一种全固态锂电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种全固态锂电池及其制备方法，全固态锂电池包括固态电解质，以及位于所述固态电解质两侧的正极和负极，还包括：第一反钙钛矿层、第二反钙钛矿层；其中，所述第一反钙钛矿层位于所述固态电解质和正极之间，所述第二反钙钛矿层位于所述固态电解质和负极之间，所述固态电解质的组成包括主体材料和反钙钛矿材料。该全固态锂电池由于界面电阻较低，因此循环寿命得到了显著提高。

An all solid state lithium battery and its preparation method

The invention provides an all solid state lithium battery and a preparation method thereof. The all solid state lithium battery comprises a solid electrolyte, a positive pole and a negative pole on both sides of the solid electrolyte, and also comprises a first anti calcium titanium ore layer and a second anti calcium titanium ore layer, wherein the first anti calcium titanium ore layer is located between the solid electrolyte and the positive pole, and the second anti calcium titanium ore layer is located in the solid state Between the electrolyte and the negative electrode, the solid electrolyte comprises a main body material and an anti perovskite material. Due to the low interface resistance, the cycle life of the all solid state lithium battery has been significantly improved.

【技术实现步骤摘要】
一种全固态锂电池及其制备方法
本专利技术涉及一种全固态锂电池及其制备方法，属于锂电池

技术介绍
过去几十年，液态锂离子电池得到了迅猛发展，其能量密度、循环性能、安全性等等都得到了较大的提高，为当代科技的发展，人们生活水平的改善做出了不可磨灭的贡献，并且这种贡献将会越来越普及，越来越大众化，生活化。但不可否认的是，近年来液态锂离子电池的发展相较于之前较为缓慢。人们对于高能量密度、长循环性能，高安全性的追求日益迫切与较为缓慢的锂离子液态电池造成了一种矛盾。为了解决这种矛盾，锂硫电池，钠离子电池，液流电池，半固态电池，全固态锂电池等等技术和产品被相继推出。其中，全固态锂电池相对于传统液态电解质而言，由于是采用固态电解质替代有机液态电解液，具有机械性能强、安全性能好、能量密度高等优点，被认为有望从根本上解决电池安全性问题，成为电动汽车和规模化储能理想的化学电源。相较于液态锂电池，全固态锂电池所表现出的优势已经逐渐被业内接受，并成为关注和研发的重要突破点。但全固态锂电池相较于液态锂离子电池，存在一个较为致命的不足——界面电阻较高，原因在于全固态锂电池的固态电解质与正负极片之间是点对点接触导致界面电阻较大。因此降低全固态锂电池的界面电阻成为了全固态锂电池努力的方向。
技术实现思路
本专利技术提供一种全固态锂电池及其制备方法，该全固态锂电池由于界面电阻较低从而增加了全固态锂电池的循环寿命。本专利技术提供一种全固态锂电池，包括固态电解质，以及位于所述固态电解质两侧的正极和负极，还包括：第一反钙钛矿层、第二反钙钛矿层；其中，所述第一反钙钛矿层位于所述固态电解质和正极之间，所述第二反钙钛矿层位于所述固态电解质和负极之间，所述固态电解质的组成包括主体材料和反钙钛矿材料。如上所述的全固态锂电池，其中，所述第一反钙钛矿层的材料、所述第二反钙钛矿层的材料以及固态电解质中的反钙钛矿材料选自锂基反钙钛矿材料。如上所述的全固态锂电池，其中，所述锂基反钙钛矿材料选自Li3OF、Li3OCl、Li3OBr、Li3OI、Li3OCl0.5Br0.5、Li3OBH4、Li3SBF4、Li3S(BF4)0.5Cl0.5中的一种。如上所述的全固态锂电池，其中，所述第一反钙钛矿层的厚度为30nm-1μm，所述第二反钙钛矿层的厚度为10nm-1μm。如上所述的全固态锂电池，其中，所述主体材料为钙钛矿型、钠超离子导体型、石榴石型中的一种。如上所述的全固态锂电池，其中，所述主体材料选自Li3xLa2/3-xTiO3、Li1+zAlzTi2-z(PO4)3、Li5La3M2O12、Li7La3Zr2O12中的一种；其中，0＜x≤2/3，0＜z≤2，M选自Ta或Nb的一种。如上所述的全固态锂电池，其中，所述反钙钛矿材料在所述固态电解质中的质量含量为0.1-5％。如上所述的全固态锂电池，其中，所述正极包括三元材料、钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、镍酸锂、镍锰酸锂、富锂锰基材料中的一种，所述负极包括金属锂本专利技术还提供一种上述任一所述的全固态锂电池的制备方法，包括以下步骤：将固态电解质的主体材料与反钙钛矿材料混合并碾磨均匀后，压制成固态电解质前体，对所述固态电解质前体进行退火烧结，得到固态电解质；在所述固态电解质的一侧或正极的一侧沉积第一反钙钛矿层；在负极的一侧或固态电解质的另一侧沉积第二反钙钛矿层；将所述正极、固态电解质以及负极进行组装，得到所述全固态锂电池。如上所述的全固态锂电池的制备方法，其中，所述退火烧结中，温度为100-500℃，时间为18-36h。本专利技术的全固态锂电池通过在正极和固态电解质之间设置第一反钙钛矿层，在负极和固态电解质之间设置第二反钙钛矿层，能够显著减低界面电阻，增强材料的循环稳定性；此外，通过在固态电解质中夹杂反钙钛矿材料，能够降低固态电解质之间的本征阻抗。因此，本专利技术的全固态锂电池不仅安全性能良好，其循环寿命能够得到显著提高。本专利技术的全固态锂电池的制备方法工艺简单，通过对反钙钛矿材料、正极、负极以及固态电解质进行有序组合，能够得到安全性能良好、循环寿命较优的全固态锂电池。附图说明图1为本专利技术全固态锂电池的结构示意图；图2为本专利技术全固态锂电池的另一结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术的实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1为本专利技术全固态锂电池的结构示意图，如图1所示，本专利技术的全固态锂电池包括固态电解质1，以及位于固态电解质1两侧的正极2和负极3，还包括：第一反钙钛矿层4、第二反钙钛矿层5；其中，第一反钙钛矿层4位于固态电解质1和正极2之间，第二反钙钛矿层5位于固态电解质1和负极3之间，固态电解质1包括反钙钛矿材料。本专利技术的全固态锂电池中，第一反钙钛矿层4、第二反钙钛矿层5均是由反钙钛矿材料沉积形成的层状，且第一反钙钛矿层4、第二反钙钛矿层5的材料以及固态电解质1中的反钙钛矿材料相同。研究表明：当在正极与固态电解质之间设置第一反钙钛矿层，能够有效降低空间电荷层以及增大正极与固态电解质的接触面积，从而降低正极与固态电解质的界面电阻；当在负极与固态电解质之间设置第二反钙钛矿层，由于第二反钙钛矿层难以被负极的金属锂还原，因此相当于在负极与固态电解质之间形成了有效保护层，有效防止固态电解质被负极金属锂还原，从而提高了电池的循环稳定性。此外，固态电解质中的反钙钛矿材料还能够有效降低固态电解质的本征阻抗，从而进一步提高电池的循环寿命。其中，第一反钙钛矿层可以通过沉积的方式形成于正极与固态电解质之间，第二反钙钛矿层可以通过沉积的方式形成于负极与固态电解质之间。本专利技术的全固态锂电池中的正极和负极可以采用本领域常用的材料。例如，正极材料可以选自三元材料、钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、镍酸锂、镍锰酸锂、富锂锰基材料中的一种；负极材料为锂金属。进一步地，为了确保电池能够高效完成电池充放电时电荷的高效转移，本专利技术的正极和负极还包括集流体。其中，正极包括铝集流体和上述正极材料，具体地，正极材料均匀附着在铝集流体上；负极包括铜集流体和上述负极材料，具体地，锂金属紧密压合在铜集流体的表面。图2为本专利技术全固态锂电池的另一结构示意图。图2中，正极2包括正极材料2a以及铝集流体2b，负极3包括负极材料3a与铜集流体3b。其中，正极2的正极材料2a与第一反钙钛矿层4接触，负极3的负极材料3a与第二反钙钛矿层5接触，而铝集流体2b与铜集流体3b分别位于全固态锂电池的上下表面的两侧。在一种实施方式中，本专利技术的第一反钙钛矿层、第二反钙钛矿层以固态电解质中的反钙钛矿材料可以为锂基反钙钛矿材料。示例性地，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全固态锂电池，包括固态电解质，以及位于所述固态电解质两侧的正极和负极，其特征在于，还包括：第一反钙钛矿层、第二反钙钛矿层；/n其中，所述第一反钙钛矿层位于所述固态电解质和正极之间，所述第二反钙钛矿层位于所述固态电解质和负极之间，所述固态电解质的组成包括主体材料和反钙钛矿材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种全固态锂电池，包括固态电解质，以及位于所述固态电解质两侧的正极和负极，其特征在于，还包括：第一反钙钛矿层、第二反钙钛矿层；
其中，所述第一反钙钛矿层位于所述固态电解质和正极之间，所述第二反钙钛矿层位于所述固态电解质和负极之间，所述固态电解质的组成包括主体材料和反钙钛矿材料。


2.根据权利要求1所述的全固态锂电池，其特征在于，所述第一反钙钛矿层的材料、所述第二反钙钛矿层的材料以及固态电解质中的反钙钛矿材料选自锂基反钙钛矿材料。


3.根据权利要求2所述的全固态锂电池，其特征在于，所述锂基反钙钛矿材料选自Li3OF、Li3OCl、Li3OBr、Li3OI、Li3OCl0.5Br0.5、Li3OBH4、Li3SBF4、Li3S(BF4)0.5Cl0.5中的一种。


4.根据权利要求1-3任一所述的全固态锂电池，其特征在于，所述第一反钙钛矿层的厚度为30nm-1μm，所述第二反钙钛矿层的厚度为10nm-1μm。


5.根据权利要求1-4任一所述的全固态锂电池，其特征在于，所述主体材料为钙钛矿型、钠超离子导体型、石榴石型中的一种。


6.根据权利要求5所述的全固态锂电池，其特征性在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁号，李素丽，赵伟，唐伟超，李俊义，徐延铭，
申请(专利权)人：珠海冠宇电池有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44