 作为优选，步骤(2)中：电处理时间优选为10-1000min。

[0051] 作为优选，步骤(2)处理后的材料的锂载量5～30mAh/cm2。

[0052] 本发明还提供了一种所述的制备方法制得的锂金属阳极。所述的锂金属阳极包括集流体，以及依次在集流体表面复合的金属锂活性层和SEI保护层。所述的SEI保护层的厚度为50-500nm。

[0053] 本发明还提供了一种所述的锂金属阳极的应用，将其用作锂金属阳极，用于组装成锂金属电池。本发明所述的应用，可将本发明制得的金属锂阳极替换现有锂金属电池的锂箔，用于组装得到全新的锂金属电池。所述的锂金属电池，除了采用本发明所述的锂金属阳极作为阳极外，其他的部件结构、材料均可为行业内技术人员所能获知的，也可采用现有的设备以及方法进行装备。

[0054] 本发明还提供了一种锂金属电池，包含所述的锂金属阳极。

[0055] 所述的锂金属电池，所述的锂金属电池为锂-三元、锂-硫或锂-空气电池。

[0056] 有益效果

[0057] 本发明提出了一种基于电处理构建锂金属阳极的手段，并发现，基于二段处理过程的体系、电处理的条件的联合控制，有助于产生协同作用，进一步改善锂金属阳极的形态和结构稳定性，有助于进一步改善制得的锂金属阳极的电化学性能。

[0058] 本发明技术操作灵活性大，在工业生产中方法简单，操作可行，有望进行大规模推广。

具体实施方式

[0059] 以下实施例旨在对本发明内容做进一步详细说明；而本发明权利要求的保护范围不受实施例限制。

[0060] 所述的添加剂的用量以电解液的重量为基准。

[0061] 实施例1

[0062] 第一段电处理：在氩气氛围手套箱中，以多孔炭材料(粒径500nm，壁厚30nm，比表面积259cm3/g，孔隙率78％)为活性材料涂片作为集流体，以该集流体为工作电极，极片厚度为100μm，锂片为对电极，以1M LiPF6 in VEC/PC/EMC(体积比1：1：1)with 5wt.％VC为电2 2
解液，在25℃下，以1mA/cm的电流密度，1mAh/cm的电量下循环30圈；

[0063] 第二段电处理：拆出第一段电处理的集流体为工作电极，以锂片为对电极，以1M LiTFSI in DME/DOL(体积比1：1)with 10wt.％FEC为电解液，在45℃下，以2mA/cm2的电流密度沉积5小时，拆出第二段电处理的工作电极即为即为金属锂阳极。

[0064] 电池组装与测试：以磷酸铁锂为阴极(活性物质量4mg/cm2)，阳极为上一步骤制备的金属锂阳极，以1M LiPF6 in EC/DEC/EMC(体积比1：1：1)为电解液组装2025扣式电池，将制备好的电池置于25℃的恒温室中静置12h后，在蓝电充放电测试仪上进行充放电测试循环，测试条件为1C。所得结果如表1所示。

[0065] 对比例1

[0066] 和实施例1相比，区别主要在于，只进行第一段电处理：在氩气氛围手套箱中，以多3
孔炭材料(粒径500nm，壁厚30nm，比表面积259cm /g，孔隙率78％)为活性材料为工作电极，极片厚度为100μm，锂片为对电极，以1M LiPF6 in VEC/PC/EMC(体积比1：1：1)with 
10wt.％VC为电解液，在25℃下，以1mA/cm2的电流密度，1mAh/cm2的电量下循环30圈后以
2mA/cm2的电流密度沉积5h，拆出的工作电极即为锂阳极。

[0067] 电池组装与测试：以磷酸铁锂为阴极(活性物质量4mg/cm2)，阳极为上一步骤制备的金属锂阳极，以1M LiPF6 in EC/DEC/EMC(体积比1：1：1)为电解液组装2025扣式电池，将制备好的电池置于25℃的恒温室中静置12h后，在蓝电测试充放电测试仪上进行充放电测试循环，测试条件为1C。所得结果如表1所示。

[0068] 对比例2

[0069] 和实施例1相比，区别主要在于，只进行第二段电处理：在氩气氛围手套箱中，以多孔炭材料(粒径500nm，壁厚30nm，比表面积259cm3/g，孔隙率78％)为活性材料为工作电极，极片厚度为100μm，锂片为对电极，1M LiTFSI in DME/DOL(体积比1：1)with 10wt.％FEC为电解液，在45℃下，以2mA/cm2的电流密度沉积5小时，拆出工作电极即为即为金属锂阳极。

[0070] 电池组装与测试：以磷酸铁锂为阴极(活性物质量4mg/cm2)，阳极为上一步骤制备的金属锂阳极，以1M LiPF6 in EC/DEC/EMC(体积比1：1：1)为电解液组装2025扣式电池，将制备好的电池置于25℃的恒温室中静置12h后，在蓝电测试充放电测试仪上进行充放电测试循环，测试条件为1C。所得结果如表1所示。

[0071] 对比例3

[0072] 和实施例1相比，区别仅在于，第二段电处理无添加剂(未添加FEC)。其他步骤和参数同实施例1：所得结果如表1所示。

[0073] 对比例4

[0074] 以磷酸铁锂为阴极(活性物质量4mg/cm2)，以50μm厚的锂片(等价于10mAh/cm2的金属锂)为阳极，以1M LiPF6 in EC/DEC/EMC(体积比1：1：1)为电解液组装2025扣式电池，将制备好的电池置于25℃的恒温室中静置12h后，在蓝电测试充放电测试仪上进行充放电测试循环，测试条件为1C。所得结果如表1所示。

[0075] 实施例2

[0076] 与实施例1的主要区别在于，第一段电处理的电流和电量过大，第二段电处理的电流和电量过小，这不是最合适的工艺参数。

[0077] 第一段电处理：在氩气氛围手套箱中，以多孔炭材料(粒径500nm，壁厚30nm，比表3
面积259cm /g，孔隙率78％)为活性材料涂片作为集流体，以该集流体为为工作电极，极片厚度为100μm，锂片为对电极，以1M LiPF6 in VEC/PC/EMC(体积比1：1：1)with 10wt.％VC为电解液，在25℃下，以5mA/cm2的电流密度，5mAh/cm2的电量下循环30圈；

[0078] 第二段电处理：拆出第一段电处理的集流体为工作电极，以锂片为对电极，以1M LiTFSI in DME/DOL(体积比1：1)with 5wt.％FEC为电解液，在45℃下，以0.2mA/cm2的电流密度沉积50小时，拆出第二段电处理的工作电极即为即为金属锂阳极。

[0079] 电池组装与测试：以磷酸铁锂为阴极(活性物质量4mg/cm2)，阳极为上一步骤制备的金属锂阳极，以1M LiPF6 in EC/DEC/EMC(体积比1：1：1)为电解液组装2025扣式电池，将制备好的电池置于25℃的恒温室中静置12h后，在蓝电充放电测试仪上进行充放电测试循环，测试条件为1C。所得结果如表1所示。

[0080] 表1电池性能测试结果

[0081]样品 首圈库伦效率 首圈容量 容量保持率为80％的圈数
实施例1 98.9％ 150.4mAh/g 245
对比例1 91.4％ 120.4mAh/g 78
对比例2 95.2％ 128.5mAh/g 59
对比例3 54.6％ 98.4mAh/g 28
对比例4 60％ 100.8mAh/g 32
实施例2 97.1％ 147.8mAh/g 195

[0082] 对比实施例1和对比例1、2、3、4，两段电处理得到的锂阳极具有更好的性能；对比实施例1和实施例2，两段电处理过程的参数协同可以得到更好的效果。

[0083] 实施例3

[0084] 第一段电处理：在氩气氛围手套箱中，以铜箔(厚度10μm)为工作电极，极片厚度为20μm，以锂片为对电极，以1M LiBF4 in EC/DE/EMC(体积比1：1：1)with 0.01、1、2、5、8、
10wt.％四氯乙烯(不同添加量)为电解液，在25℃下，以1mA/cm2的电流密度，1mAh/cm2的电量下循环30圈；

[0085] 第二段电处理：以第一段电处理拆出的集流体为工作电极，锂片为对电极，1M LiFSI in THF/DOL(体积比1：1)with 10wt.％邻苯二酚碳酸酯为电解液，在25℃下，以0.5mA/cm2的电流密度沉积5小时，拆出工作电极即为即为金属锂阳极。

[0086] 电池组装与测试：以三元(NCM811)为阴极(活性物质量4mg/cm2)，阳极为上一步骤制备的金属锂阳极，以1M LiPF6 in PA/DEC/MPC(体积比1：1：1)为电解液组装2025扣式电池，将制备好的电池置于25℃的恒温室中静置12h后，在蓝电充放电测试仪上进行充放电测试循环，测试条件为1C。所得结果如表2所示。

[0087] 表2

[0088] 实施例3 首圈库伦效率 100圈平均库伦效率 库伦效率低于80％的圈数0.01wt.％ 96.1％ 98.1％ 219
1wt.％ 96.4％ 98.7％ 226
2wt.％ 98.7％ 99.1％ 231
5wt.％ 98.4％ 99.2％ 236
8wt.％ 97.4％ 98.5％ 221
10wt.％ 95.9％ 98.6％ 217

[0089] 对比实施例3可以看出，第一段电处理添加剂含量在2-8wt.％；优选为2～5wt.％中有更优的性能。

[0090] 实施例4

[0091] 第一段电处理：在氩气氛围手套箱中，以碳纳米管(直径150nm，壁厚10nm，长度1.5μm)为活性材料涂片作为工作电极，极片厚度为300μm，锂片为对电极，以1M LiPF6 in VEC/PC/MA(体积比1：1：1)with 5wt.％VA为电解液，在25℃下，以0.01、0.1、1、5、10mA/cm2的电流密度，1mAh/cm2的电量下循环25圈；

[0092] 第二段电处理：拆出经过第一段电处理的集流体为工作电极，锂片为对电极，1M LiClO4 in DMSO/DOL(体积比1：1)with 5wt.％DTD为电解液，在55℃下，以1mA/cm2的电流密度沉积5小时，拆出工作电极即为即为金属锂阳极。

[0093] 电池组装与测试：以三元(NCM811)为阴极(活性物质量3.6mg/cm2)，阳极为上一步骤制备的金属锂阳极，以1M LiPF6 in EC/DEC/EMC(体积比1：1：1)为电解液组装2025扣式电池，将制备好的电池置于25℃的恒温室中静置12h后，在蓝电充放电测试仪上进行充放电测试循环，测试条件为1C。所得结果如表3所示。

[0094] 表3

[0095]

[0096] 对比第一段电处理过程采用不同电流密度循环，优选的0.1-5mA/cm2；进一步优选为0.1～1mA/cm2下具有最优的性能。

[0097] 实施例5

[0098] 第一段电处理：在氩气氛围手套箱中，以石墨烯为活性材料涂片作为工作电极，极片厚度为150μm，锂片为对电极，以1M LiPF6 in VEC/PC/EMC(体积比1：1：1)with 1wt.％TMSP为电解液，在25℃下，以1mA/cm2的电流密度，1mAh/cm2的电量下循环1、10、30、50、70、100圈；

[0099] 第二段电处理：以第一段电处理拆出的集流体为工作电极，锂片为对电极，1M LiTFSI in DME/DOL(体积比1：1)with 6wt.％MI为电解液，在45℃下，以3mA/cm2的电流密度沉积5小时，拆出工作电极即为即为金属锂阳极。

[0100] 电池组装与测试：以硫/碳为阴极(活性物质量3mg/cm2)，阳极为上一步骤制备的金属锂阳极，以1M LiCF3SO3 in DX/DME(体积比1：1)为电解液组装2025扣式电池，将制备好的电池置于25℃的恒温室中静置12h后，在蓝电充放电测试仪上进行充放电测试循环，测试条件为0.5C。所得结果如表4所示。

[0101] 表4

[0102]

[0103] 对比第一段电处理的不同圈数，在优选的10-50圈具有最好的性能。

[0104] 实施例6

[0105] 第一段电处理：在氩气氛围手套箱中，以泡沫镍(厚度300μm)为工作电极，极片厚度为50μm，锂片为对电极，以1M LiPF6 in VEC/PC/EMC(体积比1：1：1)with 4wt.％AEC为电2 2
解液，在25℃下，以0.5mA/cm的电流密度，1mAh/cm的电量下循环50圈；

[0106] 第二段电处理：以第一段电处理拆出的集流体为工作电极，锂片为对电极，1M LiFSI in DME/DOL(体积比1：1)with 1wt.％PID为电解液，在45℃下，以0.01、0.1、1、5、10、20mA/cm2的电流密度沉积至20mAh/cm2，拆出工作电极即为即为金属锂阳极。

[0107] 电池组装与测试：以磷酸铁锂为阴极(活性物质量5mg/cm2)，阳极为上一步骤制备的金属锂阳极，以LiC2BF2O4 in DME/DOL(体积比1：1)with 2wt.％LiNO3为电解液组装2025扣式电池，将制备好的电池置于25℃的恒温室中静置12h后，在蓝电充放电测试仪上进行充放电测试循环，测试条件为1C。所得结果如表5所示。

[0108] 表5

[0109]

[0110] 对比第二段电处理过程采用不同电流密度沉积，优选的1-5mA/cm2具有最好的性能。

[0111] 实施例7

[0112] 第一段电处理：在氩气氛围手套箱中，以钛箔(厚度20μm)为工作电极，极片厚度为8μm，锂片为对电极，以1M LiPF6 in VEC/PC/EMC(体积比1：1：1)with 5wt.％PMS为电解液，在15℃下，以1mA/cm2的电流密度，1mAh/cm2的电量下循环10圈；

[0113] 第二段电处理：以第一段电处理拆出的集流体为工作电极，锂片为对电极，1M LiTFSI in DME/DOL(体积比1：1)with 4wt.％四氯乙烯为电解液，在65℃下，以5mA/cm2的电流密度沉积4小时，拆出工作电极即为即为金属锂阳极。

[0114] 电池组装与测试：以三元(NCA)为阴极(活性物质量4mg/cm2)，阳极为上一步骤制备的金属锂阳极，以1M LiPF6 in MA/DEC(体积比1：1)为电解液组装2025扣式电池，将制备好的电池置于25℃的恒温室中静置12h后，在蓝电充放电测试仪上进行充放电测试循环，测试条件为1C。所得结果如表6所示。

[0115] 实施例8

[0116] 第一段电处理：在氩气氛围手套箱中，以碳纤维(直径200nm，长度900nm)为活性材料涂片作为工作电极，极片厚度为240μm，锂片为对电极，以1M LiPF6in VEC/PC/EMC(体积2 2
比1：1：1)with 2wt.％四氯乙烯为电解液，在25℃下，以2mA/cm的电流密度，1mAh/cm的电量下循环50圈；

[0117] 第二段电处理：以第一段电处理拆出的集流体为工作电极，锂片为对电极，1M LiTFSI in DME/DOL(体积比1：1)with 8wt.％单宁酸为电解液，在45℃下，以5mA/cm2的电流密度沉积5小时，拆出工作电极即为即为金属锂阳极。

[0118] 电池组装与测试：以磷酸铁锂为阴极(活性物质量4mg/cm2)，阳极为上一步骤制备的金属锂阳极，以1M LiPF6 in EC/DEC/EMC(体积比1：1：1)为电解液组装2025扣式电池，将制备好的电池置于25℃的恒温室中静置12h后，在蓝电充放电测试仪上进行充放电测试循环，测试条件为1C，所得结果如表6所示。

[0119] 实施例9

[0120] 第一段电处理：在氩气氛围手套箱中，以石墨烯为活性材料涂片作为工作电极，极片厚度为180μm，锂片为对电极，以1M LiPF6 in VEC/PC/EMC(体积比1：1：1)with 10wt.％硫酸乙烯酯为电解液，在55℃下，以0.6mA/cm2的电流密度，0.8mAh/cm2的电量下循环45圈；

[0121] 第二段电处理：以第一段电处理拆出的集流体为工作电极，锂片为对电极，1M LiTFSI in DME/DOL(体积比1：1)with 5wt.％乙酸酐为电解液，在45℃下，以8mA/cm2的电流密度沉积4小时，拆出工作电极即为即为金属锂阳极。

[0122] 电池组装与测试：以磷酸铁锂为阴极(活性物质量4mg/cm2)，阳极为上一步骤制备的金属锂阳极，以1M LiPF6 in EC/DEC/EMC(体积比1：1：1)为电解液组装2025扣式电池，将制备好的电池置于25℃的恒温室中静置12h后，在蓝电充放电测试仪上进行充放电测试循环，测试条件为5C。所得结果如表6所示。

[0123] 实施例10

[0124] 第一段电处理：在氩气氛围手套箱中，以泡沫铜(厚度250μm)为工作电极，极片厚度为200μm，锂片为对电极，以1M LiPF6 in VEC/PC/EMC(体积比1：1：1)with 10wt.％DTD为电解液，在25℃下，以1.5mA/cm2的电流密度，0.5mAh/cm2的电量下循环20圈；

[0125] 第二段电处理：以第一段电处理拆出的集流体为工作电极，锂片为对电极，1M 2
LiTFSI in DME/DOL(体积比1：1)with 7wt.％醋酸乙烯酯为电解液，在45℃下，以10mA/cm的电流密度沉积3小时，拆出工作电极即为即为金属锂阳极。

[0126] 电池组装与测试：以磷酸铁锂为阴极(活性物质量4mg/cm2)，阳极为上一步骤制备的金属锂阳极，以1M LiPF6 in EC/DEC/EMC(体积比1：1：1)为电解液组装2025扣式电池，将制备好的电池置于25℃的恒温室中静置12h后，在蓝电充放电测试仪上进行充放电测试循环，测试条件为1C。所得结果如表6所示。

[0127] 实施例11

[0128] 第一段电处理：在氩气氛围手套箱中，以钴箔(厚度30μm)为工作电极，极片厚度为10μm，锂片为对电极，以1M LiPF6 inVEC/PC/EMC(体积比1：1：1)with 10wt.％邻苯二酚碳酸酯为电解液，在25℃下，以2mA/cm2的电流密度，2mAh/cm2的电量下循环50圈；

[0129] 第二段电处理：以第一段电处理拆出的集流体为工作电极，锂片为对电极，1M LiTFSI in DME/DOL(体积比1：1)with 3wt.％氟代碳酸乙烯酯为电解液，在45℃下，以15mA/cm2的电流密度沉积2小时，拆出工作电极即为即为金属锂阳极。

[0130] 电池组装与测试：以磷酸铁锂为阴极(活性物质量4mg/cm2)，阳极为上一步骤制备的金属锂阳极，以1M LiPF6 in EC/DEC/EMC(体积比1：1：1)为电解液组装2025扣式电池，将制备好的电池置于25℃的恒温室中静置12h后，在蓝电充放电测试仪上进行充放电测试循环，测试条件为2C。所得结果如表6所示。

[0131] 实施例12

[0132] 第一段电处理：在氩气氛围手套箱中，以硬碳(粒径900nm)为活性材料涂片作为工作电极，极片厚度为60μm，锂片为对电极，以1M LiPF6 in VEC/PC/EMC(体积比1：1：1)with 10wt.％2-苯基咪唑为电解液，在55℃下，以0.1mA/cm2的电流密度，0.1mAh/cm2的电量下循环40圈；

[0133] 第二段电处理：以第一段电处理拆出的集流体为工作电极，锂片为对电极，1M LiTFSI in DME/DOL(体积比1：1)with 4wt.％碳酸亚乙烯酯为电解液，在45℃下，以6mA/cm2的电流密度沉积5小时，拆出工作电极即为即为金属锂阳极。

[0134] 电池组装与测试：以磷酸铁锂为阴极(活性物质量4mg/cm2)，阳极为上一步骤制备的金属锂阳极，以1M LiPF6 in EC/DEC/EMC(体积比1：1：1)为电解液组装2025扣式电池，将制备好的电池置于25℃的恒温室中静置12h后，在蓝电充放电测试仪上进行充放电测试循环，测试条件为1C。所得结果如表6所示。

[0135] 表6

[0136]

[0137] 综上，采用本发明技术方案，可以获得更好电化学性能的锂金属阳极。