复合负极极片、固态电池及复合负极极片的制备方法技术

本发明专利技术涉及电池技术领域，提供一种复合负极极片、固态电池及复合负极极片的制备方法，复合负极极片包括层叠设置的负极集流层和复合锂金属层，复合锂金属层包括按比例混合的锂金属和负极固态电解质。本发明专利技术提供的复合负极极片，在负极集流层上设置一层复合锂金属层，该复合锂金属层由锂金属和负极固态电解质按比例混合形成，这样，相较于在锂箔表面设置一氟化锂保护层的形式，该种复合形式能够提高了锂金属与负极固态电解质的接触面积，增加可沉积位点，从而能够适应更高的电流密度，减小锂枝晶的生长。枝晶的生长。枝晶的生长。

【技术实现步骤摘要】
复合负极极片、固态电池及复合负极极片的制备方法


[0001]本专利技术涉及电池
，尤其提供一种复合负极极片、具有该复合负极极片的固态电池以及该复合负极极片的制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池的商业应用带来了3C类电子设备和电动汽车的市场繁荣。电动汽车的续航不足和经常发生的自燃事件给电池的能量密度和安全性提出了迫切的要求。发展下一代高能量密度和高安全的电池系统已经迫在眉睫
。
[0003]固态锂金属电池利用固态电解质代替液态电解液，解决了电池自燃的问题；而锂金属的理论能量密度是石墨负极的十倍，因此锂金属负极的安全应用是下一代高能量密度电池的关键。
[0004]相对于液态电池中的石墨电池，锂金属箔做为负极，与固态电解质层的接触面积有限，导致充电过程中沉积位点有限，在相同的电流密度下锂金属箔所承受的实际电流密度或锂离子密度远大于液态电池中的石墨负极，锂金属负极将极易产生枝晶，枝晶一方面会降低负极的充放电效率，另一方面在极端条件下由于固态电解质的致密性、机械强度、电子导电率等也会穿透固态电解质导致电池短路，甚至失效，尤其是无法满足目前的快充需求。在放电方面，有限的接触面积会直接导致较低的锂离子传输通道，使大电流放电性能受到限制，不利于锂金属全固态电池的大功率的输出。
[0005]目前，抑制锂枝晶的方法主要是在锂箔表面处理一层高强度的保护层，例如，氟化锂或氧化铝层，用于防止锂枝晶刺穿保护层，但该种方法仅在0.5～1.0mAh/cm2的低面容量密度下以及小于0.5mA/cm2的低电流密度下可以起到有效作用。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的提供一种复合负极极片，旨在解决现有的锂金属负极易出现枝晶的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种复合负极极片，包括层叠设置的负极集流层和复合锂金属层，复合锂金属层包括按比例混合的锂金属和负极固态电解质。
[0008]本专利技术的有益效果：本专利技术提供的复合负极极片，在负极集流层上设置一层复合锂金属层，该复合锂金属层由锂金属和负极固态电解质按比例混合形成，这样，相较于在锂箔表面设置一氟化锂保护层的形式，该种复合形式能够提高了锂金属与负极固态电解质的接触面积，增加可沉积位点，从而能够适应更高的电流密度，减小锂枝晶的生长。
[0009]在一个实施例中，在复合锂金属层中，锂金属与负极固态电解质的质量比范围为(1-9):1。
[0010]在一个实施例中，负极固态电解质为石榴石型LLZO电解质。
[0011]通过采用上述技术方案，石榴石型LLZO电解质的电化学稳定性高，通过第一性原理计算的石榴石型LLZO电解质的电化学稳定窗口在0.04V-2.91V。
[0012]在一个实施例中，负极固态电解质为Li
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P3S7电解质。
[0013]通过采用上述技术方案，Li
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P3S7电解质具有较高的离子电导率，具体地，其室温离子电导率均可达10-3-10-2
s/cm。
[0014]在一个实施例中，负极集流层为铜层。
[0015]通过采用上述技术方案，铜层具有良好的导电性，质地柔软；以及铜层的氧化层较为疏松，为了防止氧化，在低电位时，锂金属难与铜层形成嵌锂合金。
[0016]在一个实施例中，复合锂金属层的厚度为5μm～100μm。
[0017]通过采用上述技术方案，复合锂金属层的厚度在上述范围内，其化学性能良好。
[0018]在一个实施例中，负极集流层的厚度为1μm～20μm。
[0019]通过采用上述技术方案，负极集流层的厚度在上述范围内，其电化学稳定性良好。
[0020]本专利技术还提供一种固态电池，包括正极极片，还包括上述的复合负极极片，正极极片与复合负极极片层叠设置，并且，正极极片朝向于复合负极极片的复合锂金属层。
[0021]本专利技术的有益效果：本专利技术提供的固态电池，在具有上述复合负极极片的基础上，具有更大的充放电倍率，以及更好的安全性能。
[0022]在一个实施例中，正极极片包括依次层叠的正极固态电解质层、正极涂层以及正极集流层，正极固态电解质层朝向于复合负极极片的复合锂金属层。
[0023]通过采用上述技术方案，正极极片的正极固态电解质层与复合负极极片的复合金属层相抵接，可改善固态电池的界面电阻情况，不但提高了固态电池的电性能还能够保证电池安全性不降低。
[0024]本专利技术还提供上述复合负极极片的制备方法，该制备方法步骤如下，
[0025]将锂金属和负极固态电解质按质量比范围为(1-9):1进行混合，形成复合电解质混合物；
[0026]对复合电解质混合物进行加热，加热温度范围为200℃～300℃，并且，同时进行搅拌，搅拌时长为60min～180min；
[0027]通过采用上述技术方案，将负极固态电解质和锂金属充分混合均匀。
[0028]待复合电解质混合物冷却后，压制呈片状铺设于负极集流层上。
[0029]通过采用上述技术方案，将复合锂金属层与负极集流层组合形成复合负极极片。
[0030]本专利技术的有益效果：本专利技术提供的复合负极极片的制备方法，通过该制备方法制成的复合负极极片，提高了锂金属与负极固态电解质的接触面积，增加可沉积位点，从而能够适应更高的电流密度，减小锂枝晶的生长。
附图说明
[0031]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0032]图1为本专利技术实施例提供的复合负极极片的剖面示意图；
[0033]图2为本专利技术实施例提供的固态电池的剖面示意图。
[0034]其中，图中各附图标记：
[0035]复合负极极片100、负极集流层101、复合锂金属层102、正极极片200、正极固态电解质层201、正极涂层202、正极集流层203。
具体实施方式
[0036]下面详细描述本专利技术的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0037]请参考图1，本专利技术实施例提供的复合负极极片100，包括层叠设置的负极集流层101和复合锂金属层102，复合锂金属层102包括按比例混合的锂金属和负极固态电解质。
[0038]其中，在复合锂金属层102中，锂金属与负极固态电解质的质量比范围为(1-9):1。负极固态电解质为石榴石型LLZO电解质，或者是硫化物固态电解质，例如，Li
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P3S7。负极集流层101为铜层。复合锂金属层102的厚度为5μm～100μm，负极集流层101的厚度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合负极极片，其特征在于：包括层叠设置的负极集流层和复合锂金属层，所述复合锂金属层包括按比例混合的锂金属和负极固态电解质。2.根据权利要求1所述的复合负极极片，其特征在于：在所述复合锂金属层中，锂金属与负极固态电解质的质量比范围为(1-9):1。3.根据权利要求1所述的复合负极极片，其特征在于：所述负极固态电解质为石榴石型LLZO电解质。4.根据权利要求1所述的复合负极极片，其特征在于：所述负极固态电解质为Li
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P3S7电解质。5.根据权利要求1所述的复合负极极片，其特征在于：所述负极集流层为铜层。6.根据权利要求1所述的复合负极极片，其特征在于：所述复合锂金属层的厚度为5μm～100μm。7.根据权利要求1所述的复合负极极片，其特征在于：所述负极集流层的厚度为1μm～20μm。8....

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ七四专利代理机构，
申请(专利权)人：恒大新能源技术深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：