富勒烯在固态电池中的应用和固态电池及其组装工艺制造技术

本发明专利技术公开了富勒烯在固态电池中的应用和固态电池及其组装工艺，上述固态电池包括正极、固态电解质和负极，所述正极与所述固态电解质之间或者和/或所述负极与所述固态电解质之间设置有隔离层，所述隔离层的材料包括富勒烯。本发明专利技术利用富勒烯结构材料能够有效抑制电极与固态电解质之间的副反应，改善固体电解质和电极的界面润湿性，显著降低固态电池电极电解质界面阻抗，生成稳定的电极电解质界面层，提高了固态电池的循环寿命。

Application of fullerene in solid state battery and solid state battery and its assembly process

【技术实现步骤摘要】
富勒烯在固态电池中的应用和固态电池及其组装工艺
本专利技术涉及固态电池
，尤其是涉及富勒烯在固态电池中的应用和固态电池及其组装工艺。
技术介绍
锂离子电池已经应用于我们人类生活的方方面面，极大提高了人类的物质生活条件。随着锂离子电池的发展，尤其是动力电池的推广使用以来，人们对电池高能量密度的需求不断上涨。与此同时，频繁出现的电动汽车起火爆炸事件使得人们对电池安全性提出了越来越高的要求。固态电池因其摒弃传统的易燃有毒电解液而具体超高的安全性，同时采用固态电解质使得高压正极以及锂负极的应用成为可能，具有大幅提升电池能量密度的潜力，固态电池由此得到人们的广泛关注。但固态电池中电极和固态电解质直接接触会产生较大的界面阻抗，从而降低了固态电池的循环寿命。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出了富勒烯在固态电池中的应用和固态电池及其组装工艺，利用富勒烯结构能够降低电极与固态电解质的界面阻抗，从而提高了固态电池的循环寿命。本专利技术所采取的技术方案是：本专利技术的第一方面，提供富勒烯在制备固态电池的隔离层中的应用。固态电池包括电极和固态电解质，本申请中的隔离层是指用以隔离电极和固态电解质的结构，以达到降低电极与固态电解质之间的界面阻抗的目的。本专利技术的第二方面，提供一种固态电池，包括正极、固态电解质和负极，所述正极与所述固态电解质之间或者和/或所述负极与所述固态电解质之间设置有隔离层，所述隔离层的材料包括富勒烯。隔离层可设置在正极与固态电解质之间的界面，或者设置在负极与固态电解质之间的界面，或者同时设置在正极与固态电解质之间的界面和负极与固态电解质之间的界面。设置的隔离层的材料可以为单一材料、两种或两种以上材料的混合物。根据本专利技术的一些实施例，所述富勒烯包括C60、C70中的至少一种。根据本专利技术的一些实施例，所述隔离层的厚度为10～5000nm。根据本专利技术的一些实施例，所述隔离层的厚度为60～200nm。根据本专利技术的一些实施例，所述固态电解质包括氧化物固态电解质、硫化物固态电解质、聚合物电解质中的至少一种。即固态电解质可以为单独一种类型的电解质，如仅为氧化物固态电解质，也可以为多种类型电解质的混合物，如为氧化物固态电解质和硫化物固态电解质的混合物。根据本专利技术的一些实施例，所述固态电解质包括Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3、Li1.4Al0.4Ti1.6(PO4)3、Li7La3Zr2O12中的至少一种。根据本专利技术的一些实施例，所述正极的材料包括磷酸铁锂、镍酸锂、钴酸锂、锰酸锂、锂镍锰氧、镍钴锰三元材料、镍钴铝三元材料、富锂材料、普鲁士蓝、钴酸钠中的任一种；所述负极的材料包括金属或金属合金。根据本专利技术的一些实施例，所述负极材料选自锂、钠、钾、锌、镁、锂合金、钠合金中的任一种。进一步根据本专利技术的一些实施例，所述负极材料为金属锂。根据本专利技术的一些实施例，所述固态电池为扣式电池、软包电池、模具电池中的任一种。组装形成的固态电池可以是各种不同型号的扣式电池，也可以是软包电池、模具电池等其它形式的电池。本专利技术的第三方面，提供一种上述的固态电池的组装工艺，包括以下步骤：在固态电解质的上表面和/或下表面制备隔离层，得到中间结构；依次叠加负极壳、导电材料、垫片、负极、所述中间结构、正极、垫片和正极壳，加压封装。根据本专利技术的一些实施例，可采用真空蒸镀、旋涂、滴涂中的任一种方式在固态电解质上制备隔离层。进一步根据本专利技术的一些实施例，采用真空蒸镀的方式在固态电解质上制备隔离层。本专利技术实施例的有益效果是：本专利技术实施例提供了富勒烯在固态电池中的应用，利用低电子电导且能与碱金属发生高度可逆反应的富勒烯类碳材料能够有效抑制电极与固态电解质之间的副反应，改善固体电解质和电极的界面润湿性，显著降低固态电池电极电解质界面阻抗，生成稳定的电极电解质界面层，提高了固态电池的循环寿命。此外，相较于其他不能通过真空蒸镀的方法成膜的碳材料如石墨等，本专利技术实施例采用的富勒烯类材料还能够通过真空蒸镀均匀成膜，利于后续应用时进行大规模制备。附图说明图1为实施例1中固态电池Li-C60-LAGP-C60-Li的结构示意图；图2为实施例1中固态电池Li-C60-LAGP-C60-Li和对比例1的固态电池Li-LAGP-Li的电池阻抗图；图3为实施例1中的固态电池Li-C60-LAGP-C60-Li和对比例1的固态电池Li-LAGP-Li在0.1mA/cm2电流密度下的循环性能图；图4为实施例2中固态电池Li-C60-LATP-C60-Li和对比例2的固态电池Li-LATP-Li的电池阻抗图。具体实施方式以下将结合实施例对本专利技术的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本专利技术的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本专利技术的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本专利技术保护的范围。实施例1参见图1，本实施例提供一种固态电池Li-C60-LAGP-C60-Li，包括正极1、第一隔离层2、固态电解质3、第二隔离层4和负极5，本实施例中正极1和负极2均为金属锂片，固态电解质3为Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3(磷酸锗铝锂，简称LAGP)，第一隔离层2和第二隔离层4的材料均为无定形C60。本实施例的固态电池Li-C60-LAGP-C60-Li采用以下步骤制备：采用磷酸锗铝锂(LAGP)为固态电解质，经压制烧结后获得直径为12.5mm，厚度约为600um的LAGP陶瓷片；用真空蒸镀的方法在LAGP陶瓷片的上下两个表面分别镀上直径为12mm，厚度约为120nm的无定形C60薄膜，得到中间结构；以直径为12mm，厚度为450um的金属锂片为电极，然后依次叠加负极壳、导电材料、垫片、金属锂片、上述中间结构、金属锂片、垫片和正极壳，加压封装制备得到固态锂锂对称电池Li-C60-LAGP-C60-Li。对比例1对比例1提供一种固态电池Li-LAGP-Li与实施例1相同，不同之处在于在固态电解质LAGP的表面未制备C60薄膜。取实施例1制备的固态电池Li-C60-LAGP-C60-Li和对比例1的固态电池Li-LAGP-Li，其电池阻抗图谱如图2所示，从图中可以看出，未设置C60薄膜的固态电池Li-LAGP-Li的阻抗约为1700欧姆，加入有隔离层C60薄膜的固态电池Li-C60-LAGP-C60-Li的阻抗下降至约300欧姆。取实施例1中的固态电池Li-C60-LAGP-C60-Li和对比例1的固态电池Li-LAGP-Li，测定其在0.1mA/cm2电流密度下的循环性能实验，结果如图3所示，实验结果显示设置了C60薄膜的固态电池Li-C60-LAGP-C60-Li在0.1mA本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.富勒烯在制备固态电池的隔离层中的应用。/n

【技术特征摘要】
1.富勒烯在制备固态电池的隔离层中的应用。


2.一种固态电池，包括正极、固态电解质和负极，其特征在于，所述正极与所述固态电解质之间或者和/或所述负极与所述固态电解质之间设置有隔离层，所述隔离层的材料包括富勒烯。


3.根据权利要求2所述的固态电池，其特征在于，所述富勒烯包括C60、C70中的至少一种。


4.根据权利要求2或3所述的固态电池，其特征在于，所述隔离层的厚度为10～5000nm。


5.根据权利要求4所述的固态电池，其特征在于，所述隔离层的厚度为60～200nm。


6.根据权利要求2或3所述的固态电池，其特征在于，所述固态电解质包括氧化物固态电解质、硫化物固态电解质、聚合物电解质中的至少一种。


7.根据权利要求2或3所述的固态电池，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦国丹，康飞宇，李宝华，李振龙，钱坤，张思伟，陈曙骁，
申请(专利权)人：清华伯克利深圳学院筹备办公室，
类型：发明
国别省市：广东;44