CN115004398A - 锂金属阳极及其制造方法 - Google Patents

Abstract

锂金属阳极具有层压到锂金属(或合金)层的集电体箔，所述锂金属(或合金)层具有至少部分嵌入其中的颗粒材料，以减少枝晶形成，并且因此提高所述阳极的性能和循环寿命。使用辊压工艺能够方便地生产所述锂阳极。

Description

锂金属阳极及其制造方法

相关申请的交叉引用

本申请主张2020年7月07日提交的名称为“多功能锂金属阳极及其制备(Multifunctional Lithium Metal Anode and Its Preparation)”的美国临时专利申请第63/048,921号、2020年8月26日提交的名称为“锂金属阳极的制备方法(PreparationMethod of Lithium Metal Anode)”的美国临时专利申请第63/070,656号以及2019年10月28日提交的名称为“制备锂复合阳极的方法(Method of Preparing Lithium CompositeAnode)”的美国临时专利申请第62/927,082号的权益，并且上述申请中的每一者通过引用以其整体并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及能量存储装置中的金属阳极，更具体地，涉及适用于电化学存储装置，例如电池和其它抗枝晶形成的应用中的锂金属阳极。

背景技术

锂金属具有高容量并且易于加工。锂金属是用于下一代电子装置以及电动车辆的最有前途的高能量和大功率阳极材料之一，因为其具有3860mAh/g的比容量，比石墨高近十倍，并且其最低氧化还原电化学电势为-3.04V(相对于标准氢电极)。这些性质使锂金属成为下一代电池中用作阳极的有前途且有吸引力的材料。然而，传统电池技术中使用锂的一个共同问题在于它易于形成枝晶。枝晶是在电极的表面上形成的锂金属的小晶须。枝晶的形成可能导致电池性能差、库仑效率低、循环寿命差、电化学和热不稳定性以及短路，这继而可能导致电池过热并且甚至燃烧(即失火)。

不期望受任何特定理论的束缚，枝晶形成的这些缺点被认为归因于固体锂金属的高反应性以及电极与电解质之间不利的相互作用。具体而言，根据现有技术形成锂金属阳极的一种工艺包括将锂金属镀覆到固体电解质界面(“SEI”)膜上。这被认为会引起SEI膜中的裂纹。随着附加的锂金属被镀覆，锂枝晶在空间、空隙或裂纹中形成。然后，经镀覆的SEI膜经历从经镀覆的SEI膜剥离锂枝晶的工艺。同时，经镀覆的SEI膜皱缩或收缩，从而导致进一步破裂。随着阳极的循环，隔离的锂枝晶积累并且在经镀覆的SEI膜的表面上形成一层“死”锂，从而产生一层厚的SEI膜和多孔电极。这些性质导致效率降低、短路和容量衰减。

尽管在现有技术中已经尝试减缓枝晶形成，但是没有一种方法能够提供一种实用的和成本有效的解决方案来将具有多功能性质的固态粒子施用到锂金属阳极。因此，本发明的目的是提供减少枝晶形成并且具有更均匀表面形貌的锂金属阳极。

又一个目的是提供一种通过直接或间接向锂金属阳极施用具有多功能性质的固态粒子来制造锂金属阳极的稳健、实用和成本有效的工艺。

本发明的附加目的是提供固体锂金属阳极，其中一种或多种粒子被贴合、添加或以其它方式嵌入在锂金属的表面或整个部分中，以减缓锂枝晶生长。

本发明的另一个目的是提供一种锂金属阳极，其限定了具有铜箔的层压体，所述铜箔已经用具有多功能性质的一个或多个粒子群组直接或间接处理过，所述粒子群组选自：(1)聚合物；(2)可用于任何电解质材料的有机材料；(3)可溶于溶剂中的无机材料、可极化锂盐、不可极化锂盐及其组合；以及(4)金属亲锂材料和非金属亲锂材料，及其混合物。

又一个目的是提供制造上述锂金属阳极的一种或多种方法。

通过参考附图和所附权利要求书进一步阅读说明书，这些和其它目的将变得显而易见。

发明内容

本发明涉及锂金属阳极，其中多功能颗粒材料的一个或多个群组被添加或嵌入阳极上或阳极内，从而形成锂金属复合阳极。在一个实施例中，颗粒材料选自：(1)聚合物；(2)可用于任何电解质材料的有机材料；(3)可溶于溶剂中的无机材料、可极化锂盐、不可极化锂盐及其组合；以及(4)金属亲锂材料和非金属亲锂材料，及其混合物。颗粒材料必须满足以下标准中的至少一者：(a)至少部分可溶于包括液体电解质和固体电解质的非水电解质中；(b)在活化之后引起电解质的粘度的改变；(c)在活化之后引起离子电导率的改变；(d)在活化之后引起锂扩散系数的改变；和(e)在活化之后引起表面形貌的降低。可替代地，颗粒材料可以不可溶但可分散在包括液体电解质和固体电解质的非水电解质中。本发明的复合锂金属阳极优选如下制备：将颗粒材料直接分布到一部分锂金属上，或通过聚合物衬底间接分布；将一部分锂金属或聚合物衬底添加到颗粒之上以形成层压体；以及将层压体引入压机中两个辊之间形成的辊隙中，以将颗粒材料至少部分添加、压制和/或嵌入所述一部分锂金属中。

附图说明

图1是根据本发明的锂金属阳极的第一实施例的示意图，具体示出了嵌入锂金属膜层的表面上的颗粒材料。

图2是根据本发明的锂金属阳极的替代实施例的示意图，具体示出了嵌入在两层锂金属膜之间的一层颗粒材料。

图3是根据本发明的锂金属阳极的替代实施例的示意图，具体示出了嵌入并分散在整个锂金属膜中的颗粒材料。

图4是制造本发明的锂金属阳极的工艺的示意图。

图5是制造本发明的锂金属阳极的替代工艺的示意图。

具体实施方式

参考图1至图3，本发明的一个或多个阳极包括至少一部分锂金属和一种或多种颗粒材料。在图1中所示的实施例中，锂阳极10具有集电体层，例如铜箔12和上覆在铜箔层12上的锂金属层14，但是应当理解，本发明的实施例在没有集电体层的情况下也是令人满意的。将多种一种或多种颗粒材料16添加到锂部分14的表面18上或嵌入整个锂金属部分14。在图2的实施例中，阳极100具有铜箔层112、上覆在铜箔层112上的第一锂金属层114和上覆在第一锂金属层114上的第二锂金属层116，优选形成叠层。将多种一种或多种颗粒材料118添加和/或嵌入第一锂金属层114与第二锂金属层116之间。在图3的实施例中，阳极200包括铜箔层212和上覆在铜箔层212上的锂金属层214。将多种一种或多种颗粒材料216随机或有意地分散在整个锂金属层214中和锂层214的表面216上。

制造本发明的锂金属阳极的一种优选工艺通常被描述为辊涂法，其中多种一种或多种颗粒材料被分布、添加或沉积到材料层的表面上，并且然后被引入在两个压辊之间形成的辊隙中，以至少部分地将颗粒材料压制或嵌入材料层中。现有技术教示了使用润滑剂来防止锂金属粘到辊上，但这并不是优选的，因为润滑剂被认为是污染物，并且可能对最终锂金属阳极的性能产生负面影响。具体参照图4，所述工艺可以包括以下步骤：(1)提供第一层300；(2)将颗粒材料310的一个或多个群组添加、沉积或以其它方式分布到第一层300的表面上；(3)提供与颗粒材料310接触的第二膜层320，以将颗粒材料310“夹在”或层压在第一层300与第二膜层320之间，其中至少一层包含锂金属或锂金属合金；以及(4)使其间层压有颗粒材料310的一个或多个群组的膜层300和第二膜层320穿过在上压辊340与下压辊350之间形成的辊隙330，以将颗粒材料310的所述一个或多个群组至少部分地贴合、压制或嵌入锂金属或锂金属合金中。该固态施加工艺可被认为是“直接”施加工艺，因为多功能颗粒材料的固态施加工艺(在本上下文中，“多功能”是指除了降低锂金属的粘附系数以使其不粘在辊上之外的锂金属的附加功能)直接发生在所述一部分锂金属上。

在替代实施例中，并且具体参照图5，工艺可以包括以下步骤：(1)提供第一膜层400；(2)将颗粒材料410的一个或多个群组沉积到第一层400的表面上；(3)从第一层400蒸发掉所有溶剂和任何其它水分，从而在其中留下颗粒材料410的所述一个或多个群组(由于纯锂的高反应性，除去了大部分或全部液体，因此在本文中被认为是“固态”施加工艺)；(4)提供与颗粒材料410接触的第二层420，以将颗粒材料410“夹在”或层压在第一膜层400与第二层420之间，其中至少一层包含锂金属或锂金属合金；以及(5)使其间层压有颗粒材料410的所述一个或多个群组的膜层400和第二层420穿过在上压辊440与下压辊450之间形成的辊隙430，以将颗粒材料10的所述一个或多个群组至少部分地贴合、压制或嵌入锂金属或锂金属合金中。尽管在这些图中未示出，但可能期望进一步包括裸露的载体层，以防止粘附或污染，特别是锂金属的粘附或污染。该固态施加工艺可被认为是“间接”施加工艺，因为多功能颗粒材料的固态施加工艺首先发生在膜层上，并且然后通过辊发生在所述一部分锂金属上。

在使第一锂金属层、第二膜层和颗粒材料穿过辊隙后，可剥离第二膜层，从而留下至少部分添加和/或嵌入在其暴露的外表面上的颗粒材料的所述一个或多个群组的锂层，如图1所示。如果第二膜层留在原位，所得阳极将在第一膜层与第二膜层的界面处具有颗粒材料的所述一个或多个群组，如图2所示。此外，或可替代地，所得阳极可具有嵌入到第一锂金属层的宽度的颗粒材料的所述一个或多个群组。为了实现图3所示的阳极200的实施例，可以剥离第二膜层，具有颗粒材料的第一锂层可以自身折叠，并且然后再一次或多次穿过辊隙，以将颗粒材料随机或有意地分布在整个所得阳极宽度上。此外，或可替代地，所得阳极200可具有嵌入到第一锂金属层宽度的颗粒材料的所述一个或多个群组，由于通过辊隙的压制，无需将锂金属层和膜层自身折叠。一旦获得期望的阳极结构，锂层可以层压到铜箔或其它适合用作集电体的材料上。可替代地，所得阳极结构可以安装在转移层上，并且不需要如所期望的那样包括集电体。

在工艺中，第一锂金属层300可以是锂金属层、锂合金层、由聚合物衬底支撑的锂金属层或聚合物衬底。类似地，第二膜层320可以是锂金属层、锂金属合金层、由聚合物衬底支撑的锂金属层或聚合物衬底层。优选地，作为本发明的要素，至少一个膜层包括与颗粒材料310的所述一个或多个群组紧密接触的纯锂金属。如本文所用，“纯”锂被认为是可接受的，如果它基本上仅由锂，被认为是99.9％或更多的锂金属组成。

将颗粒材料320的所述一个或多个群组沉积、添加或以其它方式分布到第一锂金属层300的表面上的步骤可以通过使第一锂金属层300在包含颗粒材料310的所述一个或多个群组的进料装置360下穿过来完成。进料装置360可以是干粉进料装置、喷雾装置或本领域已知的其它形式的分配设备，这取决于颗粒材料310是以干燥形式(即固态施加工艺)还是以喷雾形式施加。可替代地，颗粒材料310可以沉积在作为转移层的第一膜层上。在本实施例中，第一膜层可以是，例如(但不限于)，用作转移层的聚合物衬底，并且第二层可以包括锂金属或锂金属合金层。当膜层穿过辊隙时，颗粒材料的所述一个或多个群组从第一膜层的表面转移到锂金属或金属合金的外表面层上。

用作聚合物衬底膜层的合适材料可以是任何合适的膜层，特别优选聚烯烃聚合物，例如聚烯烃和聚丙烯。本文中使用的术语“聚合物”包括均聚物和共聚物。本发明中使用的聚合物衬底膜层可以是未取向的或在纵向、横向或双轴取向膜层中取向的。类似地，膜层可以是单层材料或层压膜层，例如聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层膜。

用于形成一个或多个上述优选锂阳极的颗粒材料优选为微米或亚微米大小的粒子，其大小为100微米或更小，更优选为10微米或更小，最优选为1微米或更小。颗粒材料优选地选自以下群组中的一者或多者：

群组1：聚合物；

群组2：可用于任何电解质并且溶于碳酸酯溶剂和非碳酸酯溶剂中的有机材料；

群组3：可溶于溶剂中的无机材料、可极化锂盐、不可极化锂盐及其组合；以及

群组4：金属亲锂材料和非金属亲锂材料。

优选的颗粒材料还必须满足以下标准中的至少一者或多者：

(a)至少部分溶于包括液体电解质和固体电解质的非水电解质中；

(b)在活化之后引起电解质的粘度的改变；

(c)在活化之后引起离子电导率的改变；

(d)在活化之后引起锂扩散系数的改变；或者

(e)在活化之后形成更均匀的表面形貌。

可替代地，所选择的颗粒材料可以不溶于、但可分散于包括液体电解质和固体电解质的非水电解质中。

群组1中优选的颗粒材料的示例包括(但不限于)聚烯烃基材料、聚合物和/或共聚物膜，例如聚丙烯腈；聚偏二氟乙烯、聚氧化乙烯；聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚邻苯二甲酸酯、聚四氟乙烯、聚酰亚胺、聚酯、聚氨酯、尼龙、纤维素、木质素、它们的组合、以及例如PP/PE/PP的共混物等。群组2中的优选材料的示例包括(但不限于)适合用作电解质的有机材料，例如碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、乙基甲基碳酸酯(EMC)、r-丁内酯、醚基材料、碳酸亚乙烯酯(VC)、碳酸乙烯酯(VEC)、丙烷砜、包括单氰基和二氰基分子的氰基分子、以及任何其它可溶解在碳酸酯和非碳酸酯溶剂中的物质；以及它们的组合。来自群组3的颗粒材料的一些示例包括(但不限于)可溶于溶剂中的无机材料和/或可极化和不可极化锂盐中的一者或两者，例如双(三氟甲磺酰基)亚胺锂、双(氟磺酰基)亚胺锂、六氟砷酸锂(LiAsF₆)、六氟磷酸锂(LiPF₆)、四氟硼酸锂(LiBF₄)、高氯酸锂(LiClO₄)、双(草酸)硼酸锂、(二氟草酸)硼酸锂、NaNO₃、CsNO₃、RbNO₃、KNO₃、AgNO₃、NH₄NO₃、Ba(NO₃)₂、Sr(NO₃)₂、Mg(NO₃)₂、Ca(NO₃)₂、Ni(NO₃)₂、Co(NO₃)₂、Mn(NO₃)₂、Al(NO₃)₃、Ce(NO₃)₃、硝酸锂(LiNO₃)及其组合。来自群组4的优选颗粒材料包括(但不限于)铝、银、金、锌、镁、硅、锡、锗、铟、钡、铋、硼、钙、镉、铱、钯、铂、铑、锑、硒、锶、碲、MnO₂、Co₃O₄、SnO₂、SiO₂(SiO_x)、ZnO、Al₂O₃、Li_1.3Al_0.3Ti_1.7(PO₄)₃、Li_1.5Al_0.5Ge_1.5(PO₄)₃、Li₇La₃Zr₂O₁₂、Li_0.33La_0.557TiO₃、Li₂O-SiO₂-TiO₂-P₂O₅以及亲锂碳质材料，例如任何纳米结构碳材料，包括还原石墨烯、N掺杂石墨烯、表面改性石墨烯。

在群组1、2和4中，在第一次循环后，颗粒材料可溶解在现有的电解质中，并且有助于改变电解质的粘度、锂离子电导率、锂扩散系数，并且最终将影响锂金属表面的弯曲度。此外，颗粒材料出来后的活性空位将为锂离子转移提供新的居所，并且可增加锂离子通量，从而在动力学上比以前更快地转移锂离子。颗粒材料的实施例不会离子干扰，并且因此可以基于优选的应用容易地选择。例如，颗粒可以是溶解在常规电解质中的聚合物材料，并且导致电解质的粘度增加。如果电解液在循环后变得更粘，那么死锂将不会像在常规液体电解质中一样生长。因此，与本领域已知的任何其它锂金属阳极相比，优选的颗粒材料是能够控制死锂生长的动力学速率，并且最终提高电池的循环寿命的颗粒材料。

在群组#3中，优选的颗粒材料被定义为硝酸锂(LiNO₃)，因为与任何其它碳酸盐电解质相比，硝酸根离子具有更高的分解电势(相对于Li+为约1.7V)。然而，硝酸盐在任何碳酸盐溶液中的溶解度都要低得多，这是因为其给电子数较低。已经尝试了许多方法来提高溶解度极限，例如具有硝酸盐添加剂的聚合物电解质。然而，现有技术在将硝酸盐加入电解质的工艺中需要多个步骤，并且限制了任何锂离子电池的应用。此处提供的直接工艺，并且更优选间接工艺，是提高硝酸锂在电池运行中的溶解度的最佳方式，也是显著提高锂金属阳极性能的最具成本效益的工艺。

在一些实施例中，颗粒材料的特征还可在于其表面积大于0.1m²/g，并且电导率大于100S/cm。

在一个实施例中，颗粒材料是溶解在电解质中的聚合物，并且在活化(即，循环)之后引起电解质的粘度增加。随着电解质变得更加粘稠，死锂层的生长速率降低，从而使电池的循环寿命提高。

示例

电池在充有氩气的手套箱中构建，其中水分水平低于0.5ppm，并且氧气水平低于0.1ppm。在碳酸亚乙酯/碳酸二乙酯的混合溶剂(1:2体积比)中的1M LiPF₆用作电解质，并且Celgard 2320隔板(三层，PP/PE/PP)用于构建钮扣电池。

实例#1制备两个对称的电池单元，一个电池包含常规的锂阳极，并且另一个包含本发明的锂金属阳极。对电池进行顺序剥离/镀覆循环，每个循环在1mA/cm²下进行1小时。测试在1M LiPF₆中的碳酸亚乙酯(EC):碳酸二乙酯(DEC)[1:2，v:v]的电解质溶液中进行。在重复的剥离和镀覆循环中测量每个电池的电压。结果绘制在下图中：

从图中可以看出，对照电池(由“Li-Li”线表示)在锂沉积和溶解期间表现出更大的电压滞后，并且在70小时(35次剥离和镀覆循环)之后过电位显著增加。相比之下，由本发明的锂复合阳极构成的电池(用“LiX-LiX”线表示)显示出非常稳定和最小的过电位，直到约130小时。

实例#2通过本发明的发明工艺和所得组合物制造Li金属阳极。将厚度为45微米的Li金属电极冲压成圆盘形(直径为16mm)。Li-Li对称电池与CR2032钮扣电池组装在一起，其各自具有两个Li金属电极。Li-Li对称电池的电化学剥离/镀覆测试在以下条件下进行：(1)在第一循环的剥离/镀覆期间，0.1mA/cm²，30分钟；(2)第二循环，0.25mA/cm²，30分钟；(3)第三循环，0.5mA/cm²，30分钟；(4)从第四循环到测试结束，1mA/cm²，1小时(空气容量：1mAh/cm²)。Li-Li对称电池的寿命确定为过电位增加到0.2V的时间。

实例#3使用根据本发明的锂金属电极、有机液体电解质和NCA正电极制造测试的钮扣电池。为了制备正电极，将作为粘合剂的聚(偏二氟乙烯)(PVDF)溶解在N-甲基吡咯烷酮中，然后将作为导电碳的Super-P和作为活性材料的LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂(NCA)混合在一起。正极活性材料、导电材料和粘合剂的重量比为94:3:3。在铝箔上涂覆完全混合的浆料溶液，并且在真空条件下使阴极电极干燥之后，使用辊压机执行压延工艺。在1C充电/lC放电条件下，在3.0-4.4V的电压范围内评估NCA-Li全电池的循环性能。下图显示了在LiX[在这种情况下，“X”被定义为来自上述群组之一的Ag]金属阳极上以1mA/cm²(每次剥离和镀覆在1mA/cm²下进行1小时)循环的Li-Li对称电池的恒电流循环电压曲线，以及通过直接X嵌入工艺作为对照阳极的裸Li金属(对比参考)。

Li-Ag金属阳极和裸Li金属的寿命分别为103小时和77小时，因此Li-Ag的寿命提高了约34％。此外，下图中显示了NCA-Li-Ag和NCA-裸Li电池的1C循环性能。

NCA-LiX(Ag)电池在50次循环后表现出95.7％的容量保持率(以下称为CRR)。相比之下，在50次循环之后，NCA-裸Li的CRR为91.7％，这意味着Li-Ag与裸Li(参考)材料相比具有高4％个点的CRR值。

实例#4下图中显示了使用Li-X[在这种情况下，“X”被定义为来自上述群组的PAN(以下称为‘P’)和LiPF₆(以下称为‘F’)]金属阳极和裸Li金属通过直接X(即P和F)嵌入工艺循环的一个或多个上述Li-Li对称电池的恒电流循环电压曲线。

在本文中，Li(P)和Li(F)金属阳极和裸Li金属的寿命分别为87小时、101小时和77小时，因此，与裸Li相比，Li-(P)和Li(F)的寿命提高了约13％、31％。下图显示了NCA-LiX(P)、NCA-LiX(F)和NCA-裸Li电池的1C循环性能。

NCA-LiX(P)、NCA-LiX(F)和NCA-裸Li电池在50次循环之后表现出94.5％、95.4％和91.7％的CRR。与裸Li相比，NCA-Li(P)和Li(F)电池的CRR分别提高了2.8％和3.7％。

实例#5上述在Li-X[在这种情况下，“X”被定义为来自上述群组之一的LiNO₃(以下简称‘N’)]金属阳极和裸Li金属上通过直接X嵌入工艺循环的Li-Li对称电池的恒流循环电压曲线如下图中所示。

在本文中，“ND10”意指‘LiNO₃’-‘直接X嵌入工艺’-‘Li金属带中10％LiNO₃’的简称。Li(ND10)和Li(ND5)金属阳极和裸Li金属的寿命分别为209小时、184小时和77小时。因此，与裸Li相比，Li-(P)和Li(F)的寿命提高了约170％、140％。下图中所示为NCA-Li(ND10)、NCA-Li(ND5)和NCA-裸Li电池的1C循环性能。

这些电池在50次循环之后表现出100％(ND10)、98.6％(ND5)、91.7％(裸Li-参考)的CRR。

与裸Li相比，NCA-Li(ND10)和Li(ND5)电池的CRR分别提高了8.3％和6.9％。

实例#6下图中为上述在Li-X[在这种情况下，“X”被定义为来自上述群组之一的LiNO₃(以下称为‘N’)]金属阳极和裸Li金属阳极上通过间接X嵌入工艺循环的Li-Li对称电池的恒电流循环电压曲线。

对称电池的可循环性

<LiX(NS1M)vs.LiX(NS2M)vs，Li(参考)>

例如，‘NS-2M’是‘LiNO₃’-‘间接(喷雾)X嵌入工艺’-‘溶剂(乙醇)中的2Mol LiNO₃’的简称。LiX(NS-1M)和LiX(NS-2M)金属阳极和裸Li金属的寿命分别为143小时、157小时和77小时。因此，与裸Li相比，LiX(P)和LiX(F)的寿命提高了约86％、104％。NCA-LiX(NS-1M)、NCA-LiX(NS-2M)、NCA-LiX(NS-4M)和NCA-裸Li电池的1C循环性能如下图所示。

循环性能

这些电池在50次循环之后表现出99.8％(NS-1M)、99.0％(NS-2M)、96.3％(NS-4M)、91.7％(裸Li-参考)的CRR。与裸Li相比，NCA-Li(NS-1M)、NCA-Li(NS-2M)、NCA-Li(NS-4M)电池的CRR分别提高了8.1％和7.3％以及4.6％个点。

在前面的描述中示出和描述的实施例仅用于说明和解释，并且不旨在限制所附权利要求中的本发明的范围。

Claims (20)

1.一种形成用于电池的锂金属阳极的方法，所述方法包括，

提供至少一部分锂金属，

通过固态工艺在所述一部分锂金属的至少一部分上添加一种或多种颗粒材料，

对所述一部分锂金属和所述一种或多种颗粒材料进行压制，以便将所述一种或多种颗粒材料粘附或嵌入所述一部分锂金属上或所述一部分锂金属中，

其中所述一种或多种颗粒材料抑制或消除枝晶的形成。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述添加一种或多种颗粒材料的步骤选自通过进料装置将所述一种或多种颗粒材料直接添加在所述锂金属的所述一部分上，或者通过进料装置将所述一种或多种颗粒材料间接添加在所述锂金属的所述一部分上。

3.根据权利要求2所述的方法，其中间接添加一种或多种颗粒材料进一步包括将所述一种或多种颗粒材料添加到膜层上，并且将所述膜层附着到所述一部分锂金属上，通过固态工艺将所述一种或多种颗粒材料从所述膜层转移到所述一部分锂金属。

4.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括使所述一部分锂金属穿过在上压辊与下压辊之间形成的辊隙的步骤，从而产生具有分散并且嵌入整个阳极的一种或多种颗粒材料的所述阳极。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述一部分锂金属选自锂复合材料、锂合金或由聚合物衬底支撑的锂金属。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述一种或多种颗粒材料限定以下性质中的至少一者：(a)所述一种或多种颗粒材料至少部分可溶于包括液体电解质和固体电解质的非水电解质中；(b)所述颗粒材料在活化之后引起电解质的粘度的改变；(c)所述颗粒材料在活化之后引起离子电导率的改变；(d)所述颗粒材料在活化之后引起锂扩散系数的改变；和(e)所述颗粒材料在活化之后引起锂金属层的表面上的表面形貌的改变。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述一种或多种颗粒材料限定以下性质中的至少一者：(a)所述一种或多种颗粒材料不溶于并且可分散于包括液体电解质和固体电解质的非水电解质中；(b)所述颗粒材料在活化之后引起电解质的粘度的改变；(c)所述颗粒材料在活化之后引起离子电导率的改变；(d)所述颗粒材料在活化之后引起锂扩散系数的改变；和(e)所述颗粒材料在活化之后引起锂金属层的表面上的表面形貌的改变。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述一种或多种颗粒材料选自基本上由以下组成的群组：聚合物；有机材料，其用于电解质中并且可溶于碳酸酯溶剂和非碳酸酯溶剂中；以及金属亲锂材料和非金属亲锂材料；以及它们的组合。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述一种或多种颗粒材料被定义为选自以下的聚合物：聚丙烯腈；聚偏二氟乙烯、聚氧化乙烯；聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚邻苯二甲酸酯、聚酰亚胺、聚酯、聚氨酯、尼龙、纤维素、木质素和聚四氟乙烯，以及它们的组合。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述一种或多种颗粒材料被定义为无机化合物，无论其是否溶解在溶剂中，选自双(三氟甲磺酰)亚胺锂(LiTFSI)、双(氟磺酰)亚胺锂(LiFSI)、六氟砷酸锂(LiAsF₆)、六氟磷酸锂(LiPF₆)、四氟硼酸锂(LiBF₄)、高氯酸锂(LiClO₄)、双(草酸)硼酸锂(LiBOB)和(二氟草酸)硼酸锂(LiDFOB)，包括可极化和不可极化的锂盐，以及它们的组合。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述一种或多种颗粒材料选自铝、银、金、锌、镁、硅、锡、锗、铟、硼、MnO2、Co3O4、SnO2、SiO₂、ZnO、Al₂O₃、Li_1.3Al_0.3Ti_1.7(PO₄)₃、Li_1.5Al_0.5Ge_1.5(PO₄)₃、Li₇La₃Zr₂O₁₂、Li_0.33La_0.557TiO₃、Li₂O-SiO₂-TiO₂-P₂O₅以及包括非结构碳材料、石墨烯、还原石墨烯、N掺杂石墨烯和表面改性石墨烯的亲锂含碳材料；以及它们的组合。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述一种或多种颗粒材料选自以下中的一者或多者：NaNO₃、CsNO₃、RbNO₃、KNO₃、AgNO₃、NH₄NO₃、Ba(NO₃)₂、Sr(NO₃)₂、Mg(NO₃)₂、Ca(NO₃)₂、Ni(NO₃)₂、Co(NO₃)₂、Mn(NO₃)₂、Al(NO₃)₃、Ce(NO₃)₃和/或LiNO₃。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述一种或多种颗粒材料被定义为溶剂中的0.01M到10M硝酸锂(LiNO₃)。

14.一种用于电池的锂金属阳极，其包括至少一部分锂金属和一种或多种颗粒材料，其中所述一种或多种颗粒材料粘附或嵌入所述一部分锂金属上或所述一部分锂金属中，并且其中所述一种或多种颗粒材料抑制或消除枝晶的形成。

15.根据权利要求14所述的锂金属阳极，其中所述一种或多种颗粒材料限定100微米或更小的大小。

16.根据权利要求14所述的锂金属阳极，其中所述一种或多种颗粒材料分散并且嵌入整个所述一部分锂金属。

17.根据权利要求14所述的锂金属阳极，其中所述一部分锂金属选自锂复合材料、锂合金或由聚合物衬底支撑的锂金属。

18.根据权利要求14所述的锂金属阳极，其中所述一种或多种颗粒材料限定以下性质中的至少一者：(a)所述一种或多种颗粒材料至少部分可溶于包括液体电解质和固体电解质的非水电解质中；(b)所述颗粒材料在活化之后引起电解质的粘度的改变；(c)所述颗粒材料在活化之后引起离子电导率的改变；(d)所述颗粒材料在活化之后引起锂扩散系数的改变；和(e)所述颗粒材料在活化之后引起锂金属层的表面上的表面形貌的改变。

19.根据权利要求14的所述锂金属阳极，其中所述一种或多种颗粒材料选自基本上由以下组成的群组：聚合物；有机材料，其用于电解质中并且可溶于碳酸酯溶剂和非碳酸酯溶剂中；以及金属亲锂材料和非金属亲锂材料；以及它们的组合。

20.根据权利要求14所述的锂金属阳极，其中所述一种或多种颗粒材料被定义为溶剂中的0.01M到10M硝酸锂(LiNO₃)。

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