一种控制锂枝晶有序生长的固态电解质的制备方法及电池技术

本发明专利技术公开了一种控制锂枝晶有序生长的固态电解质的制备方法及电池，通过在固态电解质表面涂覆一层致密的碳材料涂层，固态电解质与金属锂负极之间在一定压力下用双面导电胶贴合，一方面能够在固态电解质和金属锂贴合面的间隙有序地控制锂枝晶在的生长方向，使锂枝晶能够在间隙内对向生长，避免锂枝晶刺穿固态电解质，另一方面碳涂层能够改善固态电解质与正极材料之间的界面阻抗，提高锂离子的传导效率。

【技术实现步骤摘要】
一种控制锂枝晶有序生长的固态电解质的制备方法及电池
本专利技术属于材料合成
，具体涉及一种控制锂枝晶有序生长方向的固态电解质的制备方法，以及基于该电解质的固态电池。
技术介绍
随着锂离子电池能量密度的持续提升，传统的石墨负极很难满足未来能源形势的需要，金属锂负极的理论容量达到3866mAh/g，并具有优良的导电性，是一种完美的负极材料的选择，然而锂离子在电解液中穿梭传导过程中易在负极表面生长锂枝晶，而随着锂枝晶的生长易穿透隔膜造成电池正负极直接接触而发生短路，产生安全隐患。一般认为采用全固态电解质能够解决锂枝晶的难题，但是实际上锂枝晶在全固态电解质中仍然生长，尤其对于石榴石结构的全固态电解质而言，锂枝晶非常容易沿着固态电解质中晶粒之间的晶界生长，容易触发短路事故。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于根据现有技术的不足，提供一种能够有序控制锂枝晶生长方向的固态电解质的制备方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种控制锂枝晶有序生长的固态电解质的制备方法，包括如下步骤1）将适量碳材料放入浓酸溶液中，超声处理6h，酸化温度恒定在55℃；2）将浓酸处理后的碳材料过滤收集，多次利用去离子水反复冲洗，直至最后一次洗涤溶液pH值在6～7范围内；3）按照质量比7：1～9：1称取适量的碳材料和聚偏氟乙烯（PVDF），然后加入适量N-甲基吡咯烷酮（NMP）溶剂，利用匀浆机充分搅拌浆液30min，混合均匀得到没有颗粒感的浆液；4）用刮片机将浆液混合物均匀地涂布在固态电解质一面，涂覆面密度为0.3～0.5mgcm−2，然后将涂好浆液的固态电解质放在真空干燥箱中，在100～120℃下进行干燥12h；5）用刮片机将浆液混合物均匀地涂布在固态电解质另一面，涂覆面密度为0.3～0.5mgcm−2，然后将涂好浆液的固态电解质放在真空干燥箱中，在100～120℃下进行干燥12h，得到控制锂枝晶有序生长方向的固态电解质。所述的一种控制锂枝晶有序生长的固态电解质的制备方法，其步骤1）中的碳材料为碳纳米管或碳纳米纤维或两者的混合物。所述的一种控制锂枝晶有序生长的固态电解质的制备方法，其步骤1）中的浓酸溶液为浓硫酸或浓硝酸或两者的混合物。所述的一种控制锂枝晶有序生长的固态电解质的制备方法，其步骤3）中的碳材料和聚偏氟乙烯的比例为8：1。所述的一种控制锂枝晶有序生长的固态电解质的制备方法，其步骤4）和5）中的固态电解质为无机固态电解质或有机固态电解质或两者的混合物。本专利技术的目的之二在于提供一种能够控制锂枝晶有序生长的固态锂金属电池，由作为正极材料的LiFePO4或Li[Ni0.8Co0.1Mn0.1]O2、作为负极的金属锂和固态电解质组成，所述固态电解质的正反两面均涂覆一层致密的碳涂层，一面的碳涂层与正极材料连接，一面的碳涂层在5～8MPa的压力下与金属锂周围的双面导电胶贴合，所述的金属锂和正极材料外均设置有集流体。所述的一种控制锂枝晶有序生长的固态电池为方形铝壳电池、软包电池、圆柱电池或纽扣电池。本专利技术具有如下有益效果：本专利技术采用碳材料涂层，在传统的固态电解质制备过程加入碳材料的涂敷和贴合，一方面能够在固态电解质和金属锂贴合面的间隙有序地控制锂枝晶在的生长方向，使锂枝晶能够在间隙内对向生长，避免锂枝晶刺穿固态电解质，另一方面碳涂层能够改善固态电解质与正极材料之间的界面阻抗，提高锂离子的传导效率。附图说明图1是本专利技术固态电池的截面示意图；图2是本专利技术固态电池的锂枝晶生长示意图。各附图标记为：10—金属锂，11—集流体，12—导电胶，13—碳涂层，14—固态电解质，15—正极材料。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。实施例1本实施例制备以LiFePO4材料为正极，金属锂为负极、Li0.34La0.51TiO2.94无机电解质的固态纽扣电池。其固态电解质的制备和碳材料涂敷及贴合工艺如下：1）将适量碳纳米管放入浓硫酸溶液中，超声处理6h，酸化温度恒定在55℃。2）将浓硫酸处理后的碳纳米管过滤收集，多次利用去离子水反复冲洗，直至最后一次洗涤溶液pH值在6～7范围内。3）按照质量比8:1比例称取适量的碳纳米管、聚偏氟乙烯（PVDF），然后加入适量N-甲基吡咯烷酮（NMP）溶剂，利用匀浆机充分搅拌浆液30min，直至浆液没有颗粒感且混合均匀。4）用刮片机将浆液混合物均匀地涂布在固态电解质一面，涂覆面密度为0.5mgcm−2，然后将涂好浆液的固态电解质放在真空干燥箱中，在120℃下进行干燥12h。5）用刮片机将浆液混合物均匀地涂布在固态电解质另一面，涂覆面密度为0.5mgcm−2，然后将涂好浆液的固态电解质放在真空干燥箱中，在120℃下进行干燥12h。6）制备好的固态电解质与负极接触面周围贴上适量双面碳导电胶，并用8MPa压力进行贴合。实施例2制备以Li[Ni0.8Co0.1Mn0.1]O2三元材料为正极，金属锂为负极、聚氧化乙烯（PEO）基聚合物电解质的固态软包电池。其固态电解质的制备和碳材料涂敷及贴合工艺如下：1）将适量改性石墨烯放入浓硝酸溶液中，超声处理6h，酸化温度恒定在55℃。2）将浓硝酸处理后的改性石墨烯过滤收集，多次利用去离子水反复冲洗，直至最后一次洗涤溶液pH值在6～7范围内。3）按照质量比8:1比例称取适量的改性石墨烯、聚偏氟乙烯（PVDF），然后加入适量N-甲基吡咯烷酮（NMP）溶剂，利用匀浆机充分搅拌浆液30min，直至浆液没有颗粒感且混合均匀。4）用刮片机将浆液混合物均匀地涂布在固态电解质一面，涂覆面密度为0.3mgcm−2，然后将涂好浆液的固态电解质放在真空干燥箱中，在100℃下进行干燥12h。5）用刮片机将浆液混合物均匀地涂布在固态电解质另一面，涂覆面密度为0.3mgcm−2，然后将涂好浆液的固态电解质放在真空干燥箱中，在100℃下进行干燥12h。6）制备好的固态电解质与负极接触面周围贴上适量双面碳导电胶，并用6MPa压力进行贴合。实施例3制备以LiFePO4材料为正极，金属锂为负极、有机无机复合电解质的软包电池。其固态电解质的制备和碳材料涂敷及贴合工艺如下：1）将适量碳纳米纤维放入浓硫酸溶液中，超声处理6h，酸化温度恒定在55℃。2）将浓硫酸处理后的碳纳米纤维过滤收集，多次利用去离子水反复冲洗，直至最后一次洗涤溶液pH值在6～7范围内。3）按照质量比8:1比例称取适量的碳纳米纤维、聚偏氟乙烯（PVDF），然后加入适量N-甲基吡咯烷酮（NMP）溶剂，利用匀浆机充分搅拌浆液30min，直至浆液没有颗粒感且混合均匀。4）用刮片机将浆液混合物均本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种控制锂枝晶有序生长的固态电解质的制备方法，其特征在于：包括如下步骤/n1）将碳材料放入浓酸溶液中，超声处理6 h，酸化温度恒定在55℃；/n2）将碳材料过滤收集，用去离子水反复冲洗，直至洗涤溶液pH值为6～7；/n3）按照质量比7：1～9：1称取碳材料和聚偏氟乙烯，然后加入N-甲基吡咯烷酮溶剂，利用匀浆机充分搅拌30 min，混合均匀得到没有颗粒感的浆液；/n4）用刮片机将浆液混合物均匀地涂布在固态电解质一面，涂覆面密度为0.3～0.5 mgcm

【技术特征摘要】
1.一种控制锂枝晶有序生长的固态电解质的制备方法，其特征在于：包括如下步骤
1）将碳材料放入浓酸溶液中，超声处理6h，酸化温度恒定在55℃；
2）将碳材料过滤收集，用去离子水反复冲洗，直至洗涤溶液pH值为6～7；
3）按照质量比7：1～9：1称取碳材料和聚偏氟乙烯，然后加入N-甲基吡咯烷酮溶剂，利用匀浆机充分搅拌30min，混合均匀得到没有颗粒感的浆液；
4）用刮片机将浆液混合物均匀地涂布在固态电解质一面，涂覆面密度为0.3～0.5mgcm−2，然后将涂好浆液的固态电解质放在真空干燥箱中，在100～120℃下进行干燥12h；
5）用刮片机将浆液混合物均匀地涂布在固态电解质另一面，涂覆面密度为0.3～0.5mgcm−2，然后将涂好浆液的固态电解质放在真空干燥箱中，在100～120℃下进行干燥12h，得到锂枝晶有序生长的固态电解质。


2.根据权利要求1所述的一种控制锂枝晶有序生长的固态电解质的制备方法，其特征在于，所述步骤1）中的碳材料为碳纳米管或碳纳米纤维或两者的混合物。


3.根据权利要求1所述的一种控制锂枝晶有序生长的固态电解质的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，代化，樊志民，卢北虎，裴波，张一驰，
申请(专利权)人：武汉船用电力推进装置研究所中国船舶重工集团公司第七一二研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42