一种固态锂电池用复合电极材料制造技术

本发明专利技术属于锂电池技术领域，具体涉及一种具有定向非连续分布单晶纳米颗粒结构特征的复合电极材料。本发明专利技术所述的复合电极材料包括电极活性材料，固态电解质材料，以及由电极活性材料表面、在电极活性材料表面定向且非连续分布的纳米单晶材料及其周围的固态电解质材料所组成的界面层。本发明专利技术公开的复合电极材料可以大幅提升固态锂电池的倍率性能和能量密度，具有应用前景。具有应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种固态锂电池用复合电极材料


[0001]本专利技术属于锂电池
，具体涉及一种固态锂电池用复合电极材料，进一步的说一种具有定向非连续分布单晶纳米颗粒结构特征的固态锂电池电极/电解质界面用的复合电极材料。

技术介绍

[0002]随着消费电子产品、通讯设备、电动汽车等的快速发展，用作其电源的锂电池的开发备受关注，亟需发展高能量密度高安全的锂电池技术。固态锂电池用固态电解质取代易燃的有机液态电解液，且其与高比能负极兼容性更高，兼具高安全和高能量密度的优势。
[0003]固态锂电池一般由正极、负极和固态电解质组成。其中，正极和负极分别是由正极活性材料和负极活性材料与固态电解质复合而成的复合电极。在复合电极中，锂离子通过电极活性材料与固态电解质之间的固-固接触界面进行传输。但是，由于固体特性使得电极活性材料与固态电解质之间的界面阻抗较高，导致锂离子在界面上的传输困难，限制了固态锂电池能量密度和倍率性能的发挥。
[0004]在专利文献1(申请号：DE102020102339)中公开了一种固态电池，包括正极，负极和在正极和负极之间的固体电解质。其特征在于阳极或阴极包括活性材料的结合颗粒，其上具有自适应的混合离子和电子传导界面层，在固体电池的工作过程中提供离子和电子的传输路径，并且没有固体电解质颗粒，起到了降低界面阻抗和提高电池能量密度的作用。
[0005]在专利文献2(申请号：201921483564.X)中公开了一种基于无机氧化物颗粒的电极及固态电池，其特征为电极活性层内用于传导离子的无机氧化物颗粒I与固态电解质层内含有的无机氧化物颗粒Ⅱ接触形成离子传输通道，能够有效提高电极内的离子渗透率，减小界面电阻，增强离子传输效率。
[0006]在专利文献3(申请号：201810399208.3)中公开了一种多孔正极片，通过将固态电解质灌注至极片内部增强极片内部离子传输的能力。
[0007]上述方式，通过复合电极材料中改善接触或者增加离子传输通道来提高界面离子传输能力，不能从根本上解决电极/电解质界面固有的离子传输困难的问题。

技术实现思路

[0008]本专利技术目的在于鉴于上述实际情况，提供一种固态锂电池用复合电极材料，具有定向非连续分布单晶纳米颗粒结构特征的固态锂电池用电极/电解质界面的复合电极材料，其通过界面电场的调控从根本上提高电极/电解质界面固有的锂离子传输能力。
[0009]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0010]一种固态锂电池用复合电极材料，复合电极材料为电极活性材料，固态电解质材料，活性材料表面形成的界面层；其中，界面层为电极活性材料表面，电极活性材料表面定向非连续分布的纳米单晶材料颗粒及其周围的固态电解质材料所组成。
[0011]所述电极为正极或负极。
[0012]所述颗粒为纳米单晶材料于电极活性材料表面原位形成颗粒以特定方向在电极材料表面以一致的晶体取向方向生长的颗粒，并且形成的颗粒两两之间有间隔。
[0013]所述具有定向非连续分布单晶纳米材料颗粒通过调控电极活性材料与单晶纳米材料的晶面之间的晶格常数匹配性来获得、通过调控电极材料与单晶纳米颗粒之间的静电相互作用获得、晶格几何匹配获得、立体化学互补获得或氢键的作用来获得，使纳米单晶材料形成颗粒在活性材料表面使按同一方向生长，且两两颗粒间有间隔。
[0014]所述界面层中在电极活性材料表面非连续分布的纳米单晶材料为粒径d＝1-500nm的纳米单晶颗粒在电极活性材料的表面以间距L>1nm的间隔分布排列。优选的所述在电极活性材料表面非连续分布的纳米单晶材料的粒径d小于电极活性材料的粒径或厚度。
[0015]所述纳米单晶材料为介电材料。
[0016]所述介电材料为铁电材料和/或压电材料。
[0017]所述正极活性材料为以往公知的材料，可以列举例如：由通式Li
x
M
y
O
z
(x＝0～4，y＝1～2，z＝1～5)表示的正极活性材料，其中M可以列举选自Co、Mn、Ni、Al、Cr、V、Fe、Mo、Ru、Si中的至少一种；由通式LiM
’
PO4(M
’
可以列举选自Fe、Mn、Co、Ni中的至少一种)表示的正极活性材料；S，TiS2，FeS2，CuF2，FeF3、Mg2Sn等正极活性材料；所述负极活性材料为以往公知的材料，可以列举例如：Li单质，Li合金，In单质，Si单质，SiO
x
(x＝1-1.6)、Si-C复合材料，Si合金，Ge单质，Sn单质，碳材料，Li4Ti5O
12
等。优选的正极活性材料为LiCoO2，LiNi
0.8
Co
0.1
Mn
0.1
O2，Li
1.2
Ni
0.24
Co
0.04
Mn
0.48
O2、LiNi
0.5
Mn
1.5
O4，LiCoPO4，LiFePO4，FeS2。优选的负极活性材料为Li单质，Li-In合金，Li-Si合金，Li-Ge合金，Si-C复合材料，Li4Ti5O
12
。
[0018]所述固态电解质材料为以往公知的材料，可以列举例如硫化物电解质，氧化物电解质，卤化物电解质，聚合物电解质，氮化物电解质。
[0019]作为硫化物电解质，可以列举例如：Li6PS5X(X＝F，Cl，Br，I)、Li3PS4、Li2S-M
x
S
y
(M＝Al，Si，P，0<x<3，0<y<6)、Li
10
GeP2S
12
、Li
10
SiP2S
12
、Li
3.25
Ge
0.25
P
0.75
S4等。
[0020]作为氧化物电解质，可以列举例如：钙钛矿型Li
3x
La
2/3-x
TiO3(x＝0.04-0.17)，NASICON型Li
1+x
Al
x
M
2-x
(PO4)3(M＝Ti，Ge，0<x<2)，石榴石型Li7La3M2O
12
(M＝Zr,Ta)，LiPON等。
[0021]作为卤化物电解质，可以列举例如：Li3ErCl6、Li3YCl6、Li3YBr6、Li3InCl6、Li3OCl、Li3OBr、Li3OCl
0.5
Br
0.5
等。
[0022]作为聚合物电解质，由聚合物基体和锂盐构成，其中聚合物基体可以列举例如：聚环氧乙烷，聚丙烯腈，聚偏氟乙烯，聚甲基丙烯酸甲酯，聚环氧丙烷，单离子聚合物电解质等。锂盐可以列举例如：LiC本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固态锂电池用复合电极材料，其特征在于：复合电极材料为电极活性材料，固态电解质材料，活性材料表面形成的界面层；其中，界面层为电极活性材料表面，电极活性材料表面定向非连续分布的纳米单晶材料颗粒及其周围的固态电解质材料所组成。2.根据权利要求1所述的复合电极材料，其特征在于，所述电极为正极或负极。3.根据权利要求1所述的复合电极材料，其特征在于，所述颗粒为纳米单晶材料于电极活性材料表面原位形成颗粒以特定方向在电极材料表面以一致的晶体取向方向生长的颗粒，并且形成的颗粒两两之间有间隔。4.根据权利要求1所述的复合电极材料，其特征在于，所述具有定向非连续分布单晶纳米材料颗粒通过调控电极活性材料与单晶纳米材料的晶面之间的晶格常数匹配性来获得、通过调控电极材料与单晶纳米颗粒之间的静电相互作用获得、晶格几何匹配获得、立体化学互补获得或氢键的作用来获得，使纳米单晶材料形成颗粒在活性材料表面使按同一方向...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔光磊，马君，王龙龙，孙兴伟，虞鑫润，徐红霞，
申请(专利权)人：中国科学院青岛生物能源与过程研究所，
类型：发明
国别省市：