CN112210098B - 界面保护膜、其制备方法和在锂电池中的用途 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种界面保护膜、其制备方法和在锂电池中的用途。所述界面保护膜包括：由聚合物纤维相互搭接形成的网络状结构，以及分散并粘结于网络状结构中的无机添加剂，无机添加剂能够传导锂离子。所述方法包括：1)按配方量将可纤维化聚合物粉体、无机添加剂和可选的纳米金属粉末混合，然后在剪切力的作用下使可纤维化聚合物粉体拉丝形成纤维，得到混合料；2)对所述混合料进行热压处理，至预设厚度，得到界面保护膜。本发明的界面保护膜应用于锂金属负极，一方面能够引导锂离子均匀传输，使得充放电过程中锂均匀沉积，避免沉积过程中形成不规则锂枝晶而引起安全性能下降；另一方面，能够减少金属锂负极与有机电解液之间的不可逆反应。

Description

界面保护膜、其制备方法和在锂电池中的用途
技术领域
本发明涉及电池技术领域，涉及一种界面保护膜、其制备方法和在锂电池中的用途，尤其涉及一种界面保护膜、其制备方法、负极和锂电池。
背景技术
随着消费电子产品、电动汽车的迅速发展，对电池的能量密度、安全可靠性及使用寿命的需求不断飙升。锂金属具有极高的理论比容量(3860mAh/g)和最低的电位(-3.04V)，因此锂金属二次电池是下一代高能量密度储能器件的首选体系。
然而，锂金属负极容易与有机电解液发生不可逆反应，形成固体电解液界面膜(SEI膜)，造成容量损失。而且在锂离子沉积过程中容易形成不规则的锂枝晶，锂枝晶可能会脱落形成“死锂”，加剧副反应的发生。上述问题严重降低了电池的库伦效率，使得循环迅速衰减。锂枝晶的生长还会引起界面保护膜被刺穿的风险，导致电池内部短路、火，存在很大的安全隐患。
为了解决上述问题，现有技术常用的方法为液相法制备保护层：利用氯化铟、氮化铝、聚偏氟乙烯等粉末配成的溶液，涂覆在锂金属表面进行反应生成铟锂合金层、氮化锂、氟化锂保护层。例如CN108565398A公开的方法包括如下步骤：1)将锂离子导体无机化合物或可在锂负极表面原位生成锂离子导体的无机化合物粉末与粘结剂混合，加入分散剂调节粘稠度，室温下充分搅拌，形成均匀的浆液；2)在露点低于-50℃的环境下，将制得的浆液均匀涂覆在锂负极活性物质表面，并在真空环境下干燥使分散剂挥发，形成均匀致密的无机保护涂层。又如CN106159200A通过将自组装分子配成一定粘度的溶液，采用旋涂的方法在金属锂负极活性物质层表面形成一层后加热，然后用四氢呋喃碱性溶液浸泡处理，最后制备无机快离子导体层，达到保护金属锂极片、提升电池的电化学性能的目的。
但是，这种液相法制备的保护层不均匀，而且存在多种杂质，会增加整个电池的阻抗，而且保护层不均匀会导致锂离子不均匀沉积，容易生成锂枝晶，降低电池的循环性能及安全性。而且上述方法很难在工业上实现大规模应用。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种界面保护膜、其制备方法和在锂电池中的用途。
为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种界面保护膜，所述界面保护膜包括：由聚合物纤维相互搭接形成的网络状结构，以及分散并粘结于所述网络状结构中的无机添加剂，所述无机添加剂能够传导锂离子。
本发明的界面保护膜，聚合物纤维作为粘结剂构建网络状结构，有利于无机添加剂的均匀分散，该无机添加剂具有锂离子传导能力。将该界面保护膜应用于锂金属负极，一方面能够引导锂离子均匀传输，使得充放电过程中锂均匀沉积，避免沉积过程中形成不规则锂枝晶而引起安全性能下降；另一方面，能够减少金属锂负极与有机电解液之间的不可逆反应。本发明的界面保护膜应用于锂金属负极，能够提升电池的循环稳定性，提高库伦效率。
优选地，本发明的界面保护膜结构均匀、致密。这种结构有利于引导锂离子均匀传输，且致密结构能够有效阻挡锂枝晶，提高安全性能。
以下作为本发明优选的技术方案，但不作为对本发明提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好地达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
优选地，所述网络状结构通过可纤维化聚合物在剪切力作用下拉丝形成纤维，并在热压处理过程中相互搭接而成。
优选地，所述聚合物纤维包括聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、丁苯橡胶(SBR)、聚丙烯酸(PAA)、羧甲基纤维素、聚酰亚胺(PI)、聚丙烯腈(PAN)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)和聚苯乙烯(PS)中的至少一种，优选为PTFE。
优选地，所述无机添加剂包括氟化锂(LiF)、氮化锂(Li3N)、锂镧锆氧(Li7La3Zr2O12，LLZO)、锆酸镧钽锂(Li7-x'La3Zr2-x'Tax'O12，0.2<x'<2，LLZTO)、磷酸钛锂铝(Li1+x”Alx”Ti2-x”(PO4)3，0.2<x”<2，LATP)、氯化锂(LiCl)、碳酸锂(Li2CO3)和炭黑中的至少一种。
优选地，所述界面保护膜中还包括能够与锂反应形成合金的纳米金属，所述纳米金属包括纳米银、纳米铟、纳米金、纳米锡、纳米铝和纳米锌中的至少一种。加入此类纳米金属，界面保护膜应用于电池时，充放电过程中，纳米金属可以与锂反应形成合金，从而有利于锂离子的均匀沉积，抑制锂枝晶的产生。
优选地，以所述界面保护膜的总质量为100％计，聚合物纤维的质量占比为1％-30％，例如1％、2％、5％、7％、8％、10％、12％、15％、18％、20％、25％或30％等，优选为3％-20％。
优选地，以所述界面保护膜的总质量为100％计，无机添加剂的质量占比为30％-99％，例如30％、33％、36％、40％、45％、48％、50％、55％、60％、63％、66％、70％、75％、80％、85％、90％、96％或98％等，优选为55％-97％。
优选地，以所述界面保护膜的总质量为100％计，纳米金属的质量占比为0％-40％，且不含0％，例如0.5％、1％、2％、4％、6％、10％、15％、20％、23％、25％、27％、30％、35％、37.5％或40％等，优选为0％-25％且不含0％，进一步优选为5％-10％。
优选地，所述界面保护膜的厚度为1um-100um，例如1um、3um、5um、8um、12um、15um、20um、25um、30um、35um、40um、45um、50um、55um、60um、65um、70um、75um、78um、82um、85um、90um或100um等。
第二方面，本发明提供一种界面保护膜的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)按配方量将可纤维化聚合物粉体、无机添加剂和可选的纳米金属粉末混合，然后在剪切力的作用下使可纤维化聚合物粉体拉丝形成纤维，得到混合料；
(2)对步骤(1)所述混合料进行热压处理，至预设厚度，得到界面保护膜。
本发明提出采用一种干法制膜技术制备界面保护膜，通过将可纤维化聚合物粉体、无机添加剂和可选的纳米金属粉末在干态条件下高速剪切搅拌，在剪切作用力下可纤维化聚合物被拉丝纤维化，再经过热压成膜，由可纤维化聚合物转化而来的聚合物纤维在热压成膜过程中随意搭接形成具有丰富孔隙的聚合物网络状结构，无机添加剂和可选的纳米金属分散粘结在该聚合物网络状结构上，无机添加剂和可选的纳米金属的分散性好，得到界面保护膜。
具体地，步骤(1)进行干法混料，将可纤维化聚合物粉体、无机添加剂和可选的纳米金属粉末按照一定混合，在剪切力的作用下使可纤维化聚合物粉体拉丝形成纤维，制成有一定粘性的干法粉体，对于拉丝的程度无具体限定，待混合料黏合成团状即可。步骤(2)进行热压制膜，将干法混料完成的粉体，以一定的热压方式，压制成一定厚度的界面保护膜材料；热压过程中，聚合物纤维相互搭接，挤压移动，形成网络化结构，网络化结构将其他组分颗粒包裹粘结在一起，形成自支撑膜片，即为界面保护膜。
通过上述方法制备得到的界面保护膜保证了无机添加剂和可选的纳米金属在其中的均匀分散，有利于引导锂离子沉积，抑制锂枝晶的形成。而且，通过上述干法制备得到的界面保护膜的延展性好，可塑性强，通过调整辊压条件可以获得致密的界面保护膜，有效阻挡锂枝晶。
本发明的方法制备得到的界面保护膜相比于湿法制备的界面保护膜的孔隙率降低很多，能够有效阻挡锂枝晶。而且，上述干法技术，全过程中没有有机溶剂的添加，省去烘干工序，避免有机溶剂后处理及回收等问题，有效节约生产成本，避免环境污染。
本发明中，通过调整辊压条件获得致密的界面保护膜的方法是现有技术，本领域技术人员可参照现有技术公开的方法进行，例如可以反复辊压达到较高的压实密度，也可以多次折叠多次辊压获得较高的压实密度。
本发明中，所述“可选的纳米金属粉末”指：可以采用纳米金属粉末，也可以不采用纳米金属粉末。
作为本发明所述方法的优选技术方案，步骤(1)所述混合料中，可纤维化聚合物粉体的质量占比为1％-30％，例如1％、2％、5％、7％、8％、10％、12％、15％、18％、20％、25％或30％等，优选为3％-20％。
优选地，步骤(1)所述混合料中，无机添加剂的质量占比为30％-99％，例如30％、33％、36％、40％、45％、48％、50％、55％、60％、63％、66％、70％、75％、80％、85％、90％、96％或98％等，优选为55％-97％。
优选地，步骤(1)所述混合料中，纳米金属粉末的质量占比为0％-40％且不含0％，例如0.5％、1％、2％、4％、6％、10％、15％、20％、23％、25％、27％、30％、35％、37.5％或40％等，优选为0％-25％且不含0％，进一步优选为5％-10％。
优选地，步骤(1)所述混合料中，无机添加剂的粒径D50为0.5um-5um，例如0.5um、0.8um、1um、2um、2.5um、3um、3.5um、4um、4.5um或5um等，优选为1um-5um。
优选地，步骤(1)所述混合料中，纳米金属粉末的粒径D50小于无机添加剂的粒径D50，所述纳米金属粉末的粒径D50为10nm-500nm，例如10nm、20nm、30nm、50nm、80nm、100nm、150nm、175nm、200nm、220nm、240nm、280nm、300nm、350nm、400nm或500nm等，优选为10nm-300nm。无机添加剂多为微米级别，金属颗粒多为纳米级别，选择大小颗粒混合，能够将大颗粒间的空隙被小颗粒填充，使得保护膜更为致密。
优选地，步骤(1)所述混合的速度小于1000rpm，例如100rpm、150rpm、200rpm、300rpm、350rpm、450rpm、500rpm、600rpm、700rpm、800rpm或900rpm等，优选为100rpm-800rpm。通过先在较低的转速下混合，然后再使可纤维化聚合物拉丝形成纤维的好处在于：低转速下先将粉料混合均匀，再纤维化将粉料粘结成团，使得干法粉料更加均匀，从而制备出的保护膜更加均匀。
优选地，步骤(1)所述在剪切力的作用下使可纤维化聚合物粉体拉丝形成纤维的方式包括：高速搅拌、螺杆挤出和气流粉碎中的至少一种，可能用到的设备有捣碎机、高速分散机、双螺杆挤出机和气流粉碎机等。
优选地，步骤(1)所述在剪切力的作用下使可纤维化聚合物粉体拉丝形成纤维的方式为高速搅拌，所述高速搅拌的速度≥1000rpm(例如2000rpm、3000rpm、4000rpm、5000rpm、6000rpm、7000rpm、8000rpm、9000rpm、10000rpm、12000rpm、12500rpm、13500rpm、15000rpm、16500rpm、18000rpm、20000rpm、21000rpm、22500rpm或25000rpm等)。但并不限于上述列举的方式，其他可达到纤维化目的的方式也适用于本发明。
优选地，所述高速搅拌的速度为8000rpm-25000rpm，例如8000rpm、9000rpm、10000rpm、11000rpm、12000rpm、13000rpm、15000rpm、17500rpm、18500rpm、20000rpm、21000rpm、22500rpm、23500rpm或25000rpm等，优选为17000rpm-21000rpm。
优选地，所述高速搅拌混合的时间为2min-2h，例如2min、5min、10min、15min、17min、20min、25min、28min、30min、40min、50min、1h、1.1h、1.2h、1.3h、1.5h、1.8h或2h等，优选10min-30min。
本发明中，高速剪切的目的，一方面是实现物料的均匀混合，另一方面也是更重要的一方面是为了在超强的高速分散作用下对可纤维化聚合物进行拉丝实现纤维化。若剪切速度过低，一方面会导致混合时间过长，增加时间成本，另一方面会导致纤维化效果不理想；若剪切速度过高，一是对设备的损耗大，降低设备使用寿命，二是可能因产热问题而导致对温度敏感的原料的性能劣化。
优选地，所述高速搅拌混合为脉冲式搅拌，间隙时间为0-30min，例如0.5min、1min、3min、5min、10min、15min、20min、25min或30min等。
本发明对步骤(2)热压处理的形式不作限定，例如可以采用辊压机在一定温度下进行热辊压。
优选地，步骤(2)所述热压处理的温度为25℃-300℃，例如25℃、30℃、35℃、40℃、50℃、65℃、80℃、100℃、115℃、130℃、150℃、180℃、200℃、220℃、230℃、240℃或250℃等，优选为60℃-250℃，进一步优选为180℃-220℃。
作为本发明所述方法的进一步优选技术方案，所述方法包括以下步骤：
(1)将可纤维化聚合物粉体、无机添加剂和纳米金属粉末在200rpm-800rpm的条件下低速混合，然后以≥1000rpm的速度进行脉冲式搅拌，间隙时间为0-30min且不含0，脉冲式搅拌的时间为2min-2h，得到混合均匀的混合料，所述混合料中，可纤维化聚合物粉体的质量占比为1％-30％，无机添加剂的质量占比为30％-99％，纳米金属粉末的质量占比为0％-40％且不含0％；
(2)对步骤(1)所述混合料进行热压处理，热压温度为60℃-250℃，热压速度为5rpm-50rpm，至厚度1um-100um，得到界面保护膜。
第三方面，本发明提供一种负极，所述负极的至少一侧表面包括第一方面所述的界面保护膜。
优选地，所述负极为锂金属负极，包括锂箔和形成于所述锂箔至少一侧表面的界面保护膜。
本发明对负极的制备方法不作限定，可以将负极片(例如锂箔)在热压过程中与界面保护膜结合，例如将混合料铺至负极片表面进行热压，则形成界面保护膜的同时实现了二者的复合。还可以是先按照第二方面所述的方法制备界面保护膜，也即获得一种自支撑保护膜，然后将该界面保护膜与负极片(例如锂箔)热压实现二者的复合。本领域技术人员可根据需要进行选择，更优选先制备自支撑保护膜，然后再通过热压实现二者的复合。
第四方面，本发明提供一种锂电池，所述锂电池包括第一方面所述的界面保护膜。
本发明对锂电池的具体种类不作限定，例如可以是锂金属电池、锂离子电池、锂空气电池和锂硫电池中的任意一种。
与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明的界面保护膜，聚合物纤维作为粘结剂构建网络状结构，有利于无机添加剂的均匀分散，该无机添加剂具有锂离子传导能力。将该界面保护膜应用于锂金属负极，一方面能够引导锂离子均匀传输，使得充放电过程中锂均匀沉积，避免沉积过程中形成不规则锂枝晶而引起安全性能下降；另一方面，能够减少金属锂负极与有机电解液之间的不可逆反应。本发明的界面保护膜应用于锂金属负极，能够提升电池的循环稳定性，提高库伦效率。
区别于在液相法制备负极界面保护膜的方法，本发明提出一种干法制备负极界面保护膜的方法。通过将可纤维化聚合物粉体、无机添加剂和可选的纳米金属粉末在干态条件下高速剪切搅拌，在剪切作用力下可纤维化聚合物被拉丝纤维化，再经过热压成膜，得到界面保护膜。通过调整辊压条件(例如反复辊压，或者多次折叠多次辊压)可获得较高压实密度的界面保护膜，孔隙率低，保护膜致密，能够减少金属锂负极与电解液的接触，降低副反应，有效抑制在锂沉积/剥离过程中固体电解液界面膜(SEI膜)的反复形成与破裂，提高电池的库伦效率。同时，保护膜中的无机添加剂和纳米金属能够使锂离子均匀沉积，抑制锂枝晶的形成，提高电池的循环稳定性及安全性。
本发明提供的干法制备技术，全过程中没有有机溶剂的添加，省去烘干工序，避免有机溶剂后处理及回收等问题，有效节约生产成本，避免环境污染。而且，该制备过程简单，易于放大，是一种适合于工业应用的方法，有利于推进锂金属电池的产业化进程，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
本实施例提供一种界面保护膜及其制备方法，所述方法包括以下步骤：
将9g氟化锂(D50＝0.933um)与1g聚四氟乙烯粉末加入搅拌机中，低速(100rpm)脉冲式搅拌10分钟，混合均匀，然后高速(10000rpm)脉冲式搅拌30分钟，进行纤维化过程。将混合后的粉末放入辊压机中，在150℃下进行热辊压成膜，折叠反复辊压，至界面保护膜的孔隙率为15％，保护膜厚度为20um。
本实施例制备得到的界面保护膜中，氟化锂和聚四氟乙烯的质量占比分别为90％和10％。
本实施例提供一种负极，通过将上述界面保护膜热压复合到锂箔上制备得到。
实施例2
本实施例提供一种界面保护膜及其制备方法，所述方法包括以下步骤：
将8g氮化锂(D50＝1.095um)与2g聚四氟乙烯粉末加入搅拌机中，低速(200rpm)脉冲式搅拌10分钟，混合均匀，然后高速(20000rpm)脉冲式搅拌30分钟，进行纤维化过程。将混合后的粉末放入辊压机中，在150℃下进行热辊压成膜，反复辊压，至界面保护膜的孔隙率为13.9％，保护膜厚度为15um。由于氮化锂不稳定，所以整个过程在惰性气体氛围下完成。
本实施例制备得到的界面保护膜中，氮化锂和聚四氟乙烯的质量占比分别为80％和20％。
本实施例提供一种负极，通过将上述界面保护膜热压复合到锂箔上制备得到。
实施例3
本实施例提供一种界面保护膜及其制备方法，所述方法包括以下步骤：
将2g纳米银粉(D50＝236nm)，6g炭黑(D50＝1.573um)，2g聚四氟乙烯粉末加入搅拌机中，低速(150rpm)脉冲式搅拌10分钟，混合均匀，然后高速(18000rpm)脉冲式搅拌30分钟，进行纤维化过程。将混合后的粉末放入辊压机中，在150℃下进行热辊压成膜，折叠反复辊压，至界面保护膜的孔隙率为13.2％，保护膜厚度为15um。
本实施例制备得到的界面保护膜中，纳米银、炭黑和聚四氟乙烯的质量占比分别为20％、60％和10％。
本实施例提供一种负极，通过将上述界面保护膜热压复合到锂箔上制备得到。
实施例4
本实施例提供一种界面保护膜及其制备方法，所述方法包括以下步骤：
将7.5g锂镧锆氧LLZO(D50＝0.943um)与2.5g聚四氟乙烯粉末加入搅拌机中，低速(500rpm)脉冲式搅拌8分钟，混合均匀，然后高速(20000rpm)脉冲式搅拌15分钟，进行纤维化过程。将混合后的粉末放入辊压机中，在120℃下进行热辊压成膜，折叠反复辊压，至界面保护膜的孔隙率为16.2％，保护膜厚度为20um。
本实施例制备得到的界面保护膜中，锂镧锆氧和聚四氟乙烯的质量占比分别为75％和25％。
本实施例提供一种负极，通过将上述界面保护膜热压复合到锂箔上制备得到。
实施例5
本实施例提供一种界面保护膜及其制备方法，所述方法包括以下步骤：
将8g氟化锂(D50＝0.933um)、1.5g纳米锌(D50＝257nm)与0.5g聚四氟乙烯粉末加入搅拌机中，低速(700rpm)脉冲式搅拌2分钟，混合均匀，然后高速(20000rpm)脉冲式搅拌20分钟，进行纤维化过程。将混合后的粉末放入辊压机中，在135℃下进行热辊压成膜，折叠反复辊压，至界面保护膜的孔隙率为13.5％，保护膜厚度为18um。
本实施例制备得到的界面保护膜中，锂镧锆氧、纳米锌和聚四氟乙烯的质量占比分别为80％、15％和5％。
本实施例提供一种负极，通过将上述界面保护膜热压复合到锂箔上制备得到。
实施例6
与实施例1的区别在于，氟化锂与聚四氟乙烯粉末的质量分别为9.9g和0.1g。
本实施例提供一种负极，通过将本实施例制备得到的界面保护膜热压复合到锂箔上制备得到。
实施例7
与实施例1的区别在于，氟化锂与聚四氟乙烯粉末的质量分别为2.5g和7.5g。
本实施例提供一种负极，通过将本实施例制备得到的界面保护膜热压复合到锂箔上制备得到。
实施例8
与实施例3的区别在于，原料中未加入银粉，且保持原料总质量不变，炭黑和聚四氟乙烯粉末质量比不变，也即将原料替换为将7.5g炭黑和2.5g聚四氟乙烯粉末。
本实施例提供一种负极，通过将本实施例制备得到的界面保护膜热压复合到锂箔上制备得到。
实施例9
与实施例3的区别在于，纳米银粉、炭黑和聚四氟乙烯粉末的质量分别为6.5g、2.5g和1g。
本实施例提供一种负极，通过将本实施例制备得到的界面保护膜热压复合到锂箔上制备得到。
实施例10
与实施例1的区别在于，未进行低速脉冲式搅拌，而直接进行高速脉冲式搅拌40分钟。
本实施例提供一种负极，通过将本实施例制备得到的界面保护膜热压复合到锂箔上制备得到。
对比例1
本对比例提供一种负极，未复合界面保护膜。
测试：
将各实施例和对比例的负极组装成对称电池，对称电池结构为Li/界面保护膜/PE隔膜/界面保护膜/Li，电解液为LiPF6(在电解液中LiPF6的浓度为1M)溶于体积比为1:1:1的碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二甲酯(DEC)/碳酸甲乙酯(EMC)的混合液中。
在电流密度3mA/cm2、沉积量1mAh/cm2条件下进行循环测试，采用各实施例的负极制备的对称电池，大部分充放电曲线对称且稳定；而对比例1的对称电池电压平台随着循环不断升高，循环70次后电压平台异常。表明界面保护膜可有效减小过电位，提高电池循环稳定性。
表1
Figure BDA0002713758720000131
Figure BDA0002713758720000141
由上表可知，本发明的界面保护膜具有使锂离子均匀沉积，有效减小过电位，提升电池循环性能的优点。
通过实施例6-7与实施例1的对比可知，当可纤维化聚合物加入量较少时，粘结力不足，导致孔隙率增大，锂枝晶容易沿着空隙生长，在循环过程中造成微短路；当可纤维化聚合物加入量过多时，会影响电解液的浸润，循环过电位增大，使得电池整体阻抗增加，循环性能下降。
通过实施例8与实施例3的对比可知，单纯使用一种粒径的材料使得保护膜孔隙率上升，循环过电位增大，还增加了循环过程中短路的风险。
通过实施例9与实施例3的对比可知，纳米金属加入过量会导致电池整体阻抗增加，循环过电位增大，循环性能下降。
通过实施例10与实施例1的对比可知，直接高速搅拌会导致混料不均匀，从而影响锂离子的均匀沉积，容易产生锂枝晶，造成循环过程中的微短路发生。
通过对比例1与实施例1的对比可知，实施例1设置界面保护膜能够有效减小过电位，提高电池循环性能。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上实施例仅为本发明较优的实施方式，仅用于解释本发明，而非限制本发明，本领域技术人员在未脱离本发明精神实质与原理下所作的任何改变、替换、组合、简化、修饰等，均应为等效的置换方式，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (35)

1.一种界面保护膜，其特征在于，所述界面保护膜包括：由聚合物纤维相互搭接形成的网络状结构，以及分散并粘结于所述网络状结构中的无机添加剂，所述无机添加剂包括氟化锂LiF、氮化锂Li3N、锂镧锆氧LLZO、锆酸镧钽锂LLZTO、磷酸钛锂铝LATP、氯化锂LiCl、碳酸锂Li2CO3和炭黑C中的至少一种；
以所述界面保护膜的总质量为100%计，聚合物纤维的质量占比为3%-20%；
所述界面保护膜通过下述方法制备得到，所述方法包括以下步骤：
（1）按配方量将可纤维化聚合物粉体、无机添加剂和可选的纳米金属粉末混合，然后在剪切力的作用下使可纤维化聚合物粉体拉丝形成纤维，得到混合料；
（2）对步骤（1）所述混合料进行热压处理，至预设厚度，得到界面保护膜；
其中，步骤（1）所述混合的速度小于1000rpm，步骤（1）所述在剪切力的作用下使可纤维化聚合物粉体拉丝形成纤维的方式为高速搅拌，所述高速搅拌的速度≥1000rpm。
2.根据权利要求1所述的界面保护膜，其特征在于，所述网络状结构通过可纤维化聚合物在剪切力作用下拉丝形成纤维，并在热压处理过程中相互搭接而成。
3.根据权利要求1所述的界面保护膜，其特征在于，所述聚合物纤维包括聚四氟乙烯PTFE、聚偏氟乙烯PVDF、丁苯橡胶SBR、聚丙烯酸PAA、聚酰亚胺PI、聚丙烯腈PAN、聚丙烯PP、聚乙烯PE和聚苯乙烯PS中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的界面保护膜，其特征在于，所述聚合物纤维为PTFE。
5.根据权利要求1所述的界面保护膜，其特征在于，所述界面保护膜中还包括能够与锂反应形成合金的纳米金属，所述纳米金属包括纳米银、纳米铟、纳米金、纳米锡、纳米铝和纳米锌中的至少一种，以所述界面保护膜的总质量为100%计，纳米金属的质量占比为0%-40%且不含0%。
6.根据权利要求1所述的界面保护膜，其特征在于，以所述界面保护膜的总质量为100%计，无机添加剂的质量占比为30%-99%，且各组分质量占比之和为100%。
7.根据权利要求6所述的界面保护膜，其特征在于，以所述界面保护膜的总质量为100%计，无机添加剂的质量占比为55%-97%。
8.根据权利要求5所述的界面保护膜，其特征在于，以所述界面保护膜的总质量为100%计，纳米金属的质量占比为0%-25%且不含0%。
9.根据权利要求5所述的界面保护膜，其特征在于，以所述界面保护膜的总质量为100%计，纳米金属的质量占比为5%-10%。
10.根据权利要求1所述的界面保护膜，其特征在于，所述界面保护膜的厚度为1μm-100μm。
11.如权利要求1所述的界面保护膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
（1）按配方量将可纤维化聚合物粉体、无机添加剂和可选的纳米金属粉末混合，然后在剪切力的作用下使可纤维化聚合物粉体拉丝形成纤维，得到混合料；
（2）对步骤（1）所述混合料进行热压处理，至预设厚度，得到界面保护膜；
其中，步骤（1）所述混合的速度小于1000rpm，步骤（1）所述在剪切力的作用下使可纤维化聚合物粉体拉丝形成纤维的方式为高速搅拌，所述高速搅拌的速度≥1000rpm；
步骤（1）所述混合料中，可纤维化聚合物粉体的质量占比为3%-20%。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，步骤（1）所述混合料中，无机添加剂的质量占比为30%-99%，且各组分质量占比之和为100%。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，步骤（1）所述混合料中，无机添加剂的质量占比为55%-97%。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，步骤（1）所述混合料中，纳米金属粉末的质量占比为0%-40%且不含0%。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，步骤（1）所述混合料中，纳米金属粉末的质量占比为0%-25%且不含0%。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，步骤（1）所述混合料中，纳米金属粉末的质量占比为5%-10%。
17.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，步骤（1）所述混合料中，无机添加剂的粒径D50为0.5μm-5μm。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，步骤（1）所述混合料中，无机添加剂的粒径D50为1 μm-5μm。
19.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，步骤（1）所述混合料中，纳米金属粉末的粒径D50小于无机添加剂的粒径D50，所述纳米金属粉末的粒径D50为10nm-500nm。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，步骤（1）所述混合料中，纳米金属粉末的粒径D50小于无机添加剂的粒径D50，所述纳米金属粉末的粒径D50为10nm-300nm。
21.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，步骤（1）所述混合的速度为100rpm-800rpm。
22.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述高速搅拌的速度为8000rpm-25000rpm。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述高速搅拌的速度为17000rpm-21000rpm。
24.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，高速搅拌混合的时间为2min-2h。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，高速搅拌混合的时间为10min-30min。
26.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述高速搅拌混合为脉冲式搅拌，间隙时间为0-30min。
27.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，步骤（2）所述热压处理为热辊压。
28.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，步骤（2）所述热压处理的温度为25℃-300℃。
29.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，步骤（2）所述热压处理的温度为60℃-250℃。
30.根据权利要求29所述的方法，其特征在于，步骤（2）所述热压处理的温度为180℃-220℃。
31.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
（1）将可纤维化聚合物粉体、无机添加剂和纳米金属粉末在200rpm-800rpm的条件下低速混合，然后以≥1000rpm的速度进行脉冲式搅拌，间隙时间为0-30min且不含0，脉冲式搅拌的时间为2min-2h，得到混合均匀的混合料，所述混合料中，可纤维化聚合物粉体的质量占比为3%-20%，无机添加剂的质量占比为30%-99%，纳米金属粉末的质量占比为0%-40%且不含0%，且各组分质量占比之和为100%；
（2）对步骤（1）所述混合料进行热压处理，热压温度为60℃-250℃，热压速度为5rpm-50rpm，至厚度1μm-100μm，得到界面保护膜。
32.一种负极，其特征在于，所述负极的至少一侧表面包括权利要求1-10任一项所述的界面保护膜。
33.根据权利要求32所述的负极，其特征在于，所述负极为锂金属负极，包括锂箔和形成于所述锂箔至少一侧表面的界面保护膜。
34.一种锂电池，其特征在于，所述锂电池包括权利要求1-10任一项所述的界面保护膜。
35.根据权利要求34所述的锂电池，其特征在于，所述锂电池包括锂金属电池、锂离子电池、锂空气电池和锂硫电池中的任意一种。
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