一种全固态锂电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种全固态锂电池及其制备方法，属于锂电池技术领域，包括正极、固态电解质和负极，所述固态电解质层设置在正极与负极之间，所述正极与固态电解质层之间设置有正极界面修饰层，所述负极与固态电解质层之间设置有负极界面修饰层；本发明专利技术采用与锂兼容的聚合物修饰固态电解质层和锂负极之间的界面，采用耐高压的聚合物修饰固态电解质和高压正极之间的界面，采用分别修饰正负极界面的非对称界面修饰层可以改善界面润湿性，改善界面性能，极大降低了界面阻抗。大降低了界面阻抗。大降低了界面阻抗。

【技术实现步骤摘要】
一种全固态锂电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂电池
，具体是一种全固态锂电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着锂离子电池在生产和生活中的广泛应用，其安全性能受到人们越来越大的关注。由于传统使用的液态电解质有着较高的离子电导率、加工处理方便、电极/电解液界面容易控制等一系列优点，使得液态电解质在锂电池领域得到了广泛的应用。但是由于醚类和酯类等易燃有机电解液的大量使用，使得锂电池存在着严重的安全问题，除此之外，其有限的电化学窗口让其在高压电池体系的应用遇到困难。因此，使用安全性能较好的固态电解质代替有机电解液来组装成固态电池，有望提高锂电池的安全性能并提高其能量密度。
[0003]在固态锂电池的研发过程中，固态电池存在是许多问题亟待解决，其中最为关键的是固态电池要实现能量密度/功率密度和长期循环的稳定性，其固态电极/电解质界面问题是目前最难解决的问题之一。高界面阻抗制约了全固态电池性能的提高，因此金属锂/固体电解质界面相的形成及其性质对界面阻抗变化起决定性的作用。在提高固态电池性能时，仍要系统深入地研究界面相形成的机理及物化特性，并通过界面调控从而形成低阻抗稳定界面层，从而提高固态电池的容量和寿命。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种全固态锂电池及其制备方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种全固态锂电池，包括正极、固态电解质和负极，所述固态电解质层设置在正极与负极之间，所述正极与固态电解质层之间设置有正极界面修饰层，所述负极与固态电解质层之间设置有负极界面修饰层，所述负极界面修饰层和正极界面修饰层的厚度均为1-50μm。
[0006]作为本专利技术的进一步技术方案：所述正极1包括LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiFePO4、Li3V2(PO4)3、Li3V3(PO4)3、LiVPO4F、Li2CuO2、Li5FeO4、TiS2、V2S3、FeS、FeS2、TiO2、Cr3O8、V2O5、MnO2、LiCo
x
Ni
1-x-y
Al
y
O2、LiFe
p
Mn
q
X
1-p-q
O4、Li
1+s
L
1-p-q
M
p
N
q
O2、LiYS
r
中的至少一种；其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1，0≤p≤1，0≤q≤1，0≤p+q≤1，-0.1≤s≤0.2，1≤r≤2.5；X包括Al、Mg、Ga、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Mo的至少一种；L、M、N各自独立地包括Li、Co、Mn、Ni、Fe、Al、Mg、Ga、Ti、Cr、Cu、Zn、Mo、F、I、S、B中的至少一种；Y包括Ti、Fe、Ni、Cu、Mo中的至少一种。
[0007]作为本专利技术的更进一步技术方案：所述正极界面修饰层包括以下重量百分比的原料：聚合物A30-80%、锂盐A15-50%、添加剂A0.1-50%；所述聚合物A包括聚丙烯腈、聚丙烯酸甲酯中的至少一种；
所述锂盐A包括LiPF6、LiClO4、LiAsF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiB(C2O4)2、LiBF2(CO2)2中的至少一种；所述添加剂A包括硼类添加剂、有机磷类添加剂、碳酸酯类添加剂、含硫添加剂、离子液体添加剂中的任意一种。
[0008]作为本专利技术的再进一步技术方案：所述固态电解质层包括钙钛矿型、钠离子导体型、石榴石型、硫化物型中的至少一种。
[0009]作为本专利技术的再进一步技术方案：所述负极界面修饰层包括以下重量百分比的原料：聚合物B30-80%、锂盐B15-50%、添加剂B0.1-50%；所述聚合物B包括聚氧化乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚(偏二氟乙烯-共六氟丙烯)中的至少一种；所述锂盐B包括LiPF6、LiClO4、LiAsF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiB(C2O4)2、LiBF2(CO2)2中的至少一种；所述添加剂B包括硝酸锂、氟代碳酸乙烯酯、氟化铜中的至少一种。
[0010]作为本专利技术的再进一步技术方案：所述负极为锂金属或锂合金中的任意一种。
[0011]一种全固态锂电池的制备方法，包括以下步骤：第一步、将聚合物A、锂盐A和添加剂A加入有机溶剂中，在20-120℃下搅拌均匀，然后均匀涂布1-50
µ
m厚，在40-120℃下烘干裁切，制成正极界面修饰层；第二步、将聚合物B、锂盐B和添加剂B加入有机溶剂中，搅拌均匀，然后均匀涂布1-50
µ
m厚，在40-120℃下烘干裁切，制成负极界面修饰层；第三步、将正极界面修饰层置于正极和固态电解质层之间，然后将负极界面修饰层置于负极与固态电解质层之间，制成全固态锂电池。
[0012]作为本专利技术的再进一步技术方案：所述有机溶剂包括乙腈、N-甲基-吡咯烷酮中的任意一种。
[0013]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：采用与锂兼容的聚合物修饰固态电解质层和锂负极之间的界面，采用耐高压的聚合物修饰固态电解质和高压正极之间的界面，采用分别修饰正负极界面的非对称界面修饰层可以改善界面润湿性，改善界面性能，极大降低了界面阻抗。
附图说明
[0014]图1为全固态锂电池的结构示意图。
[0015]图中：1-正极、2-正极界面修饰层、3-固态电解质层、4-负极界面修饰层、5-负极。
具体实施方式
[0016]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0017]在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等
术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0018]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0019]实施例1如图1所示的全固态锂电池，包括正极1、固态电解质3和负极5，所述固态电解质层3设置在正极1与负极5之间，所述正极1与固态电解质层3之间设置有正极界面修饰层2，所述负极5与固态电解质层3之间设置有负极界面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全固态锂电池，包括正极（1）、固态电解质（3）和负极（5），其特征在于：所述固态电解质层（3）设置在正极（1）与负极（5）之间，所述正极（1）与固态电解质层（3）之间设置有正极界面修饰层（2），所述负极（5）与固态电解质层（3）之间设置有负极界面修饰层（4），所述负极界面修饰层（4）和正极界面修饰层（2）的厚度均为1-50μm。2.根据权利要求1所述的全固态锂电池，其特征在于：所述正极1包括LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiFePO4、Li3V2(PO4)3、Li3V3(PO4)3、LiVPO4F、Li2CuO2、Li5FeO4、TiS2、V2S3、FeS、FeS2、TiO2、Cr3O8、V2O5、MnO2、LiCo
x
Ni
1-x-y
Al
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O2、LiFe
p
Mn
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X
1-p-q
O4、Li
1+s
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O2、LiYS
r
中的至少一种；其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1，0≤p≤1，0≤q≤1，0≤p+q≤1，-0.1≤s≤0.2，1≤r≤2.5；X包括Al、Mg、Ga、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Mo的至少一种；L、M、N各自独立地包括Li、Co、Mn、Ni、Fe、Al、Mg、Ga、Ti、Cr、Cu、Zn、Mo、F、I、S、B中的至少一种；Y包括Ti、Fe、Ni、Cu、Mo中的至少一种。3.根据权利要求1所述的全固态锂电池，其特征在于，所述正极界面修饰层（2）包括以下重量百分比的原料：聚合物A30-80%、锂盐A15-50%、添加剂A0.1-50%；所述聚合物A包括聚丙烯腈、聚丙烯酸甲酯中的至少一种；所述锂盐A包括LiPF6、...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾明，刘宇，徐向群，刘芳洋，蒋良兴，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：