一种全氧化物固态锂电池结构制造技术

本实用新型专利技术涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种全氧化物固态锂电池结构。包括正极结构、负极结构和设置在两者之间的固态电解质层，正极结构面向固态电解质层的一侧形成有正极修饰层；所述固态电解质层包括锂的氧化物；所述负极结构包括钛酸锂(Li4Ti5O12)活性材料，所述负极结构面向固态电解质层的一侧形成有负极修饰层。由于氧化物本身具有的优异稳定性，所述氧化物正极活性材料、含锂氧化物电解质及Li4Ti5O12负极活性材料的组合使用，拓宽了锂电池工作的温度范围，且高温下固态电解质中锂离子传输速率提升，增强了锂电池高温下的倍率性能，此外，正极修饰层和负极修饰层的形成很好的减小界面阻抗，增强导电离子的传导性能，提高电池的导电性能。

A solid state lithium battery structure

The utility model relates to the technical field of lithium batteries, in particular to a solid oxide lithium battery structure. The positive electrode structure is composed of the positive electrode structure, the negative electrode structure and the solid electrolyte layer set between the two. The positive electrode structure is formed on the side of the solid electrolyte layer, and the solid electrolyte layer includes the lithium oxide; the negative electrode structure includes lithium titanate (Li4Ti5O12) active material, and the negative electrode structure is oriented to the solid electrolyte. A negative layer of modification is formed on one side of the layer. Due to the excellent stability of the oxide itself, the combined use of the oxide positive active material, lithium oxide electrolyte and Li4Ti5O12 negative electrode widened the temperature range of the lithium battery, and the transmission rate of lithium ion in the solid electrolyte at high temperature increased and the multiplier of the lithium battery was enhanced at high temperature. In addition, the formation of the modified layer and the negative electrode layer can reduce the interface impedance, enhance the conductivity of the conductive ion and improve the electrical conductivity of the battery.

【技术实现步骤摘要】
一种全氧化物固态锂电池结构
本技术涉及锂电池
，尤其涉及一种氧化物基全固态锂电池结构。
技术介绍
上世纪90年代SONY公司开发第一代商用锂电池以来，由于锂电池具有高能量密度和输出工作电压的优点，被广泛用于数码电子产品、电动汽车及大规模储能等方面。使用有机电解液的传统锂电池在过充、短路等状态下，存在起火爆炸的问题，此外，当工作环境温度高于60℃的时候，传统锂电池中SEI膜及电解液会发生分解反应，造成电池性能下降，更严重的会出现电池爆炸的现象，将有机电解液替换为固态电解质将彻底解决这一问题。氧化物固态电解质(钙钛矿型、石榴石型、NASICON型等)具有离子电导率高(≥0.1mS/cm)、不易被氧化、无毒、热力学稳定、电化学稳定等优势，且不易被氧化，被认为是新一代全固态锂电池固态电解质的首选。但是在全固态电池制备的过程中形成的固态电解质与电极界面上，两个不同组成的固相结合造成离子种类和浓度的突变，微观结构的不同造成离子通道不连续，造成电池传输阻抗偏大，是影响全固态电池性能的关键问题。因此，如何改善含锂氧化物正极与氧化物固态电解质界面及氧化物固态电解质与含锂氧化物负极界面将是解决固态锂电池能量密度低、循环稳定性差的关键。
技术实现思路
为克服目前固态锂电池界面之间阻抗大，造成导电性能不高的问题，本技术提供一种能很好的改善界面阻抗，提高导电性能的全氧化物固态锂电池结构。本技术为了解决上述技术问题，提供一技术方案：一种全氧化物固态锂电池结构，包括正极结构、负极结构和设置在两者之间的固态电解质层，所述正极结构包括氧化物活性材料，所述正极结构面向固态电解质层的一侧形成有正极修饰层；所述固态电解质层包括锂的氧化物；所述负极结构包括Li4Ti5O12活性材料，所述负极结构面向固态电解质层的一侧形成有负极修饰层。优选地，所述正极修饰层包括LiF、LiCl、LiOH、Li2CO3、LiTaO3、LiNbO3、Li2SiO3、Li3PO4、NASICON型Li1+yAyTi2-x-yMx(PO4)3、反钙钛矿型Li3OX、Li2OHX、Li4Ti5O12锂化合物中的任一种，其中Li1+yAyTi2-x-yMx(PO4)3中：0≤x＜2,0≤y≤2和0≤x+y≤2，A为Al、Ga、In、Sc或Y，M为Ge、Zr或Hf；Li3OX中：X为Cl、F、Br或I；Li2OHX中：X为Cl、F、Br或I。优选地，所述负极修饰层包括LiX、Li3N、Li3P、Li2A、NASICON型Li1+yAyTi2-x-yMx(PO4)3、钙钛矿型La2/3-xLi3xTiO3、石榴石型Li7+yLa3Zr2-x-yMxAyO12、反钙钛矿型Li3OX、Li2CO3锂化合物中的任一种，其中LiX中：X为Cl、F、Br或I；Li2A中：A为O或Se；Li1+yAyTi2-x-yMx(PO4)3中：0≤x＜2,0≤y≤2和0≤x+y≤2，A为Al、Ga、In、Sc或Y，M为Ge、Zr或Hf；La2/3-xLi3xTiO3中：0.05＜x＜0.167；Li7+yLa3Zr2-x-yMxAyO12中：0≤x＜2,0≤y≤2和0≤x+y≤2，A为Al、Ga、In、Sc或Y，M为Ge、Zr或Hf；Li3OX中：X为Cl、F、Br或I。优选地，所述正极结构包括的氧化物活性材料为钴酸锂、LiNixCoyMn1-x-yO2、LiNixCoyAl1-x-yO2、LiMn2O4、富锂锰材料、CuO、NiO、Bi2O3、CoO、FeO、Fe2O3、Mn2O3及其衍生物中的一种，其中LiNixCoyMn1-x-yO2中：0≤x＜1,0≤y≤1和0＜x+y＜1；LiNixCoyAl1-x-yO2中：0≤x＜1,0≤y≤1和0＜x+y＜1。优选地，所述正极修饰层和负极修饰层的厚度为10-200nm。优选地，所述正极修饰层和负极修饰层的厚度优选为60nm。优选地，所述正极结构包括正极集流体和形成在所述正极集流体之上的正极薄膜层，所述正极薄膜层包括氧化物活性材料。优选地，所述正极薄膜层的厚度为0.5-5um。优选地，所述负极结构包括负极集流体和形成在所述正极集流体之上的负极薄膜层，所述负极薄膜层包括负极活性材料钛酸锂(Li4Ti5O12)。优选地，负极集流体选自Pt、Au、Cu、Ag、Mo、Ni、不锈钢金属材料中的任意一种。与现有技术相比，所述负极结构包括所述负极结构包括Li4Ti5O12活性材料，钛酸锂结构稳定，在充放电的过程中，体积几乎不发生变化，具有优异的循环性能；同时，其离子扩散速率高，比碳负极高一个数量级，可以快速充电，因此，使用钛酸锂作为负极材料能大幅度提高锂电池的安全性、快充性能和使用寿命。同时，由于氧化物本身具有的优异稳定性，所述氧化物正极活性材料、含锂氧化物电解质及Li4Ti5O12负极活性材料的组合使用，使得所述全氧化物固态锂电池在高温工作环境中仍能较长时间的维持其结构稳定性，如其工作环境温度区间可为60℃-300℃，甚至能在温度高于300℃以上的温度环境下稳定工作，且高温下锂离子传输的动力学受到增益，其电池倍率性能显著提升；此外，所述正极结构面向固态电解质层的一侧形成有正极修饰层，所述负极结构面向固态电解质层的一侧形成有负极修饰层，正极修饰层和负极修饰层的设置很好的减小正极结构和固态电解质层之间及负极结构和固态电解质层之间的界面阻抗，增强导电离子的传导性能，提高电池的导电性能。所述正极修饰层包括Li2CO3、LiTaO3、LiNbO3、Li2SiO3、Li3PO4、LiF、LiCl、LiOH、NASICON型Li1+yAyTi2-x-yMx(PO4)3(0≤x≤2,0≤y≤2和0≤x+y≤2，A＝Al、Ga、In、Sc、Y，M＝Ge、Zr、Hf等)、反钙钛矿型Li3OX(X＝Cl、F、Br、I等)、Li2OHX(X＝Cl、F、Br、I等)、Li4Ti5O12等锂化合物中的任一种。正极修饰层包括所述锂化合物，使得正极修饰层具有良好的离子传导性能，保证导电离子在正极结构和固态电解质层之间的正常传导。所述负极修饰层包括LiX(X＝Cl、F、Br、I等)、Li3N、Li3P、Li2A(A＝O、Se等)、NASICON型Li1+yAyTi2-x-yMx(PO4)3(0≤x≤2,0≤y≤2和0≤x+y≤2，A＝Al、Ga、In、Sc、Y，M＝Ge、Zr、Hf等)、钙钛矿型La2/3-xLi3xTiO3(0.05＜x＜0.167)、石榴石型Li7+yLa3Zr2-x-yMxAyO12(0≤x＜2,0≤y≤2和0≤x+y≤2，A＝Al、Ga、In、Sc、Y，M＝Ge、Zr、Hf等)、反钙钛矿型Li3OX(X＝Cl、F、Br、I等)、Li2CO3等锂化合物中的任一种。负极修饰层包括所述锂化合物，使得负极修饰层具有良好的离子传导性能，保证导电离子在负极结构和固态电解质层之间的正常传导。所述正极修饰层和负极修饰层的厚度为10-200nm，能很好的起到过渡修饰作用，缓解由于正极结构和固态电解质层及负极结构和固态电解质层之间的界面成分的差异造成的界面阻抗，很好的保证导电离子的传输性能。【附图说明】图1是本技术中全氧化物固态锂电池结构的整体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全氧化物固态锂电池结构，其特征在于：包括正极结构、负极结构和设置在两者之间的固态电解质层，所述正极结构包括氧化物活性材料，所述正极结构面向固态电解质层的一侧形成有正极修饰层；所述固态电解质层包括锂的氧化物；所述负极结构包括Li4Ti5O12活性材料，所述负极结构面向固态电解质层的一侧形成有负极修饰层。

【技术特征摘要】
1.一种全氧化物固态锂电池结构，其特征在于：包括正极结构、负极结构和设置在两者之间的固态电解质层，所述正极结构包括氧化物活性材料，所述正极结构面向固态电解质层的一侧形成有正极修饰层；所述固态电解质层包括锂的氧化物；所述负极结构包括Li4Ti5O12活性材料，所述负极结构面向固态电解质层的一侧形成有负极修饰层。2.如权利要求1所述的全氧化物固态锂电池结构，其特征在于：所述正极修饰层包括LiF、LiCl、LiOH、Li2CO3、LiTaO3、LiNbO3、Li2SiO3、Li3PO4、NASICON型Li1+yAyTi2-x-yMx(PO4)3、反钙钛矿型Li3OX、Li2OHX、Li4Ti5O12锂化合物中的任一种，其中Li1+yAyTi2-x-yMx(PO4)3中：0≤x＜2,0≤y≤2和0≤x+y≤2，A为Al、Ga、In、Sc或Y，M为Ge、Zr或Hf；Li3OX中：X为Cl、F、Br或I；Li2OHX中：X为Cl、F、Br或I。3.如权利要求1所述的全氧化物固态锂电池结构，其特征在于：所述负极修饰层包括LiX、Li3N、Li3P、Li2A、NASICON型Li1+yAyTi2-x-yMx(PO4)3、钙钛矿型La2/3-xLi3xTiO3、石榴石型Li7+yLa3Zr2-x-yMxAyO12、反钙钛矿型Li3OX、Li2CO3锂化合物中的任一种，其中LiX中：X为Cl、F、Br或I；Li2A中：A为O或Se；Li1+yAyTi2-x-yMx(PO4)3中：0≤x＜2,0≤y≤2和0≤x+y≤2，A为Al、Ga、In、Sc或Y，M为Ge、Zr或Hf；La2/3-xLi3xTiO3中：0.05＜x＜0...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓琨，
申请(专利权)人：成都亦道科技合伙企业有限合伙，
类型：新型
国别省市：四川,51