一种具有负极界面修饰层的固态金属锂电池制造技术

本发明专利技术公开了一种具有负极界面修饰层的固态金属锂电池，该电池包括正极、固态电解质、金属锂负极和负极界面修饰层，负极界面修饰层位于金属锂负极和固态电解质之间，该负极界面修饰层是采用磁控溅射在固态电解质上制备的氮化铝涂层，本发明专利技术公开的具有氮化铝界面修饰层的固态锂电池，溅射的界面层致密和固态电解质结合紧密，可以将金属锂负极和固态电解质之间的界面从“疏锂性”变成“亲锂性”，从而有效改善界面亲锂性，在锂沉积过程中减少界面形核电位，提高界面稳定性，相比于未保护的固态金属锂电池能显著提高循环寿命，有效解决由锂负极和固态电解质带来的界面不浸润的现象，降低界面阻抗。面阻抗。面阻抗。

【技术实现步骤摘要】
一种具有负极界面修饰层的固态金属锂电池


[0001]本专利技术涉及固态电池
，特别是一种具有负极界面修饰层的固态金属锂电池。

技术介绍

[0002]锂金属负极以其极高的理论容量(3860mAh g
‑1)和最负的电势(
‑
3.040V vs.标准氢电极)而被称为是“圣杯”电极，被科研工作者们广泛研究。以金属锂为负极的组成的锂金属电池，包括锂
‑
硫电池、锂
‑
空电池和锂
‑
氧化物电池等，相比于锂离子电池的能量密度，锂金属电池都表现出很高的优势。液态金属锂电池因含有易燃易泄露的电解液存在一定的安全隐患，因此发展固态电解质代替电解液和隔膜，可以极大的提升电池的安全性，固态电池也可以多次叠片，提高电池的能量密度。
[0003]固态电池虽然具有很多的优势，但是仍面临着严重的界面问题，其主要是无机固态电解质与金属锂都是固体，存在固固接触的问题，而且部分固态电解质的界面对金属锂表现出不浸润的现象，这些问题会增加界面阻抗，影响固态电池的电化学性能。
[0004]本专利技术公开了一种具有负极界面修饰层的固态金属锂电池，该电池包括正极、固态电解质、金属锂负极和负极界面修饰层，负极界面修饰层位于金属锂负极和固态电解质之间，该负极界面修饰层是采用磁控溅射在固态电解质上制备的氮化铝涂层，本专利技术公开的具有氮化铝界面修饰层的固态锂电池，溅射的界面层致密和固态电解质结合紧密，可以将金属锂负极和固态电解质之间的界面从“疏锂性”变成“亲锂性”，从而有效改善界面亲锂性，在锂沉积过程中减少界面形核电位，提高界面稳定性，相比于未保护的固态金属锂电池能显著提高循环寿命，有效解决由锂负极和固态电解质带来的界面不浸润的现象，降低界面阻抗。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种具有负极界面修饰层的固态金属锂电池，该电池包括正极、固态电解质、金属锂负极和负极界面修饰层，负极界面修饰层位于金属锂负极和固态电解质之间，该负极界面修饰层是采用磁控溅射在固态电解质上制备的氮化铝涂层，本专利技术公开的具有氮化铝界面修饰层的固态锂电池，溅射的界面层致密和固态电解质结合紧密，可以将金属锂负极和固态电解质之间的界面从“疏锂性”变成“亲锂性”，从而有效改善界面亲锂性，在锂沉积过程中减少界面形核电位，提高界面稳定性，相比于未保护的固态金属锂电池能显著提高循环寿命，有效解决由锂负极和固态电解质带来的界面不浸润的现象，降低界面阻抗。
[0006]为实现以上技术效果，采用如下技术方案：
[0007]一种具有负极界面修饰层的固态金属锂电池，包括正极、固态电解质、负极界面修饰层和负极，所述负极界面修饰层是采用磁控溅射在固态电解质上制备的氮化铝层。
[0008]进一步的，所述氮化铝层的厚度为5nm～50μm，所述负极为锂金属或者锂的合金。
[0009]进一步的，所述负极界面修饰层的制备方法为：
[0010]步骤S1：将制备好的固态电解质表面清理后放入磁控溅射机器内，设置靶材，先抽真空；
[0011]步骤S2：向真空室内通入Ar气和N2气，控制N2和Ar气的比例，气流量，溅射时的气体压强，射频功率及基片加热温度范围，完成负极界面修饰层的制备。
[0012]进一步的，所述步骤S1中靶材为金属铝；所述步骤S1中抽真空小于7*10
‑4Pa。
[0013]进一步的，所述步骤S2中N2和Ar气的比例为(60
‑
95):(5
‑
40)；所述气流量20
‑
60sccm；所述溅射时的气体压强为0.3～1.0Pa；所述射频功率为10
‑
400W；所述基片加热温度范围20
‑
500℃。
[0014]进一步的，所述所述步骤S2中N2气和Ar气的比例为(80
‑
90):(10
‑
20)，步骤S2中溅射时的气体压强为0.6
‑
0.8Pa。
[0015]进一步的，所述所述步骤S2中射频功率200
‑
300W，所述步骤S2中基片的加热温度300
‑
450℃。
[0016]进一步的，所述所述氮化铝层的厚度为100nm～1μm。
[0017]进一步的，所述固态电解质包括钙钛矿型、NASICON型、石榴石型、卤化物型、硫化物型中的一种或几种。
[0018]进一步的，所述正极材料为LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiFePO4、Li3V2(PO4)3、Li3V3(PO4)3、LiVPO4F、Li2CuO2、Li5FeO4、TiS2、V2S3、FeS、FeS2、TiO2、Cr3O8、V2O5、MnO2、LiCo
x Ni1‑
x
‑
y
Al
y
O2、LiFe
p
Mn
q
X1‑
p
‑
q
O4、Li
1+s
L1‑
p
‑
q
M
p
N
q
O2和LiYS
r
中的一种或几种；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为Al、Mg、Ga、Cr、Co、Ni、Cu、Zn或Mo的至少一种，L、M、N各自独立地为Li、Co、Mn、Ni、Fe、Al、Mg、Ga、Ti、Cr、Cu、Zn、Mo、F、I、S和B中的至少一种，Y为Ti、Fe、Ni、Cu、Mo中的至少一种。
[0019]本专利技术的有益效果为：
[0020](1)本专利技术中，采用氮化铝为界面修饰层，可以有效解决由锂负极和固态电解质带来的界面不浸润的现象，可以减少界面阻抗，这是因为金属锂和氮化铝发生反应形成Li
‑
Al合金和Li3N，把界面从“疏锂性”变成“亲锂性”，可以解决界面的固固接触问题，同时还会提高界面的稳定性，在锂沉积过程中减少界面形核电位。
[0021](2)本专利技术采用的是反应溅射在固态电解质表面制备氮化铝界面层，溅射的界面层致密，且和固态电解质结合紧密。
[0022]综上所述，本专利技术公开了一种具有负极界面修饰层的固态金属锂电池，该电池包括正极、固态电解质、金属锂负极和负极界面修饰层，负极界面修饰层位于金属锂负极和固态电解质之间，该负极界面修饰层是采用磁控溅射在固态电解质上制备的氮化铝涂层，本专利技术公开的具有氮化铝界面修饰层的固态锂电池，溅射的界面层致密和固态电解质结合紧密，可以将金属锂负极和固态电解质之间的界面从“疏锂性”变成“亲锂性”，从而有效改善界面亲锂性，在锂沉积过程中减少界面形核电位，提高界面稳定性，相比于未保护的固态金属锂电池能显著提高循环寿命，有效解决由锂负极和固态电解质带来的界面不浸润的现象，降低本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有负极界面修饰层的固态金属锂电池，其特征在于，所述固态金属锂电池包括正极、固态电解质、负极界面修饰层和负极，所述负极界面修饰层是采用磁控溅射在固态电解质上制备的氮化铝层。2.如权利要求1所述的一种具有负极界面修饰层的固态金属锂电池，其特征在于，所述氮化铝层的厚度为5nm～50μm，所述负极为锂金属或者锂的合金。3.如权利要求1所述的一种具有负极界面修饰层的固态金属锂电池，其特征在于，所述负极界面修饰层的制备方法为：步骤S1：将制备好的固态电解质表面清理后放入磁控溅射机器内，设置靶材，先抽真空；步骤S2：向真空室内通入Ar气和N2气，控制N2和Ar气的比例，气流量，溅射时的气体压强，射频功率及基片加热温度范围，完成负极界面修饰层的制备。4.如权利要求3所述的一种具有负极界面修饰层的固态金属锂电池，其特征在于，所述步骤S1中靶材为金属铝；所述步骤S1中抽真空小于7*10
‑4Pa。5.如权利要求3所述的一种具有负极界面修饰层的固态金属锂电池，其特征在于，所述步骤S2中N2和Ar气的比例为(60
‑
95):(5
‑
40)；所述气流量20
‑
60sccm；所述溅射时的气体压强为0.3～1.0Pa；所述射频功率为10
‑
400W；所述基片加热温度范围20
‑
500℃。6.如权利要求3所述的一种具有负极界面修饰层的固态金属锂电池，其特征在于，所述所述步骤S2中N2气和Ar气的比例为(80
‑
90):(10
‑
20)，步骤S2中溅射时的气体压强为0.6
‑
0.8Pa。7.如权利要求3所述的一种具有负极界面修饰层的固态金属锂电池，其特征在于，所述所述步骤S2中射频功率200
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：王镛皓，何锦泓，原卓君，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：