固态锂电池及其制备方法技术

本发明专利技术属于电池技术领域，尤其涉及一种固态锂电池，包括：正极、负极和固态电解质，其中，所述正极包括正极活性物质，所述正极活性物质包括粒径为100纳米～1微米的过渡金属氧化物。本发明专利技术固态锂电池中正极活性材料采用粒径为100纳米～1微米的过渡金属氧化物，具有较高的可逆比容量和较高的电位平台，可逆比容量大于674mAh/g，比能量大于1014Wh/kg，并且与不同类型的固态电解质均能匹配稳定循环。

Solid state lithium battery and its preparation

【技术实现步骤摘要】
固态锂电池及其制备方法
本专利技术属于电池
，尤其涉及一种固态锂电池及其制备方法。
技术介绍
当前化学电池体系中，锂电池由于其高的能量密度、长的循环寿命、无记忆效应等特点被认为是最具前景的一种储能器件。传统的锂离子电池使用的是电解质一般为有机液体电解质，尽管液体电解质能够提供较高的离子电导率以及良好的界面接触，但是有机液体电解质存在锂离子迁移数低、易泄漏、易挥发、易燃、安全性差等问题阻碍了锂电池的进一步发展。鉴于对更高能量密度和更高安全性的追求，锂离子电池逐渐进入了由传统液态电池过渡到固态电池的发展趋势。固态电池相对于传统锂电池的液态电解液而言的，电解质为导电率很高的固态物质，具有良好的安全性能、柔顺性、易于加工成膜、优异的界面接触等优势，同时也能很好地抑制锂枝晶的问题，目前受到了广泛的关注。目前，固态电池正极材料的选择也是影响固态锂电池性能的重要因素。传统固态电池正极材料采用钴酸锂(LCO)，镍酸锂，锰酸锂，磷酸铁锂(LFP)，镍钴锰酸锂(NCM)等，此类正极材料虽有较高的电位(>3.2V)，但普遍比容量较低(通常<200mAh/g)，从而导致固态电池的比能量较低(500～900Wh/kg)。另外，传统正极材料还易存在与固态电解质匹配性差的问题，如：除磷酸铁锂LFP外的传统正极材料与所有的硫代磷酸盐电解质都发生强烈反应。另石榴石型氧化物电解质(如锂镧锆氧固态电解质LLZO)在充电过程中易与半锂化正极锰酸锂(NCM)和钴酸锂(LCO)和反应，进而导致整体循环性能差。因此，传统正极材料较低的比能量和与固态电解质较差的匹配稳定性成为限制现有固态电池体系发展的重要阻碍。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种固态锂电池，旨在解决现有固态锂电池正极材料比能量低，且与固态电解质匹配性差，界面不相容等技术问题。本专利技术的另一目的在于提供一种固态锂电池的制备方法。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种固态锂电池，包括：正极、负极和固态电解质，其中，所述正极包括正极活性物质，所述正极活性物质包括粒径为100纳米～1微米的过渡金属氧化物。优选地，所述过渡金属氧化物选自：氧化铁、氧化亚铁、氧化钴、氧化锰、氧化镍、氧化铜、氧化钒、氧化铬中的至少一种。优选地，所述固态电解质选自：有机固态电解质、无机固态电解质、有机无机复合固态电解质中至少一种。优选地，所述固态电解质选自：锂镧锆氧固态电解质、锂镧锆钽氧固态电解质、锂铝锗磷固态电解质、聚氧化乙烯固态电解质、聚碳酸酯基固态电解质、聚硅氧烷基固态电解质、聚氧化乙烯与锂镧锆钽氧的复合固态电解质、硫化物固态电解质中的至少一种。优选地，所述负极包括负极活性物质，所述负极活性物质选自：金属锂和/或锂合金。优选地，所述锂合金选自：LixSi、LixAl、LixPb中的至少一种。优选地，所述正极还包括正极导电剂和正极粘结剂，所述正极活性物质与所述正极导电剂和所述正极粘结剂的质量比为(65～80):(15～25):(5～15)。优选地，包括：正极、负极和固态电解质，其中，所述正极包括粒径为100纳米～1微米的氧化铁、氧化亚铁、氧化钴、氧化锰、氧化镍、氧化铜、氧化钒、氧化铬中的至少一种过渡金属氧化物；所述负极包括金属锂；所述固态电解质选自：锂镧锆钽氧固态电解质、锂铝锗磷固态电解质、聚氧化乙烯固态电解质、聚氧化乙烯与锂镧锆钽氧的复合固态电解质中的至少一种。相应地，一种固态锂电池的制备方法，包括步骤：获取粒径为100纳米～1微米的过渡金属氧化物，将所述过渡金属氧化物与正极导电剂和正极粘结剂制成正极浆料，将所述正极浆料沉积于正极集流体上，得到正极；获取负极和固态电解质，将所述正极与所述负极和所述固态电解质制成固态锂电池。优选地，获取粒径为100纳米～1微米的过渡金属氧化物的步骤包括：获取过渡金属前驱体，在空气氛围中，将所述过渡金属前驱体升温至500～700℃反应2～5小时，得到所述粒径为100纳米～1微米的过渡金属氧化物。本专利技术提供的固态锂电池包括正极、负极和固态电解质，其中，所述正极包括正极活性物质，所述正极活性物质包括粒径为100纳米～1微米的过渡金属氧化物。本专利技术固态锂电池中正极活性材料采用粒径为100纳米～1微米的过渡金属氧化物，一方面，过渡金属氧化物正极活性材料有较高的可逆比容量和较高的电位平台，可逆比容量大于674mAh/g，从而使固态锂电池展现出更高的比能量，比能量大于1014Wh/kg；另一方面，过渡金属氧化物的粒径为100纳米～1微米，该纳米结构的过渡金属氧化物正极活性物质，能更大程度上降低固态锂电池循环过程中因体积膨胀带来的颗粒粉化等问题，从而确保电池有更优良的循环性能。并且，本专利技术过渡金属氧化物正极活性材料与不同类型的固态电解质均有较高的匹配性，避免了正极与固态电解质的界面相容性问题，进一步增强了固态锂电池的循环稳定性。本专利技术提供的固态锂电池的制备方法，包括步骤：将粒径为100纳米～1微米的过渡金属氧化物与正极导电剂和正极粘结剂制成正极浆料，将所述正极浆料沉积于正极集流体上，得到正极，然后与负极和固态电解质制成固态锂电池。本专利技术提供的固态锂电池的制备方法，包含粒径为100纳米～1微米的过渡金属氧化物的正极浆料可直接通过涂布等方式沉积于正极集流体上制得正极，操作简单，适用于工业化生产和应用。附图说明图1是本专利技术实施例1提供的固态锂电池中采用的氧化铁正极活性材料的扫描电镜图。图2是本专利技术实施例7提供的固态锂电池中采用的氧化铜正极活性材料的扫描电镜图。图3是本专利技术实施例10提供的固态锂电池中采用的三氧化二锰正极活性材料的扫描电镜图。图4是本专利技术实施例1提供的采用氧化铁正极的固态锂电池与常规液态电池的循环稳定性对比测试图。图5是本专利技术实施例2提供的固态锂电池的循环稳定性测试图。图6是本专利技术实施例3提供的固态锂电池的循环稳定性测试图。图7是本专利技术实施例4提供的固态锂电池的循环稳定性测试图。图8是本专利技术实施例7提供的固态锂电池的循环稳定性测试图。图9是本专利技术实施例10提供的固态锂电池的循环稳定性测试图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和技术效果更加清楚，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。结合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。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。本专利技术实施例说明书中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固态锂电池，其特征在于，包括：正极、负极和固态电解质，其中，所述正极包括正极活性物质，所述正极活性物质包括粒径为100纳米～1微米的过渡金属氧化物。/n

【技术特征摘要】
1.一种固态锂电池，其特征在于，包括：正极、负极和固态电解质，其中，所述正极包括正极活性物质，所述正极活性物质包括粒径为100纳米～1微米的过渡金属氧化物。


2.如权利要求1所述的固态锂电池，其特征在于，所述过渡金属氧化物选自：氧化铁、氧化亚铁、氧化钴、氧化锰、氧化镍、氧化铜、氧化钒、氧化铬中的至少一种。


3.如权利要求1或2所述的固态锂电池，其特征在于，所述固态电解质选自：有机固态电解质、无机固态电解质、有机无机复合固态电解质中至少一种。


4.如权利要求3所述的固态锂电池，其特征在于，所述固态电解质选自：锂镧锆氧固态电解质、锂镧锆钽氧固态电解质、锂铝锗磷固态电解质、聚氧化乙烯固态电解质、聚碳酸酯基固态电解质、聚硅氧烷基固态电解质、聚氧化乙烯与锂镧锆钽氧的复合固态电解质、硫化物固态电解质中的至少一种。


5.如权利要求1、2或4任一所述的固态锂电池，其特征在于，所述负极包括负极活性物质，所述负极活性物质选自：金属锂和/或锂合金。


6.如权利要求5所述的固态锂电池，其特征在于，所述锂合金选自：LixSi、LixAl、LixPb中的至少一种。


7.如权利要求1、2、4或6任一所述的固态锂电池，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓永红，吴唯，王曼，张田，王军，魏振耀，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：广东;44