一种磁场辅助构建固态电池锂负极双层界面的方法及应用技术

一种磁场辅助构建固态电池锂负极双层界面的方法及应用，属于固态电池技术领域，具体方案包括以下步骤：步骤一、对固态电解质片的表面进行打磨抛光；步骤二、将磁性金属卤化物修饰在打磨后的固态电解质片表面，得到经磁性金属卤化物修饰的固态电解质片；步骤三、将锂负极与修饰有磁性金属卤化物的固态电解质片的表面复合，施加磁场后在180～400℃下加热反应15～60min，得到包含卤化锂和磁性金属的固态电解质/锂负极的双层修饰界面，其中，磁性金属靠近锂负极一侧，卤化锂靠近固态电解质一侧。本发明专利技术操作方法简单高效可靠，不需要使用操作复杂的精密仪器，而且改善效果优异，易于大规模推广应用。大规模推广应用。大规模推广应用。

【技术实现步骤摘要】
一种磁场辅助构建固态电池锂负极双层界面的方法及应用


[0001]本专利技术属于固态电池
，具体涉及一种固态锂电池负极界面的改性方法，尤其涉及一种磁场辅助构建固态电池锂负极双层界面的方法及应用。

技术介绍

[0002]固态锂电池(SSLBs)相比传统的液态锂离子电池具有更高的理论能量密度和优异的安全性，因而受到广泛的关注。固态电解质(SSEs)是SSLBs的关键组件，以LLZO为代表的石榴石型固态电解质，具有较高的锂离子电导率(室温下10
‑4～10
‑3Scm
‑1)、优异的热稳定性、良好的电化学稳定性和对锂阳极的稳定性，表现出优异的综合性能。然而，石榴石型固态电解质与锂负极间不良的界面接触导致了锂枝晶在界面处生长，另外石榴石型固态电解质的电子电导率不够低(～10
‑8Scm
‑1)，使得锂在电解质内部缺陷和晶界处成核生长形成锂枝晶，这严重阻碍了固态锂电池的实际应用。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对石榴石型固态电解质与锂负极间界面接触不良、界面阻抗高，锂枝晶在界面和电解质内部生长的问题，提供了一种利用磁场来辅助构建固态电池锂负极双层界面的方法及应用。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
[0005]一种磁场辅助构建固态电池锂负极双层界面的方法，包括以下步骤：
[0006]步骤一、对固态电解质片的表面进行打磨抛光；
[0007]步骤二、将磁性金属卤化物修饰在打磨后的固态电解质片表面，得到经磁性金属卤化物修饰的固态电解质片；
[0008]步骤三、将锂负极与修饰有磁性金属卤化物的固态电解质片的表面复合，施加磁场后在180～400℃下加热反应15～60min，得到包含卤化锂和磁性金属的固态电解质/锂负极的双层修饰界面，其中，磁性金属单质层靠近锂负极一侧，卤化锂层靠近固态电解质一侧。
[0009]进一步的，固态电解质为石榴石型固态电解质Li7‑
x
La3Zr2‑
x
M
x
O
12
，及其掺杂化合物中的至少一种，其中M为Nb或Ta，其中0≤x＜2。
[0010]进一步的，步骤二中，将磁性金属卤化物修饰在打磨后的固态电解质片表面的方法为：将磁性金属卤化物涂覆在打磨后的固态电解质片表面。
[0011]进一步的，涂覆的方式包括滴涂、旋涂、溅射中的至少一种。
[0012]进一步的，所述的磁性金属卤化物中，磁性金属元素包括铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)中的至少一种。
[0013]进一步的，所述的磁性金属卤化物中，卤化物元素包括氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)中的至少一种。
[0014]进一步的，所述的磁性金属卤化物包含或不包含水合分子，包含水合分子时，反应
产物中卤化锂层中会包含氧化锂，也可以传输锂离子。
[0015]进一步的，单位面积固态电解质片表面所涂覆的磁性金属卤化物的质量为0.002～0.05mg/cm2。
[0016]上述方法应用在固态锂电池的制备过程中得到固态锂电池。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0018]磁性金属卤化物与熔融的金属锂进行原位转化反应后会形成卤化锂和磁性金属单质，在磁场的牵引下会使两者分层，磁性金属单质层靠近锂负极一侧，卤化锂层靠近电解质一侧。卤化锂修饰层具有良好的传导锂离子的能力和优异的电子绝缘性，可以有效的在界面处传输锂离子，并且阻隔电子向电解质内部传输，防止锂离子在电解质内部缺陷和晶界处成核生长，在电解质内部形成锂枝晶。磁性金属单质层与锂金属结合，传输锂离子的同时具有良好的导电子能力，可以使表面电场均匀分布，使得锂均匀沉积/剥离，防止由于表面电场分布不均匀导致锂在电极表面高电流密度处优先沉积形成锂枝晶。基于固态电解质与锂金属负极之间的双层界面对锂枝晶生长的抑制作用，使得所制备的固态电池可以实现长寿命的稳定循环。
[0019]本专利技术操作方法简单高效可靠，不需要使用操作复杂的精密仪器，而且改善效果优异，易于大规模推广应用。
附图说明
[0020]图1为对比例中以未经修饰的Li
6.5
La3Zr
1.5
Ta
0.5
O
12
所组装的对称电池的阻抗图；
[0021]图2为实施例1中经FeF3修饰的Li
6.5
La3Zr
1.5
Ta
0.5
O
12
所组装的对称电池的阻抗图，图中GBIL为Gradientbilayerinterfacelayer的缩写，意为梯度双层界面层；
[0022]图3为实施例1中经FeF3修饰的Li
6.5
La3Zr
1.5
Ta
0.5
O
12
所组装的阻塞电池的时间电流曲线图中GBIL为Gradientbilayerinterfacelayer的缩写，意为梯度双层界面层；
[0023]图4为实施例1中经FeF3修饰的Li
6.5
La3Zr
1.5
Ta
0.5
O
12
所组装的对称电池的长循环性能图。
具体实施方式
[0024]下面将结合附图和实施例，对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0025]实施例1
[0026]一种磁场辅助构建固态电池锂负极双层界面的方法，包括以下步骤：
[0027]步骤一、对固态电解质片Li
6.5
La3Zr
1.5
Ta
0.5
O
12
的两个表面进行打磨抛光；
[0028]步骤二、将5μl质量分数为0.2％的FeF3的甲醇分散液使用旋涂机涂覆在打磨后的直径为12mm的固态电解质片表面，得到经FeF3修饰的固态电解质片；
[0029]步骤三、在经FeF3修饰的固态电解质片上下两个表面分别放置锂片搭建固态锂对称电池，随后放置在加热台上，施加磁场后在300℃加热20min，得到包含氟化锂(LiF)和磁性金属铁(Fe)的固态电解质/锂负极的双层修饰界面，其中，磁性金属单质铁靠近锂负极一
侧，氟化锂靠近固态电解质一侧。
[0030]实施例2
[0031]一种磁场辅助构建固态电池锂负极双层界面的方法，包括以下步骤：
[0032]步骤一、对固态电解质片Li
6.5
La3Zr
1.5
Ta
0.5
O
12
的两个表面进行打磨；
[0033]步骤二、将5μl质量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁场辅助构建固态电池锂负极双层界面的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、对固态电解质片的表面进行打磨抛光；步骤二、将磁性金属卤化物修饰在打磨后的固态电解质片表面，得到经磁性金属卤化物修饰的固态电解质片；步骤三、将锂负极与修饰有磁性金属卤化物的固态电解质片的表面复合，施加磁场后在180～400℃下加热反应15～60min，得到包含卤化锂和磁性金属的固态电解质/锂负极的双层修饰界面，其中，磁性金属靠近锂负极一侧，卤化锂靠近固态电解质一侧。2.根据权利要求1所述的一种磁场辅助构建固态电池锂负极双层界面的方法，其特征在于：固态电解质为石榴石型固态电解质Li7‑
x
La3Zr2‑
x
M
x
O
12
，及其掺杂化合物中的至少一种，其中M为Nb或Ta，其中0≤x＜2。3.根据权利要求1所述的一种磁场辅助构建固态电池锂负极双层界面的方法，其特征在于：步骤二中，将磁性金属卤化物修饰在打磨后的固态电解质片表面的方法为：将...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵光宇，白小明，张乃庆，张宇，杨贵业，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：