一种全固态锂电池界面缓冲层、制备方法及全固态锂电池技术

本发明专利技术公开了一种全固态锂电池界面缓冲层、制备方法及全固态锂电池，界面缓冲层包括锂离子筛吸附剂和聚氧化乙烯；所述界面缓冲层设置于全固态锂电池的固态电解质和极片之间。设置包含锂离子筛吸附剂的缓冲层，使H

【技术实现步骤摘要】
一种全固态锂电池界面缓冲层、制备方法及全固态锂电池


[0001]本专利技术涉及固态电池领域，具体涉及一种全固态锂电池界面缓冲层、制备方法及全固态锂电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池已经成为人类生活必需品之一，在消费电子产品、电动汽车、航空航天产品的众多领域中发挥着重要作用。目前，随着电气化需求的持续增长，锂离子电池的使用率也呈指数级增长，因此，非常需要安全且具有高能量密度的电池。目前含有液态电解液的锂离子电池由于使用高度易燃的有机溶剂，存在着火甚至爆炸的重大风险。用固体电解质替换液态电解液肯定会提高电池的安全性，因为固体电解质不存在易燃性和电解质泄漏问题。此外，固体电解质使得锂金属负极的使用成为可能，这将大大提高电池的能量密度。因此，全固态电池被视为未来的关键技术之一，近年来受到广泛关注。
[0003]但是与液态电解液不同，固体电解质不能流动或渗透到全固态电池中的间隙中，导致粒子之间的物理接触较差。由于全固态电池中的所有组件都是固体，因此制造全固态电池需要依次堆叠正极、电解质和负极，从而形成多个界面，存在严重的界面接触问题。(HAN Xiaogang,GONG Yunhui,FU Kun,et al.Negating interfacial impedance in garnet
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based solid
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state Li metal batteries[J].Nature Materials,2017,16(5):572
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579.)特别是固态电解质与金属锂负极的界面，点对点的固固接触界面，往往会引发较大的界面接触电阻和不均匀的电流分布，带来锂枝晶的问题。除此之外，锂金属具有极低还原电位，可以还原绝大部分固态电解质(如S基，Ge基等)，导致副反应的发生。(XIAO Wei,WANG Jingyu,FAN Linlin,et al.Recent advances in Li1+xAlxTi2
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x(PO4)3solid
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state electrolyte for safe lithium batteries[J].Energy Storage Materials,2019,19:379
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400)研究界面反应过程机制，开发功能化界面层，是突破全固态电池应用难题的关键。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是解决现有全固态锂电池中固态电解质与电极不兼容的技术问题。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术提供了一种全固态锂电池界面缓冲层，包括锂离子筛吸附剂和聚氧化乙烯；所述界面缓冲层设置于全固态锂电池的固态电解质和极片之间。
[0006]可选地，所述锂离子筛吸附剂包括HMn2O4、H
1.33
Mn
1.67
O4、H
1.6
Mn
1.6
O4中的任意一种或多种。
[0007]可选地，所述聚氧化乙烯的分子量为60w
‑
100w。
[0008]本专利技术还提供了一种用于制备上述全固态锂电池界面缓冲层的制备方法，其特征在于，包括：
[0009]步骤1，研磨锂离子筛吸附剂；
[0010]步骤2，制备聚氧化乙烯溶液；
[0011]步骤3，将研磨后的锂离子筛吸附剂溶解于所述聚氧化乙烯溶液中，获得界面缓冲层浆料；
[0012]步骤4，将所述界面缓冲层浆料涂抹于全固态锂电池的极片上，干燥至溶剂挥发后，形成所述界面缓冲层。
[0013]可选地，步骤1中，将所述锂离子筛吸附剂研磨至粒径20nm
‑
30nm。
[0014]可选地，步骤2中，聚氧化乙烯的浓度为0.05g/mL
‑
0.2g/mL。
[0015]可选地，所述界面缓冲层浆料中锂离子筛吸附剂的浓度为0.005g/mL
‑
0.02g/mL。
[0016]可选地，所述界面缓冲层浆料为胶体。
[0017]可选地，将所述界面缓冲层浆料涂抹于全固态锂电池的极片后，静置7
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9h，转移至真空烘箱中，70℃
‑
100℃下烘烤5
‑
6h。
[0018]本专利技术还提供了一种全固态锂电池，包括正极、固态电解质和负极，在正极与固态电解质之间和负极与固态电解质之间，均设有上述界面缓冲层。
[0019]本专利技术的有益效果为：
[0020](1)设置包含锂离子筛吸附剂的缓冲层，使H
+
/Li
+
在较缓慢的交换反应速率下进行，交换反应发生后，H
+
和缓冲层中的聚氧化乙烯发生成键反应，不会带来副反应，确保了电池的安全性。
[0021](2)锂离子筛吸附剂的尺寸为20
‑
30nm，分散于聚氧化乙烯溶液后可形成胶体，使得在极片上形成锂离子筛吸附剂分布非常均匀的界面缓冲层，同时可发挥纳米尺寸效应。尤其在金属锂负极与固态电解质界面处，可在锂离子沉积浓度高的地方发生较快的H
+
/Li
+
交换反应，在锂离子沉积浓度低的地方发生较慢的H
+
/Li
+
交换反应，避免了由于局部锂浓度过高而引起的锂枝晶，解决了金属锂负极与固态电解质界面兼容性的问题。
[0022](3)H
+
/Li
+
交换反应发生后，H
+
会和缓冲层中的聚氧化乙烯发生成键反应，形成氢键，聚氧化乙烯的长链被打断，聚氧化乙烯的结晶度降低，因此在通过聚氧化乙烯这种软物质来降低界面阻抗的同时，也避免了离子传导的减弱，确保电池在常温下可以工作。
[0023](4)本专利技术的全固态锂电池通过在电极和固体电解质之间设置含有锂离子筛吸附剂的缓冲层，实现了全固态锂电池在常温下正常工作，且具有高的容量及稳定循环性能。
[0024](5)本专利技术的界面缓冲层的原料易得，成本低，且制备工艺易扩大化，可普遍应用于各类固态电池体系。
附图说明
[0025]图1为本专利技术提供的全固态锂电池的内部结构示意图。
[0026]图2为本专利技术实施例1制备的球磨后的锂离子筛吸附剂的电镜图。
[0027]图3为本专利技术实施例2制备的界面缓冲层的电镜图。
[0028]图4为本专利技术实施例3制备的界面缓冲层对锂稳定测试结果图。
[0029]图5为本专利技术实施例3制备的全固态锂电池循环曲线图。
[0030]图中，1
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正极，2
‑
第一界面缓冲层，3
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固态电解质，4
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第二界面缓冲层，5
‑
锂负极。
具体实施方式
[0031]下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施
例是本专利技术一部分实施例，而不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全固态锂电池界面缓冲层，其特征在于，包括锂离子筛吸附剂和聚氧化乙烯；所述界面缓冲层设置于全固态锂电池的固态电解质和极片之间。2.如权利要求1所述的界面缓冲层，其特征在于，所述锂离子筛吸附剂包括HMn2O4、H
1.33
Mn
1.67
O4、H
1.6
Mn
1.6
O4中的任意一种或多种。3.如权利要求1所述的界面缓冲层，其特征在于，所述聚氧化乙烯的分子量为60w
‑
100w。4.一种用于制备如权利要求1
‑
3任意一项所述的全固态锂电池界面缓冲层的制备方法，其特征在于，包括：步骤1，研磨锂离子筛吸附剂；步骤2，制备聚氧化乙烯溶液；步骤3，将研磨后的锂离子筛吸附剂溶解于所述聚氧化乙烯溶液中，获得界面缓冲层浆料；步骤4，将所述界面缓冲层浆料涂抹于全固态锂电池的极片上，干燥至溶剂挥发后，形成所述界面缓冲层。5.如权利要求4所述的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱蕾，张竞择，汤卫平，吴勇民，陈玉华，
申请(专利权)人：上海空间电源研究所，
类型：发明
国别省市：