本公開內(nèi)容涉及用于鋰金屬電池的負極和包括其的鋰金屬電池。
背景技術(shù)：
：鋰二次電池是在目前可得到的二次電池之中具有最高能量密度的高性能二次電池，且因而可用在多種實際應用例如電動車中。鋰二次電池可包括鋰金屬電極作為負極。鋰金屬電極具有高的每單位重量的電容量，且因而包括鋰電極的電池可具有高的電容量。然而，當使用這樣的鋰電極作為負極時，在充電和放電過程期間所述鋰電極可與液體電解質(zhì)反應，且由于鋰的高的反應性，該反應可導致在所述鋰電極的表面上的枝晶形成。因此，包括這樣的鋰電極的鋰二次電池可具有降低的循環(huán)特性和穩(wěn)定性。因此，仍然存在對于具有改善的電池(單元電池，cell)性能的鋰電池的需要。技術(shù)實現(xiàn)要素：提供用于鋰金屬電池的負極，其中所述負極包括具有改善的機械性質(zhì)的保護膜。本公開內(nèi)容的另一方面提供通過包括所述負極而具有改善的電池性能的鋰金屬電池。額外的方面將在隨后的描述中部分地闡明，且部分地，將由所述描述明晰，或者可通過所呈現(xiàn)的示例性實施方式的實踐獲悉。根據(jù)一個示例性實施方式的方面，用于鋰金屬電池的負極包括：鋰金屬電極；和設(shè)置于所述鋰金屬電極的至少一部分上的保護膜，其中所述保護膜包括選自如下的至少一種第一聚合物：聚乙烯醇接枝共聚物、交聯(lián)聚乙烯醇接枝共聚物、交聯(lián)聚乙烯醇共聚物、及其共混物。根據(jù)另一示例性實施方式的方面，鋰金屬電池包括：正極；所述負極；以及介于所述正極和所述負極之間的電解質(zhì)。根據(jù)一個或多個示例性實施方式，包括保護膜的用于鋰金屬電池的負極均勻地保持鋰金屬電極表面上的電流和離子分布以抑制枝晶的生長和改善所述鋰金屬電池的機械性質(zhì)。根據(jù)一個或多個示例性實施方式，所述保護膜可改善所述鋰金屬電池的循環(huán)特性，因為所述保護膜具有高度的對鋰負極的粘附，由此均勻地保持在所述鋰金屬電池的充電期間的鋰金屬沉積和增加所述鋰金屬電池的充電-放電循環(huán)。附圖說明由結(jié)合附圖考慮的示例性實施方式的下列描述，這些和/或其它方面將變得明晰和更容易理解，其中:圖1和2為說明根據(jù)示例性實施方式的鋰金屬電池的結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3為透射率(任意單位，a.u.)對波數(shù)(厘米的倒數(shù)，cm-1)的圖，其說明根據(jù)實施例1制備的聚乙烯醇丙烯腈接枝共聚物(PVA-g-AN共聚物)的紅外光譜；圖4為透射率(任意單位，a.u.)對波數(shù)(厘米的倒數(shù)，cm-1)的圖，其說明根據(jù)對比例2制備的丙烯腈甲基丙烯酸甲酯共聚物的紅外光譜；圖5為熱流量(瓦/克)對溫度(攝氏度，℃)的圖，其說明由根據(jù)實施例1制備的聚乙烯醇丙烯腈接枝共聚物使用差示掃描量熱儀獲得的分析譜圖；圖6為熱流量(瓦/克)對溫度(攝氏度，℃)的圖，其說明由根據(jù)對比例2制備的丙烯腈甲基丙烯酸甲酯共聚物使用差示掃描量熱儀獲得的分析圖譜；圖7和8為虛部阻抗Z”(歐姆，Ω)對實部阻抗Z’(歐姆，Ω)的圖，其說明使用根據(jù)實施例1制備的負極和根據(jù)對比例1準備的負極制造的對稱單元電池的阻抗分析結(jié)果；圖9為應力(帕，Pa)對應變(百分數(shù)，％)的圖，其說明根據(jù)實施例1制備的聚乙烯醇丙烯腈接枝共聚物(PVA-g-AN)保護膜的應力-應變曲線；圖10為應力(帕，Pa)對應變(百分數(shù)，％)的圖，其說明根據(jù)實施例1制備的PVA-g-AN保護膜和根據(jù)對比例2制備的P(AN-co-MMA)保護膜的應力-應變曲線；圖11和12為放電容量(毫安時/克)和充電/放電效率(百分數(shù)，％)對循環(huán)(次數(shù))的圖，其說明分別根據(jù)實施例4和對比例3制造的鋰金屬電池的放電容量變化和充電/放電效率；和圖13和14為放電容量(毫安時/克)和充電/放電效率(百分數(shù)，％)對循環(huán)(次數(shù))的圖，其說明分別根據(jù)對比例3和對比例4制造的鋰金屬電池的放電容量變化和充電/放電效率。具體實施方式現(xiàn)在將對示例性實施方式詳細地進行介紹，其實例說明于附圖中，其中相同的附圖標記始終指的是相同的元件。在這點上，本示例性實施方式可具有不同的形式且不應被解釋為限于本文中闡明的描述。因此，下面僅通過參考附圖描述示例性實施方式，以說明本公開內(nèi)容的方面。如本文中使用的，術(shù)語“和/或”包括相關(guān)列舉項目的一個或多個的任何和全部組合。表述例如“的至少一個(種)”當在要素列表之前或之后時，修飾整個要素列表且不修飾所述列表的單獨要素。在本文中參照作為理想化實施方式的示意圖的橫截面圖描述示例性實施方式。這樣，將預計到作為例如制造技術(shù)和/或公差的結(jié)果的與圖的形狀的偏差。因而，本文中描述的實施方式不應解釋為限于如本文中所示的區(qū)域的具體形狀，而是包括由例如制造所導致的形狀方面的偏差。例如，圖示或描述為平坦的區(qū)域可具有粗糙的和/或非線性的特征。此外，所圖示的尖銳的角可為圓形的。因而，圖中所示的區(qū)域在本質(zhì)上是示意性的，并且它們的形狀不意圖圖示區(qū)域的精確形狀，并且不意圖限制本權(quán)利要求的范圍。將理解，盡管術(shù)語第一、第二、第三等可在本文中用于描述各種元件、組分、區(qū)域、層和/或部分，但這些元件、組分、區(qū)域、層和/或部分不應受這些術(shù)語限制。這些術(shù)語僅用于將一個元件、組分、區(qū)域、層或部分區(qū)別于另外的元件、組分、區(qū)域、層或部分。因此，在不背離本實施方式的教導的情況下，下面討論的第一元件、組分、區(qū)域、層或部分可稱為第二元件、組分、區(qū)域、層或部分。本文中使用的術(shù)語僅為了描述具體實施方式的目的且不意圖為限制性的。如本文中使用的，單數(shù)形式“一個(種)(a，an)”和“所述(該)(the)”也意圖包括復數(shù)形式，除非上下文清楚地另外指明。術(shù)語“或”意味著“和/或”。如本文中所使用的，術(shù)語例如“包括”、“包含”、“具有”等意圖表示在本說明書中公開的特征、區(qū)域、整體、步驟、操作、組分、和/或元件的存在，且不意圖排除如下可能性：一個或多個其它特征或元件可存在，或者可添加一個或多個其它特征或元件。還將理解，當一個元件例如層、區(qū)域或部件被稱為“在”另外的層或元件“上”時，其可直接在所述另外的層或元件上，或者還可存在中間層、區(qū)域、或部件。相反，當一個元件被稱為“直接在”另外的元件“上”時，則不存在中間元件。在附圖中，為了便于描述，元件的尺寸被放大或減小。為了更好的理解或便于描述，附圖中顯示的各元件的尺寸或厚度被任意地圖示，且因而本公開內(nèi)容不限于此。除非另外定義，在本文中所使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)和科學術(shù)語)的含義與本總的公開內(nèi)容所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同。將進一步理解，術(shù)語，例如在常用字典中定義的那些，應被解釋為其含義與它們在相關(guān)領(lǐng)域和本公開內(nèi)容的背景中的含義一致，并且將不以理想化或過度形式的意義進行解釋，除非在本文中清楚地如此定義。如本文中使用的“約”或“大約”包括所陳述的值且意味著在如由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員考慮到所討論的測量和與具體量的測量有關(guān)的誤差(即，測量系統(tǒng)的限制)而確定的對于具體值的可接受的偏差范圍內(nèi)。例如，“約”可意味著在所陳述的值的一種或多種偏差范圍內(nèi)，或者在±30％、20％、10％、5％范圍內(nèi)。C倍率意指將以1小時將電池放電的電流，例如，具有1.6安-時的放電容量的電池的C倍率將為1.6安。如本文中所使用的“(甲基)丙烯酰基”包括丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸類、甲基丙烯酸類、丙烯酸酯、和甲基丙烯酸酯在內(nèi)。(甲基)丙烯酸酯包括丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯在內(nèi)。如本文中所使用的“聚合物”包括樹脂在內(nèi)。在下文中，將通過參考附圖更詳細地描述根據(jù)示例性實施方式的用于鋰金屬電池的負極和包括所述負極的鋰金屬電池。根據(jù)本公開內(nèi)容的一個方面，用于鋰金屬電池的負極包括：鋰金屬電極；和設(shè)置于所述鋰金屬電極的至少一部分上的保護膜，其中所述保護膜包括選自如下的至少一種第一聚合物：聚乙烯醇接枝共聚物、交聯(lián)聚乙烯醇接枝共聚物、交聯(lián)聚乙烯醇共聚物、及其共混物。如本文中所使用的術(shù)語“聚乙烯醇接枝共聚物”指的是通過將聚乙烯醇接枝共聚而獲得的產(chǎn)物。例如，所述產(chǎn)物可為聚乙烯醇和烯屬單體的接枝共聚物。烯屬單體可指的是具有能夠與聚乙烯醇接枝鍵合的包含不飽和鍵的官能團的化合物。所述烯屬單體的實例可包括選自如下的至少一種：丙烯腈、苯乙烯、乙酸乙烯酯、4-溴苯乙烯、叔丁基苯乙烯、二乙烯基苯、(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸異丁酯、乙烯、丙烯、異丁烯、N-異丙基丙烯酰胺、偏氟乙烯、4-甲基-1-戊烯、馬來酸酐、(甲基)丙烯酸環(huán)己酯、環(huán)己基乙烯基醚、叔丁基乙烯基醚、乙烯基環(huán)己烷、對苯二甲酸丁烯二醇酯、對苯二甲酸乙烯二醇酯、和乙烯基吡啶。基于100mol的所述聚乙烯醇，所述烯屬單體的量可在約50摩爾(mol)-約200mol、例如約50mol-約70mol的范圍內(nèi)。術(shù)語“交聯(lián)聚乙烯醇共聚物”和“聚乙烯醇交聯(lián)共聚物”指的是通過聚乙烯醇和交聯(lián)劑之間的交聯(lián)反應獲得的共聚物。所述交聯(lián)劑的非限制性實例可包括選自如下的至少一種：單醛、二醛、氨基-甲醛樹脂、乙醛酸鹽和乙醛酸酯、縮醛化合物、二價金屬、三價金屬、四價金屬、金屬螯合化合物、唑啉、三聚氰胺、表氯醇、吖丙啶、和多價無機酸。例如，所述交聯(lián)劑可包括：單醛例如甲醛、乙醛、丙醛、丁醛等；二醛例如乙二醛、丙二醛、丁二醛、戊二醛、丁烯二醛、苯二醛等；氨基-甲醛樹脂例如羥甲基脲、羥甲基三聚氰胺、烷基化的羥甲基脲、烷基化的羥甲基三聚氰胺、乙酰胍胺、苯基胍胺和甲醛的縮合物等；乙醛酸鹽例如金屬乙醛酸鹽(所述金屬的實例可包括：堿金屬例如鋰、鈉、鉀等；堿土金屬例如鎂、鈣等；過渡金屬例如鈦、鋯、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅等；和其它金屬例如鋅；鋁等)、胺乙醛酸鹽(胺的實例可包括氨、一甲胺、二甲胺、三甲胺等)等；縮醛化合物例如二甲氧基乙醛、二乙氧基乙醛、二烷氧基乙醛等；二價金屬例如鎂、鈣、鐵、鎳等；三價金屬；四價金屬；金屬螯合化合物；唑啉；三聚氰胺；表氯醇；吖丙啶；或多價無機酸例如硼酸、磷酸、硫酸等。這些交聯(lián)劑可單獨使用或者作為其兩種或更多種的組合使用。基于100mol的聚乙烯醇，所述交聯(lián)劑的量可在約50mol-約200mol、例如約100mol-約150mol的范圍內(nèi)。盡管不希望受理論束縛，但理解，當所述交聯(lián)劑的量在該范圍內(nèi)時，所述保護膜可具有令人滿意的機械性質(zhì)。術(shù)語“交聯(lián)聚乙烯醇接枝共聚物”和“由聚乙烯醇接枝共聚物形成的交聯(lián)共聚物”指的是得自聚乙烯醇的未參與聚乙烯醇接枝共聚物的接枝鍵合的羥基與交聯(lián)劑的交聯(lián)反應的交聯(lián)共聚物。術(shù)語“其共混物”指的是聚乙烯醇接枝共聚物共混物、由聚乙烯醇接枝共聚物形成的交聯(lián)共聚物共混物、聚乙烯醇交聯(lián)共聚物共混物、或其組合。所述保護膜在約25℃下可具有約10.0兆帕(MPa)或更大、例如約20MPa-約1,000MPa、或約100MPa-約500MPa的拉伸模量。此外，所述保護膜在約25℃下可具有約50％或更大、例如約100％或更大的伸長率。所述保護膜在約25℃下可具有約5.0MPa或更大、例如約10.0MPa或更大的剝離強度。盡管根據(jù)示例性實施方式的保護膜不包含鋰鹽，但是所述保護膜在約25℃下可具有在約50％或更大、例如100％或更大的范圍內(nèi)的高度的伸長率。由于所述保護膜的伸長率如上所述地增加，因此與拉伸模量和伸長率一起考慮的所述保護膜的韌性可顯著改善。在一些實施方式中，所述鋰金屬電極可包括鋰金屬薄膜或鋰金屬合金薄膜。在一些實施方式中，液體電解質(zhì)可設(shè)置于所述鋰金屬電極上。鋰金屬電極具有高的每單位重量的電容量，通過使用所述鋰金屬電極，可獲得具有高的電容的電池。然而，由于在鋰離子的沉積和溶解期間的枝晶結(jié)構(gòu)的形成和生長，鋰金屬電極可引起正極和負極之間的短路。此外，由于鋰金屬電極對于電解質(zhì)具有高的反應性，因此與電解質(zhì)的副反應可發(fā)生，且因此，電池的循環(huán)壽命可惡化。此外，隨著重復鋰電池的充電和放電，電池的體積和厚度方面的變化可發(fā)生，引起鋰從負極的溶解。為了克服該缺點，需要能夠保護鋰金屬的表面的保護膜。根據(jù)示例性實施方式的保護膜可包括選自如下的至少一種第一聚合物：具有低的生產(chǎn)成本的聚乙烯醇接枝共聚物、由所述聚乙烯醇接枝共聚物形成的交聯(lián)共聚物、聚乙烯醇交聯(lián)共聚物、及其共混物。當在所述鋰金屬電極的至少一部分上形成這樣的第一聚合物時，所述第一聚合物可有效地降低非極性電解質(zhì)和鋰金屬電極之間的反應性，因為由于包括具有羥基的聚乙烯醇接枝共聚物，所述第一聚合物可為極性的。此外，所述第一聚合物可更均勻地保持所述鋰金屬電極的表面上的電 流和離子分布，從而抑制在鋰金屬表面上的枝晶的形成或生長，由此使所述電解質(zhì)和所述鋰金屬電極之間的界面穩(wěn)定。所述第一聚合物可為極性的，且因而，在基于碳酸酯的有機溶劑、基于酯的有機溶劑、和離子液體中可不為溶解性的。因此，與常規(guī)的基于聚環(huán)氧乙烷的保護膜不同，包括所述第一聚合物的所述保護膜可具有令人滿意的對液體電解質(zhì)例如基于碳酸酯的有機溶劑的耐化學性。此外，所述保護膜可有效地抑制由所述保護膜中的破裂引起的在電池內(nèi)的短路的產(chǎn)生。由于包括如上所述的通過交聯(lián)或接枝鍵合獲得的共聚物、或其共混物，根據(jù)任意上述實施方式的保護膜可具有高度的機械強度且對于在充電和放電期間的體積變化可為穩(wěn)定的。根據(jù)任意上述實施方式的保護膜可具有令人滿意的機械性質(zhì)例如拉伸模量和伸長率。此外，在所述保護膜的所述第一聚合物中的羥基的氫可與存在于所述鋰金屬電極的表面上的羥基的氧形成氫鍵。結(jié)果，所述保護膜可具有高度的對所述鋰金屬電極的結(jié)合強度，使得可抑制隨著重復的充電和放電的所述保護膜的結(jié)合強度的降低。盡管不希望受理論束縛，但理解，當使用包括根據(jù)任意上述示例性實施方式的保護膜的負極時，由于聚乙烯醇接枝共聚物、由所述聚乙烯醇接枝共聚物形成的交聯(lián)共聚物、聚乙烯醇交聯(lián)共聚物、或其共混物的強的粘附力，可實現(xiàn)在所述鋰電池的充電和放電期間鋰金屬的均勻的沉積和作為結(jié)果的鋰的穩(wěn)定化，且所述鋰電池的長期性能可改善。此外，所述保護膜可容易地涂覆在所述鋰金屬電極的表面上，可具有令人滿意的成膜特性，對于在充電和放電期間的體積變化可為穩(wěn)定的，且可具有高度的離子傳導性。所述保護膜的所述第一聚合物可具有約30,000道爾頓(Da)或更大、例如約50,000Da-約200,000Da、例如約80,000Da-約100,000Da的重均分子量。所述第一聚合物可具有約500-約3,000、例如約1,000-約2,000的平均聚合度。當所述第一聚合物具有約30,000Da或更大的重均分子量時，所述保護膜可具有令人滿意的機械性質(zhì)。盡管不希望受理論束縛，但理解，當所述第一聚合物具有在以上范圍內(nèi)的重均分子量和平均聚合度時，所述保護膜在成膜性(膜可成形性)、拉伸模量、和伸長率方面可為令人滿意的。所述第一聚合物可具有約85摩爾％(mol％)或更大、例如約85mol％-約99.9mol％、例如約88mol％-約99mol％的皂化度。盡管不希望受理論束縛，但理解，當所述第一聚合物具有在這些范圍內(nèi)的皂化度時，所述保護膜的成 膜性以及所述保護膜和所述鋰金屬電極之間的表面特性可為令人滿意的，且拉伸模量和伸長率也可改善。此外，與常規(guī)的保護膜相比，所述保護膜和所述鋰金屬電極之間的剝離強度可改善。所述第一聚合物可具有約20℃-約100℃、例如約40℃-約80℃的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。盡管不希望受理論束縛，但理解，當所述第一聚合物具有在這些范圍內(nèi)的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時，所述保護膜可具有令人滿意的熱特性。因此，通過使用包括任意上述實施方式的保護膜的負極，可制造具有令人滿意的循環(huán)特性的鋰電池。在一些實施方式中，根據(jù)任意上述實施方式的保護膜在約12.5度-約27.5度的2θ處的主峰可具有約3度-約7度的半寬度(FWHM)，如由通過X-射線衍射法(XRD)分析的。盡管不希望受理論束縛，但理解，當所述保護膜的主峰具有在該范圍內(nèi)的FWHM時，所述保護膜的所述第一聚合物可具有良好的結(jié)晶性和無定形特性。所述第一聚合物可作為與所述第二聚合物的共混物使用。例如，聚乙烯醇接枝共聚物共混物可包括聚乙烯醇接枝共聚物、以及具有高度的與所述聚乙烯醇接枝共聚物的溶混性和小的對于基于碳酸酯的有機溶劑的溶解性的第二聚合物。此外，聚乙烯醇交聯(lián)共聚物共混物可包括聚乙烯醇交聯(lián)共聚物以及具有高度的與所述聚乙烯醇交聯(lián)共聚物的溶混性和小的對于基于碳酸酯的有機溶劑的溶解性的第二聚合物。由所述聚乙烯醇接枝共聚物形成的交聯(lián)共聚物共混物可包括由所述聚乙烯醇接枝共聚物形成的交聯(lián)共聚物以及具有高度的與由所述聚乙烯醇接枝共聚物形成的交聯(lián)共聚物的溶混性和小的對于基于碳酸酯的有機溶劑的溶解性的第二聚合物。在另一實施方式中，可使用包括聚乙烯醇接枝共聚物、聚乙烯醇交聯(lián)共聚物、和由所述聚乙烯醇接枝共聚物形成的交聯(lián)共聚物的兩種或更多種的第一聚合物共混物、以及所述第二聚合物，其中所述第一聚合物共混物和所述第二聚合物的組合本身是共混物。例如，所述第二聚合物可包括選自(甲基)丙烯?；酆衔锖途郾╇娴闹辽僖环N。所述第二聚合物的實例可包括選自如下的至少一種：聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸丙酯、聚丙烯酸丙酯、聚丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸戊酯、聚丙烯酸戊酯、聚甲基丙烯酸環(huán)己酯、聚丙烯酸環(huán)己酯、聚甲基丙烯酸 己酯、聚丙烯酸己酯、聚丙烯酸縮水甘油酯、聚甲基丙烯酸縮水甘油酯、和聚丙烯腈。基于100重量份的選自如下的至少一種第一聚合物：聚乙烯醇接枝共聚物、由所述聚乙烯醇接枝共聚物形成的交聯(lián)共聚物、聚乙烯醇交聯(lián)共聚物、及其共混物，所述第二聚合物的量可在約0.1重量份-約100重量份、例如約10重量份-約50重量份的范圍內(nèi)。在一些實施方式中，所述用于鋰金屬電池的負極的保護膜可另外包括鋰鹽?；?00重量份的所述第一聚合物，所述鋰鹽的量可在約30重量份-約200重量份、例如約50重量份-約150重量份的范圍內(nèi)。例如，可將所述保護膜的所述第一聚合物的羥基對鋰的混合摩爾比控制在約2:1-約20:1、例如約2.6:1-約6:1的范圍內(nèi)。當所述鋰鹽的量和所述羥基對鋰的混合摩爾比在這些范圍內(nèi)時，所述保護膜可具有高度的離子傳導性和機械性質(zhì)以有效地抑制在所述負極的表面上的鋰枝晶的生長。由于枝晶的生長的抑制，可防止鋰金屬電池的壽命和安全性的惡化。所述鋰鹽的實例可包括LiSCN、LiN(CN)2、LiClO4、LiBF4、LiAsF6、LiPF6、LiCF3SO3、Li(FSO2)2N、Li(CF3SO2)3C、LiN(SO2C2F5)2、LiN(SO2CF3)2、LiSbF6、LiPF3(CF2CF3)3、LiPF3(CF3)3、LiB(C2O4)2、LiCl、LiI、及其組合。所述保護膜中的所述第一聚合物例如聚乙烯醇接枝共聚物、由所述聚乙烯醇接枝共聚物形成的交聯(lián)共聚物、和聚乙烯醇交聯(lián)共聚物、以及所述第二聚合物的存在可通過如下確定：i)表面分析方法例如X-射線光電子能譜法(XPS)和傅立葉變換紅外光譜法(FT-IR)以及ii)化學分析方法例如核磁共振(NMR)和差示掃描量熱法(DSC)。在一些實施方式中，所述保護膜在約25℃下可具有約50％或更大、例如約100％或更大、例如約150％或更大、例如約200％-約300％的伸長率。根據(jù)實施方式的進一步包括鋰鹽的保護膜在約25℃下可具有約50％或更大、例如約100％或更大、例如約150％或更大、例如約700％-約1,000％的伸長率。當所述保護膜具有在這些范圍內(nèi)的伸長率時，所述保護膜可具有良好的延展性以對于在鋰金屬電池的充電和放電期間鋰金屬的體積變化具有良好的耐久性，且因而可抑制鋰枝晶的形成。根據(jù)一個示例性實施方式，所述保護膜可包括聚乙烯醇接枝共聚物和丙烯腈接枝共聚物。根據(jù)另一示例性實施方式，與當使用裸的鋰金屬時相比，在約25℃下，得自通過阻抗測量獲得的奈奎斯特圖的在電解質(zhì)和鋰金屬之間的界面電阻(Ri)降低約10％。所述保護膜可具有約1微米(μm)-約20μm、例如約1μm-約5μm的厚度。當所述保護膜具有在這些范圍內(nèi)的厚度時，所述保護膜可具有低的界面電阻，同時保持令人滿意的機械性質(zhì)。所述保護膜可進一步包括選自無機顆粒、有機-無機顆粒和低聚物的至少一種。所述無機顆粒和/或有機-無機顆?？砂ń饘贇溲趸?、金屬碳酸鹽、金屬羧酸鹽、金屬硅酸鹽、金屬硅鋁酸鹽、金屬碳化物、金屬氮化物、金屬鹵化物、金屬硝酸鹽、碳氧化物、碳質(zhì)材料、有機-無機復合物、或其組合。所述無機顆粒和/或有機-無機顆粒的實例可包括選自如下的至少一種：SiO2、TiO2、ZnO、Al2O3、BaTiO3、氧化石墨烯、氧化石墨、碳納米管、Fe2O3、CuO、籠結(jié)構(gòu)的倍半硅氧烷、和金屬-有機骨架(MOF)。例如，所述籠結(jié)構(gòu)的倍半硅氧烷可為多面體低聚倍半硅氧烷(POSS)。例如，所述POSS可包括約8個或更少的硅原子、例如約6或8個硅原子。所述籠結(jié)構(gòu)的倍半硅氧烷可為由下式1表示的化合物：式1SikO1.5k(R1)a(R2)b(R3)c在式1中，R1-R3可各自獨立地為氫、取代或未取代的C1-C30烷基、取代或未取代的C1-C30烷氧基、取代或未取代的C2-C30烯基、取代或未取代的C2-C30炔基、取代或未取代的C6-C30芳基、取代或未取代的C6-C30芳氧基、取代或未取代的C2-C30雜芳基、取代或未取代的C4-C30碳環(huán)基團、或含硅的官能團。在式1中，0<a<20，0<b<20，0<c<20，且選擇a、b和c使得k＝a+b+c，和6≤k≤20。所述籠結(jié)構(gòu)的倍半硅氧烷可為由下式2表示的化合物或由下式3表示的化合物：式2在式2中，R1-R8可各自獨立地為氫、取代或未取代的C1-C30烷基、取代或未取代的C1-C30烷氧基、取代或未取代的C2-C30烯基、取代或未取代的C2-C30炔基、取代或未取代的C6-C30芳基、取代或未取代的C6-C30芳氧基、取代或未取代的C2-C30雜芳基、取代或未取代的C4-C30碳環(huán)基團、或含硅的官能團。式3在式3中，R1-R6可各自獨立地為氫、取代或未取代的C1-C30烷基、取代或未取代的C1-C30烷氧基、取代或未取代的C2-C30烯基、取代或未取代的C2-C30炔基、取代或未取代的C6-C30芳基、取代或未取代的C6-C30芳氧基、取代或未取代的C2-C30雜芳基、取代或未取代的C4-C30碳環(huán)基團、或含硅的官能團。根據(jù)一個示例性實施方式，所述籠結(jié)構(gòu)的倍半硅氧烷中的R1-R8可為八異丁基。例如，所述籠結(jié)構(gòu)的倍半硅氧烷可為八異丁基-t8-倍半硅氧烷。所述無機顆粒和/或有機-無機顆?？删哂卸喾N形狀。例如，所述無機顆 粒和/或有機-無機顆粒可具有球形狀、橢圓形狀、立方體形狀、四面體形狀、棱錐形狀、八面體形狀、圓柱形狀、多邊形柱狀形狀、圓錐形狀、柱形狀、管形狀、螺旋形狀、漏斗形狀、樹枝狀形狀、或任意各種普通的規(guī)則和不規(guī)則的形狀?；诩s100重量份的所述第一聚合物，所述無機顆粒和/或有機-無機顆?？梢约s10重量份-約200重量份、例如約50重量份-約100重量份的量存在。盡管不希望受理論束縛，但理解，當以以上量范圍包含所述無機顆粒和/或有機-無機顆粒時，所述保護膜可具有令人滿意的機械性質(zhì)，且可有效地抑制在鋰金屬電極的表面上的枝晶的形成。所述MOF可為通過有機配體與第2族到第15族元素離子或者第2族到第15族元素離子簇的化學結(jié)合形成的多孔結(jié)晶化合物。有機配體指的是能夠進行化學鍵合例如配位鍵合、離子鍵合、或共價鍵合的有機基團。例如，具有兩個或更多個能夠鍵合到上述元素離子的位點的有機基團可通過鍵合到所述元素離子而形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。所述第2族到第15族元素離子可為選自如下的至少一種：鈷(Co)、鎳(Ni)、鉬(Mo)、鎢(W)、釕(Ru)、鋨(Os)、鎘(Cd)、鈹(Be)、鈣(Ca)、鋇(Ba)、鍶(Sr)、鐵(Fe)、錳(Mn)、鉻(Cr)、釩(V)、鋁(Al)、鈦(Ti)、鋯(Zr)、銅(Cu)、鋅(Zn)、鎂(Mg)、鉿(Hf)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、錸(Re)、銠(Rh)、銥(Ir)、鈀(Pd)、鉑(Pt)、銀(Ag)、鈧(Sc)、釔(Y)、銦(In)、鉈(Tl)、硅(Si)、鍺(Ge)、錫(Sn)、鉛(Pb)、砷(As)、銻(Sb)、和鉍(Bi)。所述有機配體可為得自選自如下的至少一種的基團：芳族二羧酸、芳族三羧酸、咪唑化合物、四唑化合物、1,2,3-三唑化合物、1,2,4-三唑化合物、吡唑化合物、芳族磺酸、芳族磷酸、芳族亞磺酸、芳族次膦酸、聯(lián)吡啶、和具有選自如下的至少一個官能團的化合物：氨基、亞氨基、酰胺基團、二硫代羧酸基團(-CS2H)、二硫代羧酸陰離子基團(-CS2-)、吡啶基團、和吡嗪基團。上述芳族二羧酸或芳族三羧酸可包括苯二羧酸、苯三羧酸、聯(lián)苯二羧酸、聯(lián)三苯二羧酸等。例如，所述有機配體可為得自由式4表示的化合物的任一種的基團：式4所述MOF的實例可包括選自如下的至少一種：Ti8O8(OH)4[O2C-C6H4-CO2]6、Cu(bpy)(H2O)2(BF4)2(bpy){bpy＝4,4’-聯(lián)吡啶}、Zn4O(O2C-C6H4-CO2)3(Zn-對苯二甲酸-MOF，Zn-MOF)、和Al(OH){O2C-C6H4-CO2}。在一些實施方式中，所述保護膜可進一步包括多個無機顆粒和/或有機-無機顆粒。當所述保護膜進一步包括無機顆粒和/或有機-無機顆粒時，所述保護膜的機械性質(zhì)可改善。所述無機顆粒和/或有機-無機顆?？删哂屑s100納米(nm)或更小、例如約1nm-約100nm、例如約5nm-約70nm的平均粒徑。例如，所述無機顆粒和/或有機-無機顆粒可具有約30nm-約70nm的粒徑。盡管不希望受理論束縛，但理解，當所述無機顆粒和/或有機-無機顆粒具有在這些范圍內(nèi)的粒徑時，所述保護膜可具有令人滿意的成膜性和令人滿意的機械性質(zhì)。在一些實施方式中，所述保護膜可進一步包括電解質(zhì)。所述電解質(zhì)可包括選自如下的至少一種：液體電解質(zhì)、聚合物電解質(zhì)、凝膠電解質(zhì)、離子液體、和聚合物型離子液體。離子液體指的是這樣的鹽或室溫熔鹽：其具有室溫或更低的熔點，僅包括離子，且在室溫下以液體狀態(tài)存在。所述離子液體的實例可包括選自各自包括如下的化合物的至少一種：i)選自如下的至少一種陽離子：銨陽離子、吡咯烷陽離子、吡啶陽離子、嘧啶陽離子、咪唑陽離子、哌啶陽離子、吡唑陽離子、唑陽離子、噠嗪陽離子、陽離子、锍陽離子、和三唑陽離子；和ii)選自如下的至少一種陰離子：BF4-、PF6-、AsF6-、SbF6-、AlCl4-、HSO4-、ClO4-、CH3SO3-、CF3CO2-、(CF3SO2)3C-、NO3-、CH3COO-、Cl-、Br-、I-、CF3SO3-、(C2F5SO2)2N-、(C2F5SO2)(CF3SO2)N-、(CF3)2PF4-、(CF3)3PF3-、(CF3)4PF2-、(CF3)5PF-、(CF3)6P-、SF5CF2SO3-、SF5CHFCF2SO3-、CF3CF2(CF3)2CO-、(CF3SO2)2CH-、(SF5)3C-、(O(CF3)2C2(CF3)2O)2PO-、(FSO2)2N-、和(CF3SO2)2N-。所述離子液體可具有由下式5表示的陽離子：式5在式5中，L表示N或P，和R2-R8可各自獨立地為氫、未取代的或取代的C1-C30烷基、未取代的或取代的C1-C30烷氧基、未取代的或取代的C6-C30芳基、未取代的或取代的C6-C30芳氧基、未取代的或取代的C3-C30雜芳基、未取代的或取代的C3-C30雜芳氧基、未取代的或取代的C4-C30環(huán)烷基、或未取代的或取代的C3-C30雜環(huán)烷基?；诩s100重量份的所述第一聚合物，所述保護層中的所述離子液體的量可在約5重量份-約40重量份、例如約10重量份-約20重量份的范圍內(nèi)。盡管不希望受理論束縛，但理解，當在以以上量范圍包含所述離子液體時， 可獲得具有令人滿意的機械性質(zhì)的保護膜。所述離子液體的實例可包括選自如下的至少一種：雙(三氟甲烷磺酰)亞胺N-甲基-正丙基吡咯烷、雙(3-三氟甲基磺酰)亞胺正丁基-N-甲基吡咯烷、雙(三氟甲基磺酰)亞胺1-丁基-3-甲基咪唑、和雙(三氟甲基磺酰)亞胺1-乙基-3-甲基咪唑。當所述保護膜包含離子液體和鋰鹽時，所述保護膜中的離子液體(IL)對鋰離子(Li)的摩爾比(IL/Li)可為約0.1-約2.0、例如約0.2-約1.8、例如約0.4-約1.5。由于具有這樣的摩爾比的保護膜不僅具有令人滿意的鋰離子遷移率和離子傳導性，而且具有令人滿意的機械性質(zhì)，因此可有效地抑制在負極的表面上的鋰枝晶的生長。所述聚合物型離子液體的實例可包括通過使離子液體單體聚合而獲得的化合物、和聚合物化合物。這樣的聚合物型離子液體在有機溶劑中具有高的溶解性，因此可將所述聚合物型離子液體添加到電解質(zhì)以進一步改善離子傳導性。當如上所述通過使離子液體單體聚合而制備聚合物型離子液體時，可使來自所述聚合的所得產(chǎn)物經(jīng)歷清潔、干燥和隨后的陰離子置換反應以獲得具有提供在有機溶劑中的溶解性的適當?shù)年庪x子的聚合物型離子液體。所述離子液體單體可具有選自如下的至少一種陽離子：銨陽離子、吡咯烷陽離子、吡啶陽離子、嘧啶陽離子、咪唑陽離子、哌啶陽離子、吡唑陽離子、唑陽離子、噠嗪陽離子、陽離子、锍陽離子、和三唑陽離子；和如上列出的至少一種陰離子，以及可聚合的官能團例如乙烯基基團、烯丙基基團、丙烯酸酯基團、甲基丙烯酸酯基團等。所述離子液體單體的實例可包括溴化1-乙烯基-3-乙基咪唑、和由下式6或7表示的化合物：式6式7在一些實施方式中，所述聚合物型離子液體可包括包含如下的重復單元：i)選自如下的至少一種陽離子：銨陽離子、吡咯烷陽離子、吡啶陽離子、嘧啶陽離子、咪唑陽離子、哌啶陽離子、吡唑陽離子、唑陽離子、噠嗪陽離子、陽離子、锍陽離子、和三唑陽離子；和ii)選自如下的至少一種陰離子：BF4-、PF6-、AsF6-、SbF6-、AlCl4-、HSO4-、ClO4-、CH3SO3-、CF3CO2-、(CF3SO2)2N-、(FSO2)2N-、Cl-、Br-、I-、CF3SO3-、(C2F5SO2)2N-、(C2F5SO2)(CF3SO2)N-、NO3-、Al2Cl7-、(CF3SO2)3C-、(CF3)2PF4-、(CF3)3PF3-、(CF3)4PF2-、(CF3)5PF-、(CF3)6P-、SF5CF2SO3-、SF5CHFCF2SO3-、CF3CF2(CF3)2CO-、(CF3SO2)2CH-、(SF5)3C-、和(O(CF3)2C2(CF3)2O)2PO-。所述聚合物型離子液體的實例可包括由下式8表示的化合物或由下式9表示的化合物：式8在式8中，R1和R3可各自獨立地為氫、取代或未取代的C1-C30烷基、取代或未取代的C2-C30烯基、取代或未取代的C2-C30炔基、取代或未取代的C6-C30芳基、取代或未取代的C2-C30雜芳基、或取代或未取代的C4-C30碳環(huán)基團。在式8中，R2簡單地表示化學鍵，或表示C1-C3亞烷基、C6-C30亞芳基、C2-C30亞雜芳基、或C4-C30二價碳環(huán)基團，X-表示所述離子液體的陰離子，和n為約500-約2,800。式9在式9中，Y-以與式8的X-相同的方式定義，且n為約500-約2,800。在式9中，Y-可為例如雙(三氟甲磺酰)亞胺(TFSI)、BF4-、或CF3SO3-。例如，所述聚合物型離子液體可包括選自聚(1-乙烯基-3-烷基咪唑)陽離子、聚(1-烯丙基-3-烷基咪唑)陽離子、和聚(1-甲基丙烯酰氧基-3-烷基咪唑)陽離子的陽離子、以及選自CH3COO-、CF3COO-、CH3SO3-、CF3SO3-、(CF3SO2)2N-、(CF3SO2)3C-、(CF3CF2SO2)2N-、C4F9SO3-、C3F7COO-、和(CF3SO2)(CF3CO)N-的陰離子。由式9表示的化合物的實例可包括聚雙(三氟甲磺酰)亞胺二烯丙基二甲基銨。根據(jù)另一示例性實施方式，所述聚合物型離子液體可包括低分子量聚合物、熱穩(wěn)定性離子液體、和鋰鹽。所述低分子量聚合物可具有亞乙基氧鏈。所述低分子量聚合物可為甘醇二甲醚。例如，所述甘醇二甲醚可為聚乙二醇二甲基醚(聚甘醇二甲醚)、三縮四乙二醇二甲基醚(四甘醇二甲醚)、二縮三乙二醇二甲基醚(三甘醇二甲醚)、或其組合。所述低分子量聚合物可具有約75-約2,000、例如約250-約500的重均分子量。所述鋰鹽可與以上描述的相同。例如，作為具有鋰離子傳導性的包括亞乙基氧的低聚物的包含于所述保護膜中的低聚物可具有約200Da-約2,000Da、例如約250Da-約1,000Da的重均分子量。例如，所述低聚物可包括選自如下的至少一種：聚乙二醇二甲基醚和聚乙二醇二乙基醚?；诩s100重量份的所述第一聚合物，所述低聚物的量可在約5重量份-約50重量份、例如約10重量份-約30重量份的范圍內(nèi)。盡管不希望受理論束縛，但理解，當以這樣的量范圍添加所述低聚物時，所述保護膜可具有令人滿意的成膜性、機械性質(zhì)、和離子傳導性特性。根據(jù)任意上述實施方式的保護膜可保護鋰金屬電池例如鋰離子電池和鋰聚合物電池中的鋰金屬電極。例如，所述保護膜作為用于在約4.0V或更大、例如約4.0V-約5.5V、例如約4.5V-約5.0V的高電壓下運行的高電壓鋰金屬電池的保護膜可為有用的。根據(jù)本公開內(nèi)容的另外的方面，鋰金屬電池包括：正極、上述負極、以及介于所述正極和所述負極之間的電解質(zhì)。所述電解質(zhì)可包括選自如下的至少一種：固體電解質(zhì)、凝膠電解質(zhì)、和聚合物型離子液體。所述鋰金屬電池可另外包括隔板。在一些實施方式中，所述鋰金屬電池可另外包括選自液體電解質(zhì)、固體電解質(zhì)、凝膠電解質(zhì)、和聚合物型離子液體的至少一種以及隔板。在一些實施方式中，所述鋰金屬電池可包括選自如下的至少一種：碳酸亞乙酯、碳酸亞丙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸乙甲酯、碳酸氟代亞乙酯、γ-丁內(nèi)酯、二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷、一縮二乙二醇二甲基醚、一縮二丙二醇二甲基醚、二縮三乙二醇二甲基醚、三縮四乙二醇二甲基醚、聚乙二醇二甲基醚、琥珀腈、環(huán)丁砜、二甲基砜、乙基甲基砜、二乙基砜、己二腈、四氫呋喃、N-甲基吡咯烷酮、乙腈、芐腈、2-甲基四氫呋喃、二氧戊環(huán)、4-甲基二氧戊環(huán)、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲亞砜、二氧六環(huán)、1,2-二甲氧基乙烷、二氯乙烷、氯苯、硝基苯、一縮二乙二醇、二甲基醚、和1,1,2,2-四氟乙基2,2,3,3-四氟丙基醚。在一些實施方式中，所述鋰金屬電池可具有如下結(jié)構(gòu)：其中，i)鋰金屬電極，ii)包括選自聚乙烯醇接枝共聚物、由所述聚乙烯醇接枝共聚物形成的交聯(lián)共聚物、聚乙烯醇交聯(lián)共聚物、及其共混物的至少一種第一聚合物的保護膜，iii)隔板和液體電解質(zhì)，以及iv)正極順序地層疊。所述液體電解質(zhì)可包括選自如下的至少一種：有機溶劑、離子液體、和鋰鹽。所述有機溶劑可為通常用在鋰電池中的任何化合物。所述有機溶劑的非限制性實例可包括基于碳酸酯的化合物、基于二醇醚的化合物、基于二氧戊環(huán)的化合物等。所述基于碳酸酯的化合物的實例可包括如下的至少一種：碳酸亞乙酯、碳酸亞丙酯、碳酸二甲酯、碳酸氟代亞乙酯、碳酸二乙酯、和碳酸乙甲酯。所述基于二醇醚的化合物的實例可包括選自如下的至少一種：聚(乙二醇)二 甲基醚(PEGDME、聚甘醇二甲醚)、三縮四(乙二醇)二甲基醚(TEGDME、四甘醇二甲醚)、二縮三(乙二醇)二甲基醚(三甘醇二甲醚)、聚(乙二醇)二月桂酸酯(PEGDL)、聚(乙二醇)單丙烯酸酯(PEGMA)、和聚(乙二醇)二丙烯酸酯(PEGDA)。所述基于二氧戊環(huán)的化合物的實例可包括選自如下的至少一種：1,3-二氧戊環(huán)、4,5-二乙基-1,3-二氧戊環(huán)、4,5-二甲基-1,3-二氧戊環(huán)、4-甲基-1,3-二氧戊環(huán)、和4-乙基-1,3-二氧戊環(huán)。所述有機溶劑的實例可包括2,2-二甲氧基-2-苯基乙酰苯、二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷、四氫呋喃、γ-丁內(nèi)酯等。為了改善充電/放電特性、阻燃性等，所述液體電解質(zhì)的實例可包括吡啶、亞磷酸三乙酯、三乙醇胺、環(huán)醚、乙二胺、n-甘醇二甲醚、六甲基磷酰胺、硝基苯衍生物、硫磺、奎寧-亞胺染料、N-取代的唑烷酮、N,N-取代的咪唑烷、乙二醇二烷基醚、銨鹽、吡咯、2-甲氧基乙醇、三氯化鋁等。在一些情況中，所述液體電解質(zhì)的實例可另外包括包含鹵素的溶劑例如四氯化碳、三氟乙烯等以向所述液體電解質(zhì)賦予不可燃性。所述凝膠電解質(zhì)可為本領(lǐng)域中已知的凝膠形式的任何電解質(zhì)。例如，所述凝膠電解質(zhì)可包含聚合物和聚合物型離子液體。例如，所述聚合物可為固體接枝(嵌段)共聚物電解質(zhì)。所述固體電解質(zhì)可為有機固體電解質(zhì)或無機固體電解質(zhì)。所述有機固體電解質(zhì)的實例可包括聚乙烯衍生物、聚環(huán)氧乙烷衍生物、聚環(huán)氧丙烷衍生物、磷酸酯聚合物、聚(L-賴氨酸)、聚乙烯醇、聚氟乙烯、包括離子型的能離解的基團的聚合物等。所述無機固體電解質(zhì)的實例可包括Cu3N、Li3N、LiPON、Li3PO4·Li2S·SiS2、Li2S·GeS2·Ga2S3、(Na,Li)1+xTi2-xAlx(PO4)3(其中0.1≤x≤0.9)、Li1+xHf2-xAlx(PO4)3(其中0.1≤x≤0.9)、Na3Zr2Si2PO12、Li3Zr2Si2PO12、Na5ZrP3O12、Na5TiP3O12、Na3Fe2P3O12、Na4NbP3O12、Li0.3La0.5TiO3、Na5MSi4O12(其中M為稀土元素例如Nd、Gd、Dy等)、Li5ZrP3O12、Li5TiP3O12、Li3Fe2P3O12、Li4NbP3O12、Li1+x(M,Al,Ga)x(Ge1-yTiy)2-x(PO4)3(其中0≤x≤0.8，0≤y≤1.0，且M為Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、或Yb)、Li1+x+yQxTi2-xSiyP3-yO12(其中0<x≤0.4，0<y≤0.6，且Q為Al或Ga)、Li6BaLa2Ta2O12、Li7La3Zr2O12、Li5La3Nb2O12、Li5La3M2O12(其中M為Nb或Ta)、Li7+xAxLa3-xZr2O12(其中0<x<3 且A為Zn)等。在下文中，將描述根據(jù)示例性實施方式的制備用于鋰金屬電池的負極的方法。首先，將選自如下的至少一種第一聚合物與有機溶劑混合以獲得形成保護膜的組合物：聚乙烯醇接枝共聚物、由所述聚乙烯醇接枝共聚物形成的交聯(lián)共聚物、聚乙烯醇交聯(lián)共聚物、及其共混物。所述有機溶劑的實例可包括四氫呋喃、N-甲基吡咯烷酮、乙腈、芐腈、2-甲基四氫呋喃、γ-丁內(nèi)酯、二氧戊環(huán)、4-甲基二氧戊環(huán)、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲亞砜、二氧六環(huán)、1,2-二甲氧基乙烷、環(huán)丁砜、二氯乙烷、氯苯、硝基苯、一縮二乙二醇、二甲基醚、及其組合?；诩s100重量份的所述第一聚合物，可以約100重量份-約10,000重量份、例如約1,000重量份-約5,000重量份的量范圍包含所述有機溶劑。例如，所述混合過程可在約25℃-約100℃、例如約70℃-約90℃下進行。所述形成保護膜的組合物可另外包括選自如下的至少一種：多個無機顆粒、有機-無機顆粒、低聚物、和電解質(zhì)。當使用所述形成保護膜的組合物形成膜型保護膜時，可通過如下制備負極：將所述形成保護膜的組合物涂覆在鋰金屬電極上并且干燥涂覆在所述鋰金屬電極上的所述形成保護膜的組合物，由此形成所述保護膜。所述干燥過程可在約60℃或更低、例如約40℃或更低、例如約25℃-約40℃的溫度范圍內(nèi)進行。當在這些溫度范圍內(nèi)進行所述干燥過程時，可防止所述鋰金屬電極的變形，且所述保護膜可具有令人滿意的機械性質(zhì)。盡管可通過將所述形成保護膜的組合物直接涂覆在所述鋰金屬電極上并且將涂覆在所述鋰金屬電極上的所述形成保護膜的組合物干燥來形成所述保護膜，但是也可通過如下獲得和使用所述保護膜：將所述形成保護膜的組合物涂覆在單獨的基底上并且將涂覆在所述單獨的基底上的所述形成保護膜的組合物干燥。在以上范圍內(nèi)的溫度下的干燥過程之后，可進一步進行在約60℃或更低、例如約40℃或更低的溫度范圍內(nèi)的真空干燥。例如，所述溫度范圍可為約25℃-約40℃。當進一步進行這樣的真空干燥過程時，可將保留在所述保護膜中的有機溶劑的量控制在期望范圍內(nèi)。根據(jù)一個示例性實施方式，基于所述保護膜的總重量，保留在所述保護 膜中的所述有機溶劑的量可在約10重量％或更低、例如約0.01重量％-約10重量％的范圍內(nèi)。所述有機溶劑的非限制性實例可包括二甲亞砜(DMSO)。當所述有機溶劑在上述量范圍內(nèi)包含于所述保護膜中時，鋰鹽可均勻地分布在所述保護膜中，使得所述保護膜可具有令人滿意的機械性質(zhì)且可呈現(xiàn)離子傳導性。包含于所述保護膜中的所述有機溶劑例如DMSO的量可通過熱重分析確認。涂覆所述形成保護膜的組合物的方法可為通常用于形成保護膜的任何方法。涂覆所述形成保護膜的組合物的方法的實例可包括旋涂、輥涂、幕涂、擠出、流延、絲網(wǎng)印刷、噴墨印刷、刮刀涂覆等。在約0V-約5.5V(相對于鋰)、例如約0V-約5.0V、例如約0V-約4.0V的電壓范圍內(nèi)，所述保護膜可為電化學穩(wěn)定的。在一些實施方式中，所述保護膜可具有電化學穩(wěn)定的寬的電壓窗口，且因而在高的電壓下運行的電化學裝置中可為可應用的。在一些實施方式中，在相對于鋰的0V的電壓下，得自副反應、而不是得自鋰的嵌入/脫嵌的所述保護膜的電流密度可為約0.05毫安/平方厘米(mA/cm2)或更低、例如約0.02mA/cm2或更低、例如約0.01mA/cm2或更低。在一些實施方式中，在相對于鋰的約5.0V的電壓下得自氧化反應的所述保護膜的電流密度可為約0.05mA/cm2或更低、例如約0.04mA/cm2或更低、例如約0.02mA/cm2或更低。根據(jù)任意上述實施方式的用于鋰金屬電池的負極可在高電壓、例如約4.0V或更大、例如約4.0V-約5.5V的高電壓下使用。所述鋰金屬電池的類型沒有特別限制，且可包括鋰離子電池、鋰離子聚合物電池、或鋰硫電池、和鋰一次電池。鋰金屬電池在電壓、容量、和能量密度特性方面是令人滿意的，且因而可廣泛地用在例如如下的領(lǐng)域中：移動電話、膝上型計算機、用于使用風力或陽光的發(fā)電裝置的蓄電池、電動車、不間斷電源(UPS)、家用蓄電池等。圖1和2為說明包括根據(jù)示例性實施方式的負極的鋰金屬電池的結(jié)構(gòu)的示意圖。參考圖1，根據(jù)一個實施方式的鋰金屬電池可具有包括介于正極11和負極12之間的根據(jù)如上所述的實施方式的保護膜13的結(jié)構(gòu)。液體電解質(zhì)14a可設(shè)置于保護膜13和正極11之間。液體電解質(zhì)14a可具有可與保護膜13 中的液體電解質(zhì)的組成相同或不同的組成。由于保護膜13設(shè)置于負極12的表面上，因此負極12的表面可被電化學穩(wěn)定，且結(jié)果，負極12的表面也可變成機械穩(wěn)定的。因此，可抑制在所述鋰金屬電池的充電和放電期間在負極12的表面上的枝晶的形成。還可減少隨著時間的在負極12和電解質(zhì)之間的界面電阻的增加，由此改善負極12和電解質(zhì)之間的界面穩(wěn)定性。因此，所述鋰金屬電池的循環(huán)特性可改善。保護膜13可覆蓋負極12的整個表面，由此保護負極12的表面。例如，保護膜13可防止負極12的表面和對負極12的表面具有高的反應性的液體電解質(zhì)14a之間的直接接觸。因此，保護膜13可通過保護負極12而增加負極12的穩(wěn)定性。參考圖2，與圖1的僅包括液體電解質(zhì)14a的結(jié)構(gòu)不同，根據(jù)另一實施方式的鋰金屬電池可具有其中液體電解質(zhì)14a和隔板14b順序地層疊的雙層結(jié)構(gòu)。在圖2中，液體電解質(zhì)14a可鄰近于保護膜13。圖2中的液體電解質(zhì)14a和隔板14b可統(tǒng)稱為電解質(zhì)14。隔板14b可為以下的單層或包括如下的至少兩個層的多層：聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、或其組合。例如，隔板14b可為混合多層，例如聚乙烯/聚丙烯的雙層隔板、聚乙烯/聚丙烯/聚乙烯的三層隔板、或聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯的三層隔板。在一些實施方式中，除所述液體電解質(zhì)和所述隔板之外，所述鋰金屬電池可進一步包括選自如下的至少一種：聚合物型離子液體、固體電解質(zhì)、和凝膠電解質(zhì)。在圖1和2中，正極11可為多孔正極。所述多孔正極可為包括孔的正極、或任何容許液體電解質(zhì)通過毛細管作用滲透到其中的正極。例如，所述多孔正極可為可通過如下獲得的正極：涂覆包括正極活性材料、導電劑、粘結(jié)劑、和溶劑的正極活性材料組合物，和將所得結(jié)構(gòu)干燥。所得正極可包括在所述正極活性材料的顆粒之間的孔。所述多孔正極可浸漬有液體電解質(zhì)。在一些實施方式中，所述正極可包括液體電解質(zhì)、凝膠電解質(zhì)、固體電解質(zhì)等。所述液體電解質(zhì)、凝膠電解質(zhì)、和固體電解質(zhì)可為本領(lǐng)域中的任何可用于鋰金屬電池的電解質(zhì)，其不與所述正極活性材料反應，且因而防止在充電和放電期間所述正極活性材料的惡化。在圖1和2中，負極12可為鋰金屬薄膜。所述鋰金屬薄膜可具有約100 μm或更小、例如約50μm或更小的厚度。保護膜13可以良好的機械性質(zhì)執(zhí)行其自身的保護功能，而不包含有機溶劑例如基于碳酸酯的溶劑。此外，保護膜13不可溶解于離子液體和有機溶劑例如基于醚的溶劑或基于碳酸酯的溶劑中。此外，當保護膜13層疊在鋰金屬電極(例如負極12)上時，保護膜13可由于對于鋰金屬的良好的界面特性而抑制在充電和放電之后在負極12的表面上的鋰枝晶的生長，且還可防止可由保護膜13的破裂引起的在所述鋰金屬電池中的短路。此外，保護膜13對于液體電解質(zhì)可為穩(wěn)定的。根據(jù)如上所述的示例性實施方式的鋰金屬電池的各部件和制造包括這樣的部件的鋰金屬電池的方法更詳細地描述如下。用于所述正極的正極活性材料可包括選自如下的至少一種：鋰鈷氧化物、鋰鎳鈷錳氧化物、鋰鎳鈷鋁氧化物、磷酸鐵鋰、和鋰錳氧化物，但其不限于此?？墒褂帽绢I(lǐng)域中可利用的任何正極活性材料。例如，所述正極活性材料可為由下式之一表示的化合物：LiaA1-bB’bD’2(其中0.90≤a≤1.8和0≤b≤0.5)；LiaE1-bB’bO2-cD’c(其中0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，和0≤c≤0.05)；LiE2-bB’bO4-cD’c(其中0≤b≤0.5和0≤c≤0.05)；LiaNi1-b-cCobB’cD’α(其中0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，和0<α≤2)；LiaNi1-b-cCobB’cO2-αF’α(其中0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，和0<α＜2)；LiaNi1-b-cMnbB’cD’α(其中0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，和0<α≤2)；LiaNi1-b-cMnbB’cO2-αF’α(其中0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，和0<α<2)；LiaNibEcGdO2(其中0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，和0.001≤d≤0.1)；LiaNibCocMndGeO2(其中0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，0≤d≤0.5，和0.001≤e≤0.1)；LiaNiGbO2(其中0.90≤a≤1.8和0.001≤b≤0.1)；LiaCoGbO2(其中0.90≤a≤1.8，和0.001≤b≤0.1)；LiaMnGbO2(其中0.90≤a≤1.8和0.001≤b≤0.1)；LiaMn2GbO4(其中0.90≤a≤1.8，和0.001≤b≤0.1)；QO2；QS2；LiQS2；V2O5；LiV2O5；LiI’O2；LiNiVO4；Li(3-f)J2(PO4)3(其中0≤f≤2)；Li(3-f)Fe2(PO4)3(其中0≤f≤2)；和LiFePO4.在上式中，A可選自鎳(Ni)、鈷(Co)、錳(Mn)、及其組合；B’可選自鋁(Al)、鎳(Ni)、鈷(Co)、錳(Mn)、鉻(Cr)、鐵(Fe)、鎂(Mg)、鍶(Sr)、釩(V)、稀土元素、及其組合；D’可選自氧(O)、氟(F)、硫(S)、磷(P)、及其組合；E可選自鈷(Co)、錳(Mn)、及其組合；F’可選自氟(F)、硫(S)、磷(P)、及其組合；G選自鋁(Al)、鉻(Cr)、錳(Mn)、鐵(Fe)、鎂(Mg)、鑭(La)、鈰(Ce)、鍶 (Sr)、釩(V)、及其組合；Q可選自鈦(Ti)、鉬(Mo)、錳(Mn)、及其組合；I’可選自鉻(Cr)、釩(V)、鐵(Fe)、鈧(Sc)、釔(Y)、及其組合；和J可選自釩(V)、鉻(Cr)、錳(Mn)、鈷(Co)、鎳(Ni)、銅(Cu)、及其組合。例如，所述正極活性材料可為由式10表示的化合物、由式11表示的化合物、或由式12表示的化合物。式10LiaNibCocMndO2在式1中0，0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，和0≤d≤0.5；式11Li2MnO3；和式12LiMO2在式1中2，M可為Mn、Fe、Co、或Ni。所述正極可如下制備。制備作為正極活性材料、粘結(jié)劑、和溶劑的混合物的正極活性材料組合物。可進一步向所述正極活性材料組合物中添加導電劑。可將所述正極活性材料組合物直接涂覆在金屬集流體上并且干燥以制備正極板。替代地，可將所述正極活性材料組合物在單獨的載體上流延以形成正極活性材料膜，其可然后從所述載體分離，然后層疊在金屬集流體上以制備正極板。所述集流體可包括金屬例如鎳、鋁、鈦、銅、金、銀、鉑、鋁合金、或不銹鋼，通過等離子噴涂或電弧噴涂碳質(zhì)材料、活性炭纖維、鎳、鋁、鋅、銅、錫、鉛、和其任何合金而制備的膜，或通過將導電材料分散在橡膠或樹脂例如苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯共聚物(SEBS)中而制備的導電膜。例如，可使用鋁、鎳或不銹鋼。特別地，可使用鋁，因為其可容易地加工成薄膜且是便宜的。所述集流體的形狀沒有特別限制。例如，所述集流體可具有薄膜形狀、平板形狀、網(wǎng)眼形狀、網(wǎng)形狀、穿孔形狀、壓花形狀、或其任意組合例如網(wǎng)眼形狀平板等。例如，所述集流體可具有通過蝕刻形成的不平坦的表面。所述粘結(jié)劑為對與活性材料和導電材料的結(jié)合以及對集流體的結(jié)合作貢獻的成分，且因而添加的粘結(jié)劑的量可為約1重量份-約50重量份、例如約5重量份-約30重量份，基于100重量份的所述正極活性材料的總重量。 所述粘結(jié)劑的實例包括聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯醇、羧甲基纖維素(CMC)、淀粉、羥丙基纖維素、再生纖維素、聚乙烯基吡咯烷酮、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(EPDM)、磺化EPDM、丁苯橡膠、氟橡膠、和多種共聚物。所述粘結(jié)劑的含量可為約2重量份-約5重量份、例如約3重量份-約4重量份，基于100重量份的所述正極活性材料的總重量。盡管不希望受理論束縛，但理解，當所述粘結(jié)劑的含量在該范圍內(nèi)時，所述活性材料層對于所述集流體的結(jié)合力是令人滿意的。所述導電劑可為不引起所述電池中的化學變化且具有導電性的任何材料。所述導電劑的實例包括石墨例如天然石墨或人造石墨；炭黑類例如炭黑、乙炔黑、科琴黑、槽黑、爐黑、燈黑、或夏黑；導電纖維例如碳纖維或金屬纖維；氟化碳；金屬粉末、例如鋁或鎳粉末；導電晶須例如鋅氧化物或鈦酸鉀；導電金屬氧化物例如鈦氧化物；和導電聚合物例如聚亞苯基衍生物?；?00重量份的所述正極活性材料的總重量，所述導電劑的含量可為約1重量份-約10重量份、例如約1重量份-約5重量份。盡管不希望受理論束縛，但理解，當所述導電劑的含量在這些范圍內(nèi)時，最終獲得的電極可具有優(yōu)異的導電特性。所述溶劑的實例包括N-甲基吡咯烷酮(NMP)?；?00重量份的所述正極活性材料，所述溶劑的含量可為約100重量份-約2,000重量份、例如約500重量份-約1,000重量份。盡管不希望受理論束縛，但理解，當所述溶劑的含量在這些范圍內(nèi)時，可容易地實施用于形成所述活性材料層的過程。如果需要，可進一步向所述正極活性材料組合物中添加增塑劑以形成包括孔的電極板。所述正極活性材料、導電劑、粘結(jié)劑、和溶劑的量可為本領(lǐng)域中通常用于鋰金屬電池中的量。取決于鋰金屬電池的用途和結(jié)構(gòu)，可不使用所述導電劑和所述溶劑的至少一種。所述負極可為根據(jù)任意上述實施方式的負極。根據(jù)示例性實施方式的負極包括：鋰金屬電極；和設(shè)置于所述鋰金屬電極的至少一部分上的保護膜，其中所述保護膜包括選自如下的至少一種第一聚合物：聚乙烯醇接枝共聚物、由所述聚乙烯醇接枝共聚物形成的交聯(lián)共聚物、聚乙烯醇交聯(lián)共聚物、 及其共混物。所述鋰金屬電極可為鋰金屬薄膜或鋰合金薄膜。用于所述負極的鋰金屬合金可包括鋰、和可與鋰合金化的金屬/準金屬、其合金、或其氧化物。所述可與鋰合金化的金屬/準金屬、其合金、或其氧化物的實例為Si、Sn、Al、Ge、Pb、Bi、Sb、Si-Y合金(其中Y為堿金屬、堿土金屬、第13-16族元素、過渡金屬、稀土元素、或其組合，除Si之外)、Sn-Y合金(其中Y為堿金屬、堿土金屬、第13-16族元素過渡金屬、稀土元素、或其組合，除Sn之外)、和MnOx(其中0<x≤2)。Y可為鎂(Mg)、鈣(Ca)、鍶(Sr)、鋇(Ba)、鐳(Ra)、鈧(Sc)、釔(Y)、鈦(Ti)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、(Rf)、釩(V)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、(Db)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、鎢(W)、(Sg)、锝(Tc)、錸(Re)、(Bh)、鐵(Fe)、鉛(Pb)、釕(Ru)、鋨(Os)、(Hs)、銠(Rh)、銥(Ir)、鈀(Pd)、鉑(Pt)、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、鋅(Zn)、鎘(Cd)、硼(B)、鋁(Al)、鎵(Ga)、錫(Sn)、銦(In)、鍺(Ge)、磷(P)、砷(As)、銻(Sb)、鉍(Bi)、硫(S)、硒(Se)、碲(Te)、釙(Po)、或其組合。在一些實施方式中，所述鋰金屬電池的電解質(zhì)可包括液體電解質(zhì)和隔板。所述隔板可為具有高的離子滲透性和高的機械強度的絕緣薄膜。所述隔板可具有約0.01μm-約10μm的孔徑、和約5μm-約20μm的厚度。所述隔板的實例為烯屬聚合物例如聚丙烯、以及由玻璃纖維或聚乙烯制成的片材或無紡物。當所述鋰金屬電池的電解質(zhì)為固體聚合物電解質(zhì)時，所述固體聚合物電解質(zhì)也可用作隔板。在一些實施方式中，所述液體電解質(zhì)可包括選自如下的至少一種：離子液體、有機溶劑、和鋰鹽。在一些實施方式中，所述鋰金屬電池可進一步包括選自如上所述的聚合物型離子液體、聚合物電解質(zhì)、和凝膠電解質(zhì)的至少一種。根據(jù)任意上述實施方式的鋰金屬電池可具有改善的容量和改善的壽命特性，且因而可用在用作小型裝置的電源的電池單元中，且還可用作包括多個電池單元的用作中到大型裝置的電源的中到大型電池組或電池模塊的單位電池。所述中到大型裝置的實例為：電動車(EV)，包括混合動力電動車(HEV)和插電式混合動力電動車(PHEV)；雙輪電動車，包括電動自行車和電動小型 摩托車；電動工具；電力存儲裝置等，但不限于此。如本文中使用的，術(shù)語“烷基”指的是完全飽和的支化或未支化的(或者直鏈的或線型的)烴基。所述“烷基”的非限制性實例為甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、仲丁基、正戊基、異戊基、新戊基、正己基、3-甲基己基、2,2-二甲基戊基、2,3-二甲基戊基、和正庚基。所述烷基的至少一個氫原子可被如下代替：鹵素原子、被鹵素原子取代的C1-C20烷基(例如，CF3、CHF2、CH2F、CCl3等)、C1-C20烷氧基、C2-C20烷氧基烷基、羥基、硝基、氰基、氨基、脒基、肼基、腙基、羧基或其鹽、磺?；被酋；⒒撬峄鶊F或其鹽、磷酸基團或其鹽、C1-C20烷基、C2-C20烯基、C2-C20炔基、C1-C20雜烷基、C6-C20芳基、C7-C20芳烷基、C6-C20雜芳基、C7-C20雜芳烷基、C6-C20雜芳氧基、或C7-C20雜芳氧基烷基。如本文中使用的，術(shù)語“鹵素原子”表示氟、溴、氯、和碘。如本文中使用的，術(shù)語“烯基”表示具有至少一個碳-碳雙鍵的支化或未支化的烴基。所述烯基的非限制性實例為乙烯基、烯丙基、丁烯基、異丙烯基、和異丁烯基。所述烯基中的至少一個氫原子可被如上所述的對于烷基的任意取代基代替。如本文中使用的，術(shù)語“炔基”表示具有至少一個碳-碳三鍵的支化或未支化的烴基。所述“炔基”的非限制性實例為乙炔基、丁炔基、異丁炔基、和丙炔基。所述“炔基”的至少一個氫原子可被如上所述的對于烷基的任意取代基代替。如本文中使用的，術(shù)語“芳基”被解釋為包括具有任選地稠合到至少一個碳環(huán)基團的芳族環(huán)的基團。所述“芳基”的非限制性實例為苯基、萘基、和四氫萘基。所述“芳基”的至少一個氫原子可被如上所述的對于烷基的任意取代基代替。如本文中使用的、術(shù)語“雜芳基”表示這樣的單環(huán)或雙環(huán)芳族有機基團：其包括從氮(N)、氧(O)、磷(P)、和硫(S)中選擇的至少一個雜原子，其中環(huán)原子的其余部分全部為碳。所述雜芳基可包括例如一到五個雜原子，和在一些實施方式中，可包括五到十元環(huán)。在所述雜芳基中，S或N可以多種氧化形式存在。所述雜芳基的非限制性實例為噻吩基、呋喃基、吡咯基、咪唑基、吡唑基、噻唑基、異噻唑基、1,2,3-二唑基、1,2,4-二唑基、1,2,5-二唑 基、1,3,4-二唑基、1,2,3-噻二唑基、1,2,4-噻二唑基、1,2,5-噻二唑基、1,3,4-噻二唑基、異噻唑-3-基、異噻唑-4-基、異噻唑-5-基、唑-2-基、唑-4-基、唑-5-基、異唑-3-基、異唑-4-基、異唑-5-基、1,2,4-三唑-3-基、1,2,4-三唑-5-基、1,2,3-三唑-4-基、1,2,3-三唑-5-基、四唑基、吡嗪-2-基、吡嗪-4-基、吡嗪-5-基、嘧啶-2-基、嘧啶-4-基、或嘧啶-5-基。術(shù)語“雜芳基”表示任選地稠合到芳基、脂環(huán)族基團、和雜環(huán)基團的至少一個的雜芳族環(huán)。如本文中使用的，術(shù)語“碳環(huán)”基團表示飽和的或部分不飽和的非芳族單環(huán)、雙環(huán)、或三環(huán)烴基。所述單環(huán)烴基的非限制性實例為環(huán)戊基、環(huán)戊烯基、環(huán)己基、和環(huán)己烯基。所述雙環(huán)烴基的非限制性實例為冰片基、十氫萘基、雙環(huán)[2.1.1]己基、雙環(huán)[2.2.1]庚基、雙環(huán)[2.2.1]庚烯基、或雙環(huán)[2.2.2]辛基。所述三環(huán)烴基的非限制性實例為金剛烷基。如本文中使用的，術(shù)語“雜環(huán)”基團表示包括至少一個雜原子的C5-20環(huán)狀基團、例如C5-C10環(huán)狀基團。例如，所述至少一個雜原子選自S、N、O、和B。如本文中使用的，術(shù)語“烷氧基”、“芳氧基”、和“雜芳氧基”分別表示各自結(jié)合到氧原子的烷基、芳基、和雜芳基。在下文中，將參照下列實施例詳細地描述本公開內(nèi)容的一個或多個實施方式。然而，這些實施例不意圖限制本公開內(nèi)容的一個或多個實施方式的范圍。實施例實施例1：負極的制備在氮氣氣氛下在反應燒瓶中將10克(g)聚乙烯醇(具有93.5×103道爾頓(Da)的重均分子量、約99摩爾％(mol％)的皂化度、和1,700的聚合度)溶解在10g丙烯腈和100毫升(ml)二甲亞砜(DMSO)中。然后向其添加0.01g過硫酸鉀，并且在約60℃下進行攪拌過程5小時以實施聚乙烯醇和丙烯腈的接枝反應。在反應完成之后，通過如下從反應產(chǎn)物分離保持未反應的丙烯腈：將反應產(chǎn)物用二甲基甲酰胺溶解幾次，隨后添加水和二甲基甲酰胺以獲得沉淀物并將沉淀物純化。將所得產(chǎn)物在40℃下干燥34小時以獲得聚乙烯醇丙烯腈 接枝共聚物。聚乙烯醇丙烯腈接枝共聚物中的丙烯腈的量為約60摩爾(mol)，基于100mol的聚乙烯醇。將0.3g聚乙烯醇丙烯腈接枝共聚物溶解在5.7mlDMSO中，并在90℃下攪拌2小時以獲得聚乙烯醇丙烯腈接枝共聚物(PVA-g-AN共聚物)溶液。將0.2g雙(氟磺酰)亞胺鋰(LiFSI)添加到聚乙烯醇丙烯腈接枝共聚物溶液以獲得形成保護膜的組合物。形成保護膜的組合物中的接枝共聚物對鋰鹽的混合重量比為約3:2?；?00重量份的所述接枝共聚物，鋰鹽的量為約66重量份。將形成保護膜的組合物稀釋約6倍，使用刮刀在具有約20微米(μm)的厚度的鋰金屬薄膜上流延，然后在對流烘箱中在40℃下干燥約48小時。隨后，將所得產(chǎn)物在40℃的真空烘箱中干燥約24小時以制備具有在鋰金屬薄膜上的包括聚乙烯醇丙烯腈接枝共聚物的保護膜的負極。所述保護膜具有約5μm的厚度。實施例2：負極的制備以與實施例1中相同的方式制備負極，除了如下之外：將形成保護膜的組合物稀釋約10倍并且保護膜具有約1μm的厚度。實施例3：負極的制備以與實施例1中相同的方式制備負極，除了如下之外：使用如下所述獲得的PVA-g-AN共聚物共混物溶液代替PVA-g-AN共聚物溶液。通過如下獲得PVA-g-AN共聚物共混物溶液：將PVA-g-AN共聚物和聚丙烯腈(具有150×103Da的重均分子量)以約9:1的重量比混合，將0.3g混合物溶解在5.7mlDMSO中，并且將所得混合物在約90℃下攪拌約2小時。實施例4：鋰金屬電池的制造將LiCoO2、導電劑(Super-P，可得自TimcalLtd.)、聚偏氟乙烯(PVdF)、和N-甲基吡咯烷酮(NMP)混合在一起以獲得正極組合物。正極組合物中的LiCoO2、導電劑、和PVdF的混合重量比為約97:1.5:1.5。將正極組合物涂覆在鋁箔(具有約15μm的厚度)上，在約25℃下干燥，然后在真空下在約110℃下熱處理以制造正極。通過如下制造鋰金屬電池：將聚丙烯隔板(Celgard3510)和正極層疊在實 施例1中制備的負極的保護膜上，然后向所得結(jié)構(gòu)添加液體電解質(zhì)。使用通過將LiPF6溶解在體積比為約6:4的碳酸二乙酯(DEC)和碳酸氟代亞乙酯(FEC)的混合溶劑中以制備1.3摩爾濃度(M)溶液而獲得的電解質(zhì)溶液作為液體電解質(zhì)。實施例5：鋰金屬電池的制造以與實施例4中相同的方式制造鋰金屬電池，除了如下之外：使用實施例2的負極代替實施例1的負極。實施例6：鋰金屬電池的制造以與實施例4中相同的方式制造鋰金屬電池，除了如下之外：使用實施例3的負極代替實施例1的負極，并且使用在體積比為約2:8的1,2-二甲氧基乙烷(DME)和1,1,2,2-四氟乙基2,2,3,3-四氟丙基醚(TTE)的混合溶劑中的LiFSI的1.0M溶液的電解質(zhì)溶液代替溶解在體積比為6:4的碳酸二乙酯(DEC)和碳酸氟代亞乙酯(FEC)的混合溶劑中的LiPF6的1.3M電解質(zhì)溶液作為液體電解質(zhì)。實施例7：保護膜的制備在氮氣氣氛下在反應燒瓶中將10g聚乙烯醇(具有93.5×103Da的重均分子量、和約99mol％的皂化度)溶解在10g丙烯腈和100mlDMSO中。然后向其添加0.01g過硫酸鉀，并且在約60℃下進行攪拌過程2小時以實施聚乙烯醇和丙烯腈的接枝反應。當反應完成時，向反應產(chǎn)物添加水和二甲基甲酰胺以獲得沉淀物，隨后純化沉淀物并且干燥以獲得聚乙烯醇丙烯腈接枝共聚物。聚乙烯醇丙烯腈接枝共聚物中的丙烯腈的量為約60mol，基于100mol的聚乙烯醇。將0.1gLiFSI和5.7mlDMSO添加到0.3g聚乙烯醇丙烯腈接枝共聚物以獲得形成保護膜的組合物。形成保護膜的組合物中的聚乙烯醇丙烯腈接枝共聚物對鋰鹽的混合重量比為約3:1。將6g形成保護膜的組合物放置在特氟隆皮氏培養(yǎng)皿上并且在熱板上在約60℃下干燥約24小時。隨后，將所得產(chǎn)物在真空烘箱中在約40℃下干燥約24小時以形成包括接枝共聚物和鋰鹽的具有約5μm的厚度的保護膜。實施例8：保護膜的制備以與實施例7中相同的方式制備包括接枝共聚物和鋰鹽的具有約5μm的厚度的保護膜，除了如下之外：形成保護膜的組合物中的聚乙烯醇接枝共聚物對鋰鹽的混合重量比為約3:2。實施例9：保護膜的制備以與實施例7中相同的方式制備包括接枝共聚物和鋰鹽的具有約5μm的厚度的保護膜，除了如下之外：形成保護膜的組合物中的聚乙烯醇接枝共聚物對鋰鹽的混合重量比為約3:4。對比例1：鋰金屬薄膜將具有約20μm的厚度的鋰金屬薄膜原樣使用。對比例2：負極的制備在氮氣氣氛下將1,000ml蒸餾水、20ml丙烯腈、和5ml甲基丙烯酸甲酯添加在反應燒瓶中。然后向其添加0.01g過硫酸鉀，并且在約60℃下進行攪拌過程約24小時以實施丙烯腈和甲基丙烯酸甲酯的接枝反應。當反應完成時，向反應產(chǎn)物添加蒸餾水以獲得沉淀物，隨后純化沉淀物并且干燥以獲得丙烯腈甲基丙烯酸甲酯(P(AN-co-MMA))共聚物。P(AN-co-MMA)中的甲基丙烯酸甲酯的量為約100mol，基于100mol的丙烯腈。將0.2gLiFSI和5.7mlDMSO添加到0.3gP(AN-co-MMA)共聚物以獲得形成保護膜的組合物。形成保護膜的組合物中的所述共聚物對鋰鹽的混合重量比為約3:2。將形成保護膜的組合物稀釋約6倍，使用刮刀在具有約20μm的厚度的鋰金屬薄膜上流延，然后在對流烘箱中在約40℃下干燥約48小時。隨后，將所得產(chǎn)物在真空烘箱中在約40℃下干燥約24小時以制備具有在鋰金屬薄膜上的包括丙烯腈甲基甲基丙烯酸酯P(AN-co-MMA)共聚物的保護膜的負極。所述保護膜具有約5μm的厚度。對比例3和4：鋰金屬電池的制造通過以與實施例4中相同的方式制造鋰金屬電池，除了如下之外：分別使用對比例1和2的負極代替實施例1的負極。對比例5：保護膜的制備以與實施例7中相同的方式制備保護膜，除了如下之外：使用重量比為約3:7的聚丙烯腈(具有150×103Da的重均分子量)與聚乙烯醇的混合物代替聚乙烯醇丙烯腈接枝共聚物制備形成保護膜的組合物。對比例6：保護膜的制備以與對比例5中相同的方式制備保護膜，除了如下之外：聚丙烯腈對聚乙烯醇的重量比為約5:5。對比例7：保護膜的制備以與對比例5中相同的方式制備保護膜，除了如下之外：聚丙烯腈對聚乙烯醇的重量比為約1:9。評價實施例1：IR分析1)實施例1通過紅外(IR)光譜法分析實施例1的PVA-g-AN共聚物。IR分析的結(jié)果示于圖3中。參考圖3，發(fā)現(xiàn)，實施例1的PVA-g-AN共聚物包括氰基和羥基。所述PVA-g-AN共聚物的結(jié)構(gòu)由該結(jié)果確認。2)對比例2對對比例2的P(AN-co-MMA)共聚物進行IR分析。IR分析的結(jié)果示于圖4中。參考圖4，確認對比例2的P(AN-co-MMA)共聚物的結(jié)構(gòu)。評價實施例2：差示掃描量熱法(DSC)分析通過使用DSC分析儀TAQ2000(可得自TAInstrumentsCorporation)對實施例1的PVA-g-AN共聚物膜和對比例2的P(AN-co-MMA)共聚物膜進行DSC分析。實施例1的PVA-g-AN共聚物膜和對比例2的P(AN-co-MMA)共聚物膜的DSC結(jié)果分別示于圖5和6中。參考圖5和6，基于在約150℃或更低的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)處的吸熱峰圖案，發(fā)現(xiàn)獲得目標共聚物。評價實施例3：阻抗測量分別使用根據(jù)實施例1制備的負極和根據(jù)對比例1準備的鋰金屬薄膜以及電解質(zhì)制造Li/Li對稱單元電池A和B。使用包括在體積比為約6:4的碳酸二乙酯和碳酸氟代亞乙酯的混合溶劑中的1.3MLiPF6溶液的電解質(zhì)溶液作為電解質(zhì)。根據(jù)2-探針方法在約25℃下通過使用Solartron1260阻抗/增益相位分析儀以約±10毫伏(mV)的振幅在約0.1赫茲(Hz)-約1兆赫茲(MHz)的頻率范圍內(nèi)對Li/Li對稱單元電池A和B進行阻抗測量。由在自分別使用實施例1的負極和對比例1的鋰金屬薄膜制造Li/Li對稱單元電池A和B69小時、79小時、和84小時之后進行的阻抗測量獲得的奈奎斯特圖示于圖8和9中。在圖8和9中，電解質(zhì)和負極之間的界面電阻(Ri)根據(jù)半圓的位置和尺寸確定。通過分析圖8和9的圖獲得的對稱單元電池A和B的界面電阻示于表1中。表1參考表1以及圖8和9，發(fā)現(xiàn)，與包括對比例1的鋰金屬薄膜的Li/Li對稱單元電池B相比，在包括實施例1的負極的Li/Li對稱單元電池A中，隨著時間的界面電阻增加減小。這些結(jié)果表明，實施例1的負極的保護膜具有改善的界面穩(wěn)定化性能。評價實施例4：拉伸模量和伸長率的測量1)實施例7和對比例5-7使用DMA800(可得自TAInstrumentsCorporation)測量實施例7的PVA-g-AN保護膜和對比例5-7的保護膜的拉伸模量。用于拉伸模量測量的膜試樣是根據(jù)ASTM標準D412(V型試樣)制備的。拉伸模量也稱作楊氏模量。在約25℃、約30％的相對濕度、和5毫米/分鐘(mm/min)的速率下測量所述保護膜各自的相對于應力的應變的變化。結(jié)果示于表2和圖9中。圖9為實施例7中制備的PVA-g-AN膜的應力-應變曲線。表2實施例拉伸模量(MPa)伸長率(％)實施例7250350對比例5469<20對比例6574<6對比例7115.2<20參考表2和圖9，發(fā)現(xiàn)，實施例7的制備的保護膜具有降低的硬度和增加的韌性，其中拉伸模量為約250兆帕(MPa)。確保實施例7的保護膜具有約350％的伸長率，這歸因于聚合物的基本物理性質(zhì)，而不歸因于包括鋰鹽。參考表3，盡管對比例5和7的保護膜具有高度的拉伸模量，但是它們以小于20％的伸長率由于小的應變水平而呈現(xiàn)出脆性特性。然而，實施例1的保護膜在拉伸模量和伸長率兩方面都是令人滿意的，且結(jié)果具有改善的韌性。韌性指的是材料的不被外力損壞且對于強的沖擊是耐久的特性。2)實施例7和對比例2使用DMA800(可得自TAInstrumentsCorporation)測量實施例7的PVA-g-AN保護膜和對比例2的P(AN-co-MMA)保護膜的拉伸模量。用于拉伸模量測量的膜試樣是根據(jù)ASTM標準D412(V型試樣)制備的。拉伸模量也稱作楊氏模量。在約25℃、約30％的相對濕度、和5mm/min的速率下測量所述保護膜各自的相對于應力的應變的變化。結(jié)果示于表3和圖10中。表3參考表3和圖10，發(fā)現(xiàn)，與對比例2的保護膜相比，實施例7的保護膜具有小的拉伸模量但由于高的伸長率而具有增加的韌性。評價實施例4：充電/放電特性(容量保持率)1)實施例4和對比例3將實施例4和對比例3的鋰金屬電池各自在室溫(25℃)下以0.5C倍率的恒定電流在約3.0伏(V)-約4.4V(相對于Li)的電壓范圍內(nèi)充電直到約4.4V的截止電壓，和然后以4.4V的恒定電壓充電至0.1C的電流，然后以0.5C的恒定電流放電至3.0V的截止電壓。重復進行該充電和放電循環(huán)60次。使用方程1和2計算在第60次循環(huán)時的充電/放電效率和容量保持率：方程1充電/放電效率＝{(在第60次循環(huán)時的放電容量)/(在第60次循環(huán)時的充電容量)}×100方程2容量保持率＝{(在第60次循環(huán)時的放電容量)/(在第1次循環(huán)時的放電容量)}×100評價實施例4和對比例3的鋰金屬電池的容量保持率和充電/放電效率特性的結(jié)果示于表4以及圖11和12中。在圖11和12中，“PVA-g-AN”和“裸的Li”分別表示實施例4和對比例3的鋰金屬電池。表4實施例在第60次循環(huán)時的容量保持率(％)充電/放電效率(％)實施例490.299.7對比例364.998由表4以及圖11和12發(fā)現(xiàn)，與對比例3的鋰金屬電池相比，實施例4的鋰金屬電池具有改善的容量保持率。如圖12中所示，在30次循環(huán)之后，對比例3的鋰金屬電池的充電/放電效率快速降低，而實施例4的鋰金屬電池具有99％或更大的充電/放電效率，其保持直至第60次循環(huán)。2)對比例3和對比例4以與如上所述相同的方式對對比例3和4的鋰金屬電池重復進行充電/放電過程100次。測量對比例3和4的鋰金屬電池的放電容量和充電/放電效率的變化，且結(jié)果分別示于圖13和14中。在圖13和14中，“裸的Li”和“P(AN-MMA)”分別表示對比例3和對比例4的鋰金屬電池。如圖13和14中所示，與對比例3的鋰金屬電池相比，對比例4的鋰金屬電池呈現(xiàn)出改善的容量保持率。然而，在30次循環(huán)之后，對比例3和4的鋰金屬電池兩者都呈現(xiàn)出快速降低的充電/放電效率。應理解，本文中描述的示例性實施方式應僅在描述的意義上考慮且不用于限制的目的。各示例性實施方式中的特征或方面的描述應典型地被認為可用于其它示例性實施方式中的其它類似特征或方面。盡管已經(jīng)參照附圖描述了一個或多個示例性實施方式，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，在不背離如由所附權(quán)利要求所定義的本公開內(nèi)容的精神和范圍的情況下，可在其中進行形式和細節(jié)方面的多種變化。當前第1頁1 2 3