降低固态电解质/锂负极界面阻抗的锂片、制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种降低固态电解质/锂负极界面阻抗的锂片的制备方法，包括以下步骤：S1、分别称取小分子固态溶剂和锂盐，备用；其中，小分子固态溶剂和锂盐的质量比为70‑95:5‑30；S2、将S1中称取的小分子固态溶剂溶解在有机溶剂中，在室温下搅拌24h，得到混合溶液，接着将S1中称取的锂盐加入混合溶液中溶解，得到小分子电解质溶液；S3、将S2中得到的小分子电解质溶液涂覆于锂片的表面，然后在一定温度下真空干燥，即得到所述降低固态电解质/锂负极界面阻抗的锂片。本发明专利技术还公开了该锂片在全固态锂电池上的应用，该锂片在全固态锂电池充放电过程中，能够降低固态电解质与锂片之间界面阻抗，改善电池循环性能。

Lithium sheet, preparation method and application for reducing interface impedance of solid electrolyte/lithium negative electrode

The invention discloses a preparation method of lithium sheet for reducing the interface impedance of solid electrolyte/lithium negative electrode, which includes the following steps: S1, small molecule solid solvent and lithium salt are weighed separately for reserve; among them, the mass ratio of small molecule solid solvent and lithium salt is 70 95:5 30; S2, dissolving small molecule solid solvent weighed in S1 in organic solvent, stirring for 24h at room temperature, and obtaining mixing. The lithium salt in S1 is then dissolved in a mixed solution to obtain a small molecule electrolyte solution. In S3, the small molecule electrolyte solution obtained in S2 is coated on the surface of the lithium sheet, and then dried in vacuum at a certain temperature to obtain the lithium sheet which reduces the interface impedance of the solid electrolyte/lithium negative electrode. The invention also discloses the application of the lithium sheet in all-solid-state lithium batteries. The lithium sheet can reduce the interface impedance between the solid-state electrolyte and the lithium sheet during the charging and discharging process of the all-solid-state lithium batteries and improve the cycle performance of the batteries.

【技术实现步骤摘要】
降低固态电解质/锂负极界面阻抗的锂片、制备方法及应用
本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种降低固态电解质/锂负极界面阻抗的锂片、制备方法及应用。
技术介绍
锂金属作为一种具有高比容量(3861mAh/g)和低电极电势(-3.04VvsSHE)的材料，其作为电池负极材料，可显著提升电池的能量密度，但电池在充放电过程中锂枝晶的生长会刺穿隔膜，造成电池短路，带来安全隐患。而固态电解质优异的机械性能可以保护电池防止锂枝晶刺穿，这就为锂金属在固态电池中的应用提供了可能性。然而，全固态锂电池在充放电过程中，锂金属与固态电解质之间的物理固-固接触会产生极大的界面阻抗，对电池的性能产生很大的影响。近年来，研究者们尝试了多种方法，试图降低无机固态电解质和锂金属负极之间的界面阻抗。常用的方法有电解质表面修饰、金属锂表面修饰和增加聚合物薄膜三种途径，如通过引入聚合物缓冲层构造双层电解质结构，构造Liy-M(M＝Sn，Si，Ge)合金负极，或通过PECVD、磁控溅射、ALD等技术于电解质表面沉积一层功能层以降低无机固态电解质和锂金属负极之间的界面阻抗，然而这些修饰方法或操作条件要求高，又或是会影响电池的能量密度。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种降低固态电解质/锂负极界面阻抗的锂片、制备方法及应用。本专利技术的第一个目的是提供一种降低固态电解质/锂负极界面阻抗的锂片的制备方法，包括以下步骤：S1、分别称取小分子固态溶剂和锂盐，备用；其中，小分子固态溶剂和锂盐的质量比为70-95:5-30；S2、在充满氩气的手套箱中，将S1中称取的小分子固态溶剂溶解在有机溶剂中，在室温下搅拌24h，得到混合溶液，接着将S1中称取的锂盐加入混合溶液中溶解并搅拌均匀，得到小分子电解质溶液；S3、将S2中得到的小分子电解质溶液涂覆于锂片的表面，然后在一定温度下真空干燥，即得到所述降低固态电解质/锂负极界面阻抗的锂片；其中，S1步骤和S2步骤的操作过程均在充满氩气的手套箱中进行。优选的，在S2中，混合溶液的浓度为0.5-2.0mol/L。优选的，在S1中，小分子固态溶剂为三氟甲基磺酸亚胺盐、二腈胺盐、六氟磷酸盐、四氟硼酸盐、N，N-二乙基-N-甲基-N-(正丙基)铵三氟甲基三氟硼酸盐(N1223[CF3BF3])、丁二腈、邻苯二甲腈中的一种。优选的，在S1中，锂盐为无机锂盐、有机锂盐中的一种或两种。优选的，无机锂盐为高氯酸锂、四氟硼酸锂、六氟磷酸锂、三氟甲磺酸锂、硝酸锂中的一种。优选的，有机锂盐为二(三氟甲基磺酰)亚胺锂、二草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂中的一种。优选的，在步骤S2中，有机溶剂为无水乙腈、四氢呋喃、1,3-二氧戊环、1,2二甲氧基乙烷、碳酸丙烯酯中的一种或两种以上组合。优选的，在步骤S3中，小分子电解质溶液涂覆采用旋涂、喷涂或刮涂的方法进行。本专利技术的第二个目的是提供一种上述制备方法制备得到的降低固态电解质/锂负极界面阻抗的锂片。本专利技术的第三个目的是提供一种上述降低固态电解质/锂负极界面阻抗的锂片在全固态锂电池上的应用。与现有技术相比，本专利技术具有的优点和积极效果是：本专利技术利用旋涂、喷涂或刮涂法在锂片负极表面涂敷一层具有粘结性的小分子电解质层制备得到降低固态电解质/锂负极界面阻抗的锂片，有利于保护锂金属负极本身，而且制备得到的锂片不仅能够与无机固态电解质形成紧密接触，还不会影响无机固态电解质电化学窗口、离子电导率等性质，且通过将该锂片应用在全固态电池中，能够有效降低固态电解质/锂负极界面阻抗，相比利用PECVD、磁控溅射、ALD等技术降低固态电解质/锂负极界面阻抗来讲，实验操作条件要求较低，可极大地简化全固态电池构建过程，降低固态电解质与Li片之间界面阻抗，改善电池循环性能。附图说明图1为小分子电解质缓冲层处理锂片表面前后阻抗对比图；图2为小分子电解质缓冲层处理锂片表面前后Li//Li对称电池极化曲线对比图；图3为全固态电池在0.1C电流密度下的电化学循环性能图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。实施例1一种降低固态电解质/锂负极界面阻抗的锂片的制备方法，具体包括以下步骤：S1、分别称取邻苯二甲腈和高氯酸锂，备用；其中，邻苯二甲腈和高氯酸锂的质量比为70:30；S2、将S1中称取的邻苯二甲腈溶解在四氢呋喃溶液中，在室温下搅拌24h，得到浓度为0.5mol/L的混合溶液，接着将S1中称取的高氯酸锂加入混合溶液中溶解并搅拌均匀，得到小分子电解质溶液；S3、将S2中得到的小分子电解质溶液通过旋涂法涂覆于锂片的单侧表面(具体操作步骤是将直径为15mm的锂片固定在旋涂仪台面，以转速800r/min启动旋涂仪。通过移液枪吸取40uLS2中得到的小分子电解质溶液，缓慢滴到锂片中心)，然后在40℃下真空干燥，即得到所述降低固态电解质/锂负极界面阻抗的锂片；其中，S1步骤和S2步骤的操作过程均在充满氩气的手套箱中进行。实施例2一种降低固态电解质/锂负极界面阻抗的锂片的制备方法，具体包括以下步骤：S1、分别称取邻苯二甲腈和六氟磷酸锂，备用；其中，邻苯二甲腈和六氟磷酸锂的质量比为70:30；S2、将S1中称取的邻苯二甲腈溶解在四氢呋喃溶液中，在室温下搅拌24h，得到浓度为1.0mol/L的混合溶液，接着将S1中称取的六氟磷酸锂加入混合溶液中溶解并搅拌均匀，得到小分子电解质溶液；S3、将S2中得到的小分子电解质溶液通过喷涂法涂覆于锂片的单侧表面(具体操作步骤是将10mLS2中得到的小分子电解质溶液装入喷涂机中，对着边长为5cm的锂片，以一定速率喷涂一侧，直到分散液喷涂完毕)，然后在40℃下真空干燥，并冲压为15mm规格，即得到所述降低固态电解质/锂负极界面阻抗的锂片；其中，S1步骤和S2步骤的操作过程均在充满氩气的手套箱中进行。实施例3一种降低固态电解质/锂负极界面阻抗的锂片的制备方法，具体包括以下步骤：S1、分别称取邻苯二甲腈和二(三氟甲基磺酰)亚胺锂，备用；其中，邻苯二甲腈和二(三氟甲基磺酰)亚胺锂的质量比为70:30；S2、将S1中称取的邻苯二甲腈溶解在四氢呋喃溶液中，在室温下搅拌24h，得到浓度为2.0mol/L的混合溶液，接着将S1中称取的二(三氟甲基磺酰)亚胺锂加入混合溶液中溶解并搅拌均匀，得到小分子电解质溶液；S3、将S2中得到的小分子电解质溶液通过刮涂法涂覆于锂片的单侧表面(具体操作步骤是将5mLS2中得到的小分子电解质溶液，以刮刀50μm高度面涂敷在锂片一侧)，然后在40℃下真空干燥，并冲压为15mm规格，即得到所述降低固态电解质/锂负极界面阻抗的锂片；其中，S1步骤和S2步骤的操作过程均在充满氩气的手套箱中进行。实施例4一种降低固态电解质/锂负极界面阻抗的锂片的制备方法，具体包括以下步骤：S1、分别称取邻苯二甲腈和二氟草酸硼酸锂，备用；其中，邻苯二甲腈和二氟草酸硼酸锂的质量比为80:20；S2、将S1中称取的邻苯二甲腈溶解在四氢呋喃溶液中，在室温下搅拌24h，得到浓度为1.0m本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种降低固态电解质/锂负极界面阻抗的锂片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、分别称取小分子固态溶剂和锂盐，备用；其中，小分子固态溶剂和锂盐的质量比为70‑95:5‑30；S2、将S1中称取的小分子固态溶剂溶解在有机溶剂中，在室温下搅拌24h，得到混合溶液，接着将S1中称取的锂盐加入混合溶液中溶解并搅拌均匀，得到小分子电解质溶液；S3、将S2中得到的小分子电解质溶液涂覆于锂片的表面，然后真空干燥，即得到所述降低固态电解质/锂负极界面阻抗的锂片；其中，S1步骤和S2步骤的操作过程均在氩气氛围下进行。

【技术特征摘要】
1.一种降低固态电解质/锂负极界面阻抗的锂片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、分别称取小分子固态溶剂和锂盐，备用；其中，小分子固态溶剂和锂盐的质量比为70-95:5-30；S2、将S1中称取的小分子固态溶剂溶解在有机溶剂中，在室温下搅拌24h，得到混合溶液，接着将S1中称取的锂盐加入混合溶液中溶解并搅拌均匀，得到小分子电解质溶液；S3、将S2中得到的小分子电解质溶液涂覆于锂片的表面，然后真空干燥，即得到所述降低固态电解质/锂负极界面阻抗的锂片；其中，S1步骤和S2步骤的操作过程均在氩气氛围下进行。2.根据权利要求1所述的降低固态电解质/锂负极界面阻抗的锂片的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述混合溶液的浓度为0.5-2.0mol/L。3.根据权利要求1所述的降低固态电解质/锂负极界面阻抗的锂片的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述小分子固态溶剂为三氟甲基磺酸亚胺盐、二腈胺盐、六氟磷酸盐、四氟硼酸盐、N，N-二乙基-N-甲基-N-(正丙基)铵三氟甲基三氟硼酸盐、丁二腈、邻苯二甲腈中的一种。4.根据权利要求1所述的降低固态电解质/...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢科予，沈超，侯倩，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61