一种固态电解质及其制作方法与全固态锂电池技术

本发明专利技术涉及一种固态电解质，其包括一基体，该基体为石榴石型快离子导体Li7M3Zr2O12或者Li5Ta3M2O12，其中M为La，Al，Sr，Sc，Cr，Ba，Fe，Mo，Y中的一种或几种，在该基体表面包覆有可发生塑性形变的表面修饰层，该表面修饰层为非晶态硅酸锂、硫酸锂、或者钨酸锂中的一种。本发明专利技术还涉及一种固态电解质的制备方法。本发明专利技术的固态电解质由于非晶态的硅酸锂、硫酸锂、钨酸锂较柔软、可发生塑性形变、离子电导率高，能够与石榴石型快离子导体充分的进行面接触，有助于改善固态电解质晶粒之间及电极/固态电解质界面，因此，具有较低的界面阻抗及晶粒电阻，实现耐久性和循环性能得到明显提高。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种固态电解质，其包括一基体，该基体为石榴石型快离子导体Li7M3Zr2O12或者Li5Ta3M2O12，其中M为La，Al，Sr，Sc，Cr，Ba，Fe，Mo，Y中的一种或几种，在该基体表面包覆有可发生塑性形变的表面修饰层，该表面修饰层为非晶态硅酸锂、硫酸锂、或者钨酸锂中的一种。本专利技术还涉及一种固态电解质的制备方法。本专利技术的固态电解质由于非晶态的硅酸锂、硫酸锂、钨酸锂较柔软、可发生塑性形变、离子电导率高，能够与石榴石型快离子导体充分的进行面接触，有助于改善固态电解质晶粒之间及电极/固态电解质界面，因此，具有较低的界面阻抗及晶粒电阻，实现耐久性和循环性能得到明显提高。【专利说明】—种固态电解质及其制作方法与全固态锂电池
本专利技术涉及一种固态电解质及含有此固态电解质的全固态锂电池，具体涉及一种具有良好的界面接触和稳定性的固态电解质及含有此固态电解质的全固态锂二次电池。
技术介绍
目前中小型汽车的主要动力来源是靠燃烧汽油，然而随着石油资源的枯竭和环境的日益恶化，人们迫切需要找到一种绿色能源进行替代。在目前较多的能源替代品种，锂离子电池以较高的能量密度、良好的循环性能、无记忆效应等特点逐步进入人们的视线，并成为近几年来研究者们关注的焦点。然而现在市售的锂二次电池由于使用易燃易爆的有机碳酸酯类电解液作为有机电解质溶液，这导致电解质泄漏和由此引发的电池爆炸、火灾时有发生。要提高锂电池的安全性，最有效的方法就是不使用易燃易爆的有机碳酸酯类电解液，采用不燃的全固态电解质，既实现了电池安全装置的简化，又使得制造成本大幅降低。氧化物固态电解质具有良好的离子导电性。例如:非专利文献(RamaswamyMurugan et al 等，“Fast lithium ion conduction in garnet_TypeLi7La3Zr2012，，，Angew.Chem.1nt.Ed.，2007，46，7778-7781)公开了一种石榴石型氧化物固态电解质，其中Li7La3Zr2O12的锂离子导电率较高，可以提高电池的输出功率。然而，由于石榴石型氧化物固态电解质粒子较硬，因而粒子与粒子之间只能发生点接触，存在晶粒之间电阻较大的问题。此外，对全固态电池而言，其中固态电解质与电极之间的界面接触状态极大影响电池的性能。如固态电解质与电极间的接触状态较差，不仅增大了固态电解质与电极之间的接触电阻最终导致电池内阻增大，而且锂离子无法以理想的状态在固态电解质与电极之间穿梭迁移，降低电池的容量，因此，具有较低的耐久性和较高的界面电阻。日本专利文献(JP-A-2008-270137)公开了一种通过对无机固态电解质材料和活性层材料混合物进行加压模塑制备复合电极材料层。此外，该日本专利文献公开了一种不低于玻璃化转变温度的条件下对加压模塑复合材料进行退火处理。这种方法工艺条件复杂，设备费用高昂，不利于成本的降低和工业化应用。在非专利文献(TaroInada等,“All solid-state sheet battery using lithiuminorganic solid electrolyte, thio-LISICON Journal of Power Sources,194 (2009)1085 - 1088 一文中，公开使用Li3.25GeQ.25Pa75S4固体电解质表面包覆硅酮(Silicone)，可使硅酮填充到固体电解质的孔隙中去，在加热加压形成层状物，从而增加电解质与正负极的接触致密性，降低界面电阻。这种方法制备的电池的循环性能不佳，同时需要对电池进行高压、高温退火处理，工艺条件 复杂，难以控制。因此，有必要提供一种可以有效降低固固界面阻抗和晶粒间电阻、制造简便、性能可靠的新型结构的全固态锂电池，已成为该领域科研人员急需开发的课题之一。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种界面进过修饰和改性的固态电解质及其制备方法与全固态锂离子电池。解决本专利技术的技术问题所采取的一技术方案是:提供一种固态电解质，其包括一基体，所述基体为石槽石型快离子导体Li7M3Zr2O12或者Li5Ta3M2O12,其中M为La, Al, Sr, Sc,Cr,Ba,Fe，Mo，Y中的一种或几种，在所述基体表面包覆有可发生塑性形变的表面修饰层，所述表面修饰层为非晶态硅酸锂、硫酸锂、或者钨酸锂中的一种。解决本专利技术的技术问题所采取的另一技术方案是:提供一种固态电解质的制备方法，该制作方法包括如下步骤:步骤一:提供一种基体，所述基体为石榴石型快离子导体Li具Zr2O12或者Li5Ta具O12，其中 M 为 La，Al，Sr, Sc，Cr, Ba，Fe，Mo，Y 中的一种或几种；步骤二:通过射频磁控溅射、脉冲激光沉积、电子束蒸发方法中的一种方法在所述基体表面包覆一层表面修饰层，所述表面修饰层为非晶态硅酸锂、硫酸锂、或者钨酸锂中的一种。解决本专利技术的技术问题所采取的又一技术方案是:提供一种全固态锂电池，包含有正极、负极以及设置在所述正极和负极之间的固态电解质，所述固态电解质为以上所述的固态电解质，或者所述固态电解质是由以上所述制备方法制备出的固态电解质。与现有技术相比，本专利技术的固态电解质能有效解决粒子与粒子之间只发生点接触，晶粒之间电阻较大的问题。这是由于非晶态的硅酸锂、硫酸锂、钨酸锂较柔软、可发生塑性形变、离子电导率高，能够与石榴石型快离子导体充分的进行面接触，有助于改善固态电解质晶粒之间及电极/固态电解质界面，因此，具有较低的界面阻抗及晶粒电阻，实现耐久性和循环性能得到明显提高。【专利附图】【附图说明】下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中:图1为现有的Li7La3Zr2O12快离子导体的晶体结构的示意图；图2为本专利技术全固态锂电池中的一种固态电解质的结构示意图；图3为本专利技术全固态锂电池的基本结构的截面示意图。【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。本专利技术涉及的一种固态电解质，其包括一基体，所述基体为石榴石型快离子导体Li7M3Zr2O12或者Li5Ta3M2O12,该Li7La3Zr2O12快离子导体的晶体结构的示意图如图1所示。其中，M为La，Al，Sr，Sc，Cr，Ba, Fe，Mo，Y中的一种或几种，在所述基体表面包覆有可发生塑性形变的表面修饰层，所述表面修饰层为非晶态硅酸锂、硫酸锂、或者钨酸锂中的一种。有选为硅酸锂。其中，所述石榴石型快离子导体Li具Zr2O12或者Li5Ta具O12的颗粒尺寸大小为0.5 um~5 μ m。所述表面修饰层与基体的体积比为2%~50%:50%~98%。所述硅酸锂为Li2Si03、Li4SiO4, Li8SiO6, Li2Si205、Li6Si2O7 或 Li2Si5O11 的一种或几种。所述表面修饰层的厚度为0.lnm~500nm,优选地，为0.1nnTlOOnm,更优选地，为0.1nm到50nm。参考图2，本专利技术还涉及一种固态电解质的制备方法，该制作方法包括如下步骤:步骤一:提供一种基体10，所述基体为石榴石型快离子导本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固态电解质，其包括一基体，所述基体为石榴石型快离子导体Li7M3Zr2O12或者Li5Ta3M2O12，其中M为La，Al，Sr，Sc，Cr，Ba，Fe，Mo，Y中的一种或几种，其特征在于，在所述基体表面包覆有可发生塑性形变的表面修饰层，所述表面修饰层为非晶态硅酸锂、硫酸锂、或者钨酸锂中的一种。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：裴佳宁，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44