一种全固态电池用阳极板及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种全固态电池用阳极板及其制备方法，所述阳极板包括由集流体依次层叠的锂膜和过渡层膜，其中所述过渡层膜的化学组成为：αLiI–βLi

An anode plate for all solid state battery and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种全固态电池用阳极板及其制备方法
本专利技术属于全固态电池
，特别涉及一种全固态电池用阳极板及其制备方法。
技术介绍
全固态锂电池，是一种使用固体电极材料和固体电解质材料，不含有任何液体的锂电池，主要包括全固态锂离子电池和全固态金属锂电池，差别在于前者负极不含金属锂，后者负极为金属锂。相对于锂硫、锂空、铝、镁电池以及并不存在的石墨烯电池，全固态金属锂电池是最具潜力的替代现有高能量密度锂离子电池的候选技术，其能量密度有望是现有锂离子电池的2～5倍，循环性和服役寿命更长，倍率性能更高，并可能从本质上解决现有液态电解质锂离子电池的安全性问题。目前关于全固态电池金属锂负极的研究，着力于探索抑制锂枝晶生长的方法，使锂金属作为负极成为可能。但是存在的主要问题是穿过电极/固体电解质界面的Li离子比当它们通过电极或固体电解质时需要克服更大的界面电阻。这种界面电阻主要是由电极和固体电解质材料之间的物理和化学不稳定性引起的，一般由晶格失配和缺乏润湿性组成。同时如果固体电解质在电极材料存在是化学不稳定的，则会形成由侧面反应物组成的层，这对锂离子传输是有害的。目前对电极或固体电解质之间界面的研究主要是通过三种方法来改善。其一，优化成型和制备工艺，例如，CN201810275697.1将热封好的电芯进行热压处理，之后进行冷压，得到界面改善的全固态锂离子电池。通过此工艺，能够有效的改善全固态电池的界面问题，这种工艺简单且能大规模生产商业化的全固态锂离子电池。但这种界面仍面临着界面存在化学不稳定性的问题，循环性能较差。其二，为解决界面不稳定性的问题，一般采用增加聚合物包覆层的方式来实现，例如，CN103682354B在电极活性材料表面和电解质间增加聚合物包覆层，包覆层能有效抑制空间电荷层的形成，有助于降低全固态锂离子电池界面电阻。但是聚合物包覆层常温下的离子电导率很低(10-6S/m)，无法满足电池的性能需求，电池需在较高温度下使用，限制了电池的使用范围。其三，对电极与电解质界面进行修饰，来改善接触性能和稳定性能，例如，CN201611243480.X公开了一种利用锂铝合金表面修饰的锂负极及其固态电池，能够明显的增强固态电解质的兼容性与稳定性，所组装的固态锂电池循环性好，循环效率高等优点。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种全固态电池用阳极板及其制备方法，所述制备方法使用简易的原位液固相反应制备出高致密度、高机械强度的固体电解质过渡层膜；且本专利技术的制备方法具有工艺设备简单，产率高，成本低，无污染，易实现工业化规模生产等特点，因此具有广阔的应用前景。本专利技术目的之一在于提供一种全固态电池用阳极板，其特征在于，所述阳极板包括由集流体依次层叠的锂膜和过渡层膜，其中所述过渡层膜的化学组成为：αLiI–βLi2S–γP2S5，其中，α+β+γ＝1，0≤α≤0.5、0.3≤β≤0.7、0.3≤γ≤0.5。本专利技术目的之二在于提供一种全固态电池用阳极板的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：(1)按照化学计量比称取单质碘、磷、硫，与无极性有机溶剂混合得到溶液A；(2)将锂膜压制到表面粗糙化处理的集流体上，形成双层极板B；(3)将极板B浸泡入溶液A中，恒温反应，反应后热处理，压制得到三层结构的全固态电池用阳极板。本专利技术中，所述方法可以方便地获得具有三层结构的阳极板：从下到上依次为集流体，锂膜和过渡层，通过控制反应物比例、浓度，反应温度，反应时间可以制备得到组成稳定、厚度均一、一致性高的过渡层膜。此制备得到的过渡层膜与锂膜之间具有化学键连接，而不是传统压膜或粘接工艺的物理连接，同时过渡层膜与锂膜之间实现了无空隙接触，可有效减低界面锂离子转移电阻，大大提升阳极板性能。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)中所述无极性有机溶剂为四氯化碳、环己烷、庚烷、正辛烷和异辛烷中一种或两种以上的组合，优选为四氯化碳和/环己烷。本专利技术中，溶剂的选择要保证本身不与锂反应，同时能够溶解磷、硫、碘等。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)中所述碘、磷、硫的摩尔比为(0～0.5):(0.7～0.3):(0.2～0.5)，优选为(0.2～0.3):(0.6～0.4):(0.2～0.3)，特别优选为0.25:0.5:0.25。优选地，所述磷、硫和碘的总摩尔浓度为0.001～0.5mol/L，如0.001mol/L、0.002mol/L、0.005mol/L、0.01mol/L、0.02mol/L、0.05mol/L、0.1mol/L、0.2mol/L、0.3mol/L或0.5mol/L等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为0.01～0.05mol/L，特别优选为0.02mol/L。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(2)中所述集流体包括铜膜、镍膜、钛膜、泡沫铜膜、泡沫镍膜或泡沫钛膜中的任意一种，优选为铜膜或钛膜，特别优选为钛膜。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(2)中所述锂膜的厚度为2～500μm，如2μm、5μm、10μm、20μm、50μm、100μm、200μm、500μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为15～50μm，特别优选为20μm。优选地，步骤(2)所述压制的压力为5～80MPa，如5Mpa、8Mpa、10Mpa、20Mpa、30Mpa、40Mpa、50Mpa、60Mpa、70Mpa、80Mpa等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为20～40MPa，特别优选为30MPa。优选地，步骤(2)所述集流体的粗糙度为Ra＝0.4～1.6，如Ra＝0.4、Ra＝0.5、Ra＝0.6、Ra＝0.7、Ra＝0.8、Ra＝0.9、Ra＝1、Ra＝1.2、Ra＝1.4或Ra＝1.6等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为Ra＝0.6～0.8，特别优选为Ra＝0.7。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(3)中所述溶液A的温度为-20～70℃，如-20℃、-10℃、0℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃或70℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为0～40℃，特别优选为25℃。优选地，所述反应的时间为1～600min，如1min、2min、5min、10min、20min、50min、100min、200min、400min或600min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为反应时间为10～60min，特别优选为20min。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(3)所述热处理前对反应后的阳极板进行洗涤。其中，所述洗涤用溶剂为四氯化碳、环己烷、庚烷、正辛烷和异辛烷中一种或两种以上的组合，溶剂的选择要保证本身不与锂反应，同时能够去除未反应但附着于极板上的磷、硫、碘等，优选为洗涤用溶剂为四氯化碳和环己烷的一种或组合，特别优选为四氯化碳。所述洗涤重复本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全固态电池用阳极板，其特征在于，所述阳极板包括由集流体依次层叠的锂膜和过渡层膜，其中所述过渡层膜的化学组成为：αLiI–βLi

【技术特征摘要】
20190408 CN 20191027716601.一种全固态电池用阳极板，其特征在于，所述阳极板包括由集流体依次层叠的锂膜和过渡层膜，其中所述过渡层膜的化学组成为：αLiI–βLi2S–γP2S5，其中，α+β+γ＝1，0≤α≤0.5、0.3≤β≤0.7、0.3≤γ≤0.5。


2.一种权利要求1所述阳极板的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)按照化学计量比称取单质碘、磷、硫，与无极性有机溶剂混合得到溶液A；
(2)将锂膜压制到表面粗糙化处理的集流体上，形成双层极板B；
(3)将极板B浸泡入溶液A中，恒温反应，反应后热处理，压制得到三层结构的全固态电池用阳极板。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述无极性有机溶剂为四氯化碳、环己烷、庚烷、正辛烷和异辛烷中一种或两种以上的组合，优选为四氯化碳和/环己烷。


4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述碘、磷、硫的摩尔比为(0～0.5):(0.7～0.3):(0.2～0.5)，优选为(0.2～0.3):(0.6～0.4):(0.2～0.3)，特别优选为0.25:0.5:0.25；
优选地，所述磷、硫和碘的总摩尔浓度为0.001～0.5mol/L，优选为0.01～0.05mol/L，特别优选为0.02mol/L。


5.根据权利要求2-4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭强强，王鹏飞，冯海兰，
申请(专利权)人：中科马鞍山新材料科创园有限公司，中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：安徽;34