一种室温固态电池锂金属界面修饰方法技术

本发明专利技术涉及一种室温固态电池的锂金属界面修饰方法，其包括如下步骤：S1、将PEO、LLZTO和锂盐在无氧气氛中加入有机溶剂中，组装成具有负极和复合电解质的电池；S2、在所述电池的负极和复合电解质之间加入LITFSI/AN溶液，利用LITFSI对锂进行修饰后，烘干即可。采用上述发明专利技术方法能提供一种固态电池锂金属界面修饰方法，通过该方法能够抑制锂枝晶，同时有效减小界面阻抗，实现固态电池室温工作。其有益细节如下：本发明专利技术针性的对固态电池界面阻抗大而且不能室温工作进行固态电池构型设计，有效提升其电化学性能。

A method of lithium metal interface modification for room temperature solid state battery

【技术实现步骤摘要】
一种室温固态电池锂金属界面修饰方法
本专利技术涉及一种室温固态电池锂金属界面修饰方法，属于电池制造

技术介绍
随着化石燃料的大量使用和不断枯竭，绿色可再生能源的开发与有效利用以及环境保护成为全球共同关心的问题。发展能够实现高效能量存储和转换的二次电池不仅关系着国家经济发展和战略安全，而且与人民的生活息息相关，因此受到国内外的广泛关注。锂离子二次电池由于具有能量密度高、循环寿命长、自放电小、无记忆效应、工作温度宽和成本低等诸多优点，在消费类电子产品中得到广泛应用，因而在电动汽车和大容量储能快速发展的背景下被寄予了更高的期望：即在能量密度、安全性等方面锂离子二次电池的性能能够大幅提升。现在对液体锂离子电池研究发现，随着能量密度的提高，安全问题也凸显出来，近几年，无论在消费电子领域的三星和苹果手机，还是电动汽车领域的特斯拉(Tesla)，都无一例外发生事故，这主要是由于锂离子电池的液体电解液易燃烧和爆炸引起。然而，日本、美国等发达国家以及我国都提出了从300Whkg-1、400Whkg-1到500Whkg-1的短期和中长期目标。希望5到10年获得500Whkg-1的动力电池。可见，为达到中长期的目标，研究能量密度更高但又不牺牲安全性能的锂二次电池势在必行。固态金属锂二次电池是采用固体电解质替换液体电解液并结合金属锂负极的电池体系，被认为是极有希望实现能量密度400Whkg-1以上的储能体系，研究人员提出高比能、高安全的全固态锂电池是未来十年大容量锂电池的发展路径，也是解决现有锂离子电池安全问题的最有效途径。石榴石结构Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12(LLZTO)具有高离子电导率的陶瓷片可以用于固态锂电池。现在主要采用陶瓷片作为电解质，然而其厚度往往较厚，大约1mm，是液态锂离子电池的PE/PP隔膜(～30μm)的30多倍，而且陶瓷片是脆性的，太薄则无法承受压力，容易断裂而引起固态电池短路。一种解决办法是将无机的LLZTO粉与有机聚合物电解质复合，制成柔性的有机-无机复合膜，发挥两者优势，达到扬长避短的目的。石榴石型陶瓷粉体LLZTO对金属锂稳定且具有较宽的电化学工作窗口，室温电导率可达10-3Scm-1以上，是复合电解质的理想材料。而且无机有机复合制作成的电解质膜，易于与传统锂离子电池的工艺衔接，具有较好的机械强度与易加工性，适合规模化生产。此外，相关研究表明PEO(聚氧化乙烯)添加的PEO:LLZTO电解质虽然离子电导率稍低，目前，该电解质无法实现在室温工作，原因在于电解质与负极的界面阻抗较大。
技术实现思路
本专利技术针对现有固态电池的问题，提供可行的一种室温固态电池的工艺方法，工艺简单，成本低廉。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术提供了一种室温固态电池的锂金属界面修饰方法，其包括如下步骤：S1、将PEO、LLZTO和锂盐在无氧气氛中加入有机溶剂中，组装成具有负极和复合电解质的电池；S2、在所述电池的负极和复合电解质之间加入LITFSI/AN溶液[LiN(CF3SO2)2的乙腈溶液)]，利用LITFSI对锂进行修饰后，烘干即可。作为优选方案，所述PEO、LLZTO和锂盐的质量比为4:6:(1～5)。作为优选方案，所述PEO的相对分子质量为10000～1000000。作为优选方案，所述锂盐包括LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2中的至少一种。作为优选方案，所述有机溶剂包括乙腈、N-甲基吡咯烷酮、氯仿、二氯乙烷、二甲基甲酰胺中的至少一种。作为优选方案，所述无氧气氛为氩气、氦气、氢气和氢氩混合气中的一种。作为优选方案，所述LITFSI/AN溶液中，LITFSI的浓度为5～12molL-1。作为优选方案，步骤S2中所述的烘干温度为40～60℃。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、采用上述专利技术方法能提供一种固态电池锂金属界面修饰方法，通过该方法能够抑制锂枝晶，同时有效减小界面阻抗，实现固态电池室温工作。其有益细节如下：2、本专利技术针性的对固态电池界面阻抗大而且不能室温工作进行固态电池构型设计，有效提升其电化学性能。3、引入一层含锂盐的PEO:锂盐:LLZTO复合电解质，降低金属锂的界面阻抗；同时引入少量高浓度的LiTFSI乙腈(AN)溶液，抑制锂枝晶，同时有效减小界面阻抗。4、方法简便，容易在软包电池和圆柱形电池(18650和21700电池)中大规模生产。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1是实施例1～6中PEO:锂盐:LLZTO的固态锂电池构型原理；图2是0M(纯乙腈)、1M和10MLiTFSI:AN溶液与金属锂的反应活性；图3是实施例1中LFP/PEO:LiTFSI:LLZTO/LiTFSI:AN/Li固态电池30℃的阻抗图；图4是实施例1中采用10MLiTFSI:AN溶液修饰后LFP/PEO:LLZTO/LiTFSI:AN/Li固态电池30℃的阻抗图；图5是实施例1中LFP/PEO:LiTFSI:LLZTO/LiTFSI:AN/Li固态电池的在不同倍率下的充放电曲线，测试温度为30℃；图6是实施例1中LFP/PEO:LiTFSI:LLZTO/LiTFSI:AN/Li固态电池的在0.1C的循环性能，测试温度为30℃；图7是实施例1中LFP/PEO:LiTFSI:LLZTO/LiTFSI:AN/Li固态电池的在0.5C的循环性能，测试温度为30℃。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。实施例1本实施例提供了一种室温固态电池锂金属界面修饰方法，具体包括如下步骤：将PEO:LiClO4:LLZTO(PEO的分子量为：10000)按照0.4:0.2:0.6的重量比例添加9mL的乙腈溶液，氩气气氛500rpm搅拌使其均匀分散，按照图1组装电池，在负极与复合电解质之间加入5uL的10molL-1的LITFSI/AN溶液修饰锂金属，40℃烘干。在30℃测试其电化学性能。图1为固态电池示意图(纽扣电池)，以磷酸铁锂(LFP)为正极，采用极微量(5μL)的10MLiTFSI:AN润湿金属锂表面，然后将修饰后的金属锂作为固态电池的负极，组装成LFP/PEO:锂盐:LLZTO/LiTFSI:AN/Li固态电池。图2直观显示了金属锂片对0M(纯AN溶液)以及1M(稀溶液)和10M浓度(高浓度)LiTFSI:AN溶液的稳定性，经过1h后，1M浓度LiTFSI:AN溶液的颜色变浅黄，金属锂完全溶解而消失。经过6本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种室温固态电池的锂金属界面修饰方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1、将PEO、LLZTO和锂盐在无氧气氛中加入有机溶剂中，组装成具有负极和复合电解质的电池；/nS2、在所述电池的负极和复合电解质之间加入LITFSI/AN溶液，利用LITFSI对锂进行修饰后，烘干即可。/n

【技术特征摘要】
1.一种室温固态电池的锂金属界面修饰方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将PEO、LLZTO和锂盐在无氧气氛中加入有机溶剂中，组装成具有负极和复合电解质的电池；
S2、在所述电池的负极和复合电解质之间加入LITFSI/AN溶液，利用LITFSI对锂进行修饰后，烘干即可。


2.如权利要求1所述的室温固态电池的锂金属界面修饰方法，其特征在于，所述PEO、LLZTO和锂盐的质量比为4:6:(1～5)。


3.如权利要求1或2所述的室温固态电池的锂金属界面修饰方法，其特征在于，所述PEO的相对分子质量为10000～1000000。


4.如权利要求1或2所述的室温固态电池的锂金属界面修饰方法，其特征在于，所述锂盐包括LiPF6、Li...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭迎宾，李铮铮，刘俊亮，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31