一种复合负极结构、全固态锂电池电芯、全固态锂电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及锂电池领域，尤其涉及一种复合负极结构、全固态锂电池电芯、全固态锂电池及其制备方法。所述复合负极结构包括一负极层及形成于所述负极层一表面的钝化膜层，所述负极层包括金属网格骨架及通过热压复合于所述金属网格骨架中的锂金属；所述全固态锂电池电芯包括如上所述复合负极结构；所述全固态锂电池包括一个或多个如所述的全固态锂电池电芯，多个全固态锂电池电芯之间串联和/或并联连接；本发明专利技术所提供的上述技术方案所提供的全固态锂电池在充放电过程中具有锂金属负极体积变化小、电沉积均匀的优点，并且可以有效抑制锂枝晶的形成，进而有效的提高全固态锂电池的循环寿命和使用寿命。

A composite negative electrode structure, all solid state lithium battery core, all solid state lithium battery and its preparation method

The invention relates to the field of lithium batteries, in particular to a composite negative electrode structure, an all-solid-state lithium battery battery battery, an all-solid-state lithium battery and a preparation method thereof. The composite negative electrode structure includes a negative layer and a passivation film formed on a surface of the negative electrode layer, which includes a metal grid skeleton and a lithium metal in the metal grid framework by hot pressing. The solid state lithium battery electric core includes the composite negative structure as described above; the solid state lithium battery pack is included. One or more full solid-state lithium battery electric cores are connected in series and / or connected in parallel. All solid-state lithium batteries provided by the present invention have the advantages of small change in volume of lithium metal negative electrode and uniform electrodeposition in the process of charging and discharging, and can be effectively suppressed. The formation of lithium dendrites will effectively improve the cycle life and service life of all solid state lithium batteries.

【技术实现步骤摘要】
一种复合负极结构、全固态锂电池电芯、全固态锂电池及其制备方法
本专利技术涉及锂电池领域，尤其涉及一种复合负极结构全固态锂电池电芯、全固态锂电池及其制备方法。
技术介绍
自上世纪90年度商业化锂电池问世以来，广泛应用于3C产品、电动摩托车、低速电动车以及电动汽车等领域。但是现有锂电池存在界面阻抗大、能量密度低的点；同时，现有锂电池在锂金属负极在充放电过程中体积发生变化较大，进而破坏锂电池结构；同时，现有锂电池在充放电过程中电沉积密度不均匀，进而造成锂枝晶的生长进一步破坏锂电池结构，进而降低锂电池循环性能和使用寿命。
技术实现思路
为克服目前锂电池循环性能差和实用寿命低的缺点，本专利技术提供了一种全固态锂电池电芯、全固态锂电池及其制备方法。本专利技术为解决上述技术问题，提供一技术方案如下：一种复合负极结构，其包括一负极层及形成于所述负极层一表面的钝化膜层，所述负极层包括金属网格骨架及通过热压复合于所述金属网格骨架中的锂金属。优选地，所述钝化膜层包括LiCl和/或LiF薄膜，所述金属网格骨架为Ni和/或Cu合金。本专利技术为解决上述技术问题，提供又一技术方案如下：一种复合负极结构的制备方法，其包括以下步骤：制备含有锂金属和金属网格骨架的负极层；将负极层置于溶液或氟利昂气体中，以在负极层表面形成钝化膜层；其中所述溶液包括碳酸脂类电解液、醚类电解液、锂盐电解液以及亚硫酰氯溶液中的一种或几种。优选地，所述负极层的制备包括，提供一预制金属网格骨架和锂金属或提供一基底，在基底上制备金属网格骨架；在真空下或在Ar气环境下，将金属网格骨架和锂金属加热置170℃-220℃；优选地，所述钝化膜层的制备包括，提供一预制溶液；将所述负极层浸泡于所述溶液中，以使负极层中的锂金属与溶液反应，在负极层与溶液接触面形成LiCl和/或LiF薄膜层。优选地，所述钝化膜层的制备还可为，提供一可密闭的容器，将所述负极层固定于所述容器中；将容器抽取真空，并充入氟利昂气体至0.4atm-3atm；对容器和负极层进行加热至90℃-190℃，使负极层中的锂金属与氟利昂气体反应，进而在负极层表面上形成LiF薄膜层。本专利技术为解决上述技术问题，提供又一技术方案如下：一种全固态锂电池电芯，其包括如上所述复合负极结构。优选地，所述全固态锂电池电芯还包括电解质层、正极修饰层、正极层以及集流体，所述复合负极结构、电解质层、正极修饰层、和正极层依次堆叠设置，所述集流体设置于所述正极层和复合负极结构远离所述电解质层的面上。优选地，所述正极层包括LiNixCoyMzO2，其中，x+y+z＝1，所述x的数值包括0-0.8，所述y的数值包括0-0.4，所述z的数值为1-x-y之差，其中M包括Mn和/或Al金属元素，所述电解质层包括纳米级SiO2和/或Al2O3，所述正极修饰层为硫化物和/或氧化物固态电解质。本专利技术为解决上述技术问题，提供又一技术方案如下：一种全固态锂电池，其包括一个或多个如上所述的全固态锂电池电芯。与现有技术相比，本专利技术所提供的复合负极结构，通过将锂金属热压合与镍和/或铜等金属构成的金属网格骨架中，由于所述镍和/或铜等金属构成的金属网格骨架具有极高的强度，进而有效的减小了锂金属负极在全固态锂电池电芯的充放电过程中的体积变化，以及促进了电芯在反应时的稳定性和均匀性，进而保护了复合负极结构的结构稳定性，提高了循环寿命；本专利技术所述提供的全固态锂电池电芯，通过使用复合负极结构，所述复合负极结构，通过将锂金属热压合与镍和/或铜等金属构成的金属网格骨架中，由于所述镍和/或铜等金属构成的金属网格骨架具有极高的强度，进而有效的减小了锂金属负极在全固态锂电池电芯的充放电过程中的体积变化，以及促进了电芯在反应时的稳定性和均匀性，进而保护了复合负极结构的结构稳定性，提高了循环寿命，延长了全固体锂电池电芯的使用寿命；进一步的，所述全固态电池电芯通过在负极层表面形成钝化膜层，有效地抑制了锂枝晶的形成，同时，也有效地促进了全固态锂电池电芯，在充放电过程中的电沉积均性，进一步抑制了锂枝晶的生长和锂金属负极在充放电过程中的体积变化。同时，所述全固态锂电池电芯通过使用LiNixCoyMzO2正极材料，有效地提供了全固态锂电池电芯的能量密度；通过实用包含纳米填充物包括纳米级SiO2和/或Al2O3等纳米填充物的PEO基聚合物电解质，有效的促进了锂离子在电解质中的传导速率；进一步的，通过在正极层与电解质层之间设置正极修饰层，有效地降低了正极层与电解质层之间的界面电阻。本专利技术中所提供的全固态锂电池，通过使用一个或多个上述的全固态锂电池电芯，使所述全固态锂电池具有能连密度可高达400Wh/kg，同时，所述全固态锂电池在充放电过程中具有负极体积变化小、电池沉积均匀并且可以有效抑制锂枝晶的形成，进而有效的提高全固态锂电池的循环寿命和使用寿命。本专利技术还提供的复合负极结构的制备方法，通过该方法，可以快速制备出所述复合负极结构的负极结构、钝化膜层等结构。本专利技术还提供的全固态锂电池电芯的制备方法，通过该方法，可以快速制备出全固态落锂电池电芯。本专利技术所提供的全固态锂电池制备方法，可以制备包含上述全固态锂电池电芯的全固态锂电池。【附图说明】图1A是本专利技术第一实施例中所提供的一种复合负极结构层结构示意图。图1B是本专利技术中图1A的变化状态示意图。图2A-图2D是本专利技术第二实施例中所提供的复合负极结构制备方法的流程示意图。图3是本专利技术第三实施例中所提供的一种全固态锂电池电芯层结构示意图。图4A是本专利技术第四实施例中所提供的一种全固态锂电池层结构示意图。图4B是本专利技术第四实施例中所提供的一种全固态锂电池封装结构的层结构示意图。图5是本专利技术第八实施例中所提供的一种全固态锂电池电芯制备方法流程示意图。【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实例，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。请参阅图1A和图1B，本专利技术的第一实施例中提供了一种复合负极结构100，其包括负极层101和钝化膜层102，所述钝化膜层102形成于所述负极层101表面上。所述负极层101还包括金属网格骨架1011和锂金属1012，所述锂金属1012通过热压复合于所述金属网格骨架1011中。所述金属网格骨架1011主要有Cu和/或Ni等金属；优选地，所述金属网格骨架1011为Cu。所述钝化膜层102主要包括LiCl和/或LiF薄膜；优选地，所述钝化膜层102为LiF薄膜层。本专利技术的第二实施例中提供了一种复合负极结构的制备方法S100，所述负极结构为本专利技术第一实施例中所提供的负极结构100。具体的，请参阅图2A，所述负极结构的制备方法S100包括：步骤S101：制备含有锂金属和金属网格骨架的负极层；步骤S102：将负极层置于溶液或氟利昂气体中，以使所述负极层中的锂金属与所述溶液或氟利昂气体反应，以在负极层表面形成钝化膜层。请参阅图2B，具体的，所述步骤S101包括：步骤S1011：提供锂金属和一预制Al、Cu或Ni中一种或几种金属网格骨架；步骤S1012：在真空下或在Ar气环境下，将Al、Cu或Ni中一种或几种金属网格骨架和锂金属加热置170℃-220℃；步骤S本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合负极结构，其特征在于：其包括一负极层及形成于所述负极层一表面的钝化膜层，所述负极层包括金属网格骨架及通过热压复合于所述金属网格骨架中的锂金属。

【技术特征摘要】
1.一种复合负极结构，其特征在于：其包括一负极层及形成于所述负极层一表面的钝化膜层，所述负极层包括金属网格骨架及通过热压复合于所述金属网格骨架中的锂金属。2.如权利要求1中所述的复合负极结构，其特征在于：所述钝化膜层包括LiCl和/或LiF薄膜，所述金属网格骨架为Ni和/或Cu合金。3.一种复合负极结构的制备方法，其特征在于：制备含有锂金属和金属网格骨架的负极层；将负极层置于溶液或氟利昂气体中，以在负极层表面形成钝化膜层；其中所述溶液包括碳酸脂类电解液、醚类电解液、锂盐电解液以及亚硫酰氯溶液中的一种或几种。4.如权利要求3中一种复合负极结构的制备方法，其特征在于：所述负极层的制备包括，提供一预制金属网格骨架和锂金属或提供一基底，在基底上制备金属网格骨架；在真空下或在Ar气环境下，将金属网格骨架和锂金属加热置170℃-220℃；待锂金属软化后，将软化的锂金属热压进金属网格骨架中。5.如权利要求3中一种复合负极结构的制备方法，其特征在于：所述钝化膜层的制备包括，提供一预制溶液；将所述负极层浸泡于所述溶液中，以使负极层中的锂金属与溶液反应，在负极层与溶液接触面形成LiCl和/或LiF薄膜层。6.如权利要求3中一种复合负极结...

【专利技术属性】
技术研发人员：向勇，朱焱麟，张晓琨，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51