一种应用于固态电池的Li-Al负极材料的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种固态电池Li

【技术实现步骤摘要】
一种应用于固态电池的Li
‑
Al负极材料的制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及固态电池领域，具体涉及一种Li
‑
Al负极材料的制备方法及其在全固态锂硫电池中的应用。

技术介绍

[0002]硫化物全固态电池具有易加工、界面阻抗低，且其电解质与液态电解质离子电导率相近，安全性能高等优点，引起了国内外研究人员的广泛关注，是固态电池实现商业化应用极具希望的技术路线之一。
[0003]锂的使用是保证锂硫电池高能量密度的重要前提。原因是金属锂自身具有最负的电极电势，较低的密度和极高的理论比容量，并且使用金属锂作为负极无需添加导电剂、粘结剂与导电集流体等附加增重物质。因此金属锂相比硅碳负极与石墨负极等传统负极，可以达到更高的真实比容量，直接提高了电池的实际能量密度。但金属Li在循环过程中，锂的沉积和脱去过程并不是均匀的，这将导致锂枝晶的产生，锂枝晶的生长有可能刺穿隔膜导致电池短路等安全问题。同时，金属Li也容易和空气中的氧气和水分发生反应。
[0004]将Li金属合金化是改善上述缺陷的有效办法。锂合金负极可以提高界面润湿性，抑制界面副反应的发生，增强固态电解质界面的化学机械稳定性，避免锂枝晶生长造成的短路。同时相比于液态锂离子电池，合金负极在全固态电池中可以表现出更高的能量密度和更高的稳定性。
[0005]基于上述理由，提出本申请。

技术实现思路

[0006]基于上述理由，针对现有技术中存在的问题或缺陷，本专利技术的目的在于提供一种应用于固态电池的Li
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Al负极材料的制备方法及其应用，解决或至少部分解决现有技术中存在的上述技术缺陷：该锂铝合金负极理论比容量高，电极工作电位低，可以实现高能量密度的全固态电池。
[0007]为了实现本专利技术的上述第一个目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0008]一种固态电池用Li
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Al合金负极材料，所述负极材料是由锂箔和铝粒通过熔融法制备而成。
[0009]上述所述固态电池用Li
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Al合金负极材料的制备方法，具体包括如下步骤：
[0010]步骤一：在惰性气氛下的手套箱中，预处理锂箔，去除表面的钝化层；使锂片表面光滑、平整、无杂质；
[0011]步骤二：在惰性气氛下的手套箱中，称取一定比例的锂箔和铝粒，加热熔融，并搅拌均匀，降温冷却，得到Li
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Al合金。
[0012]优选地，上述技术方案，所述步骤一、二中的惰性气氛为O2浓度小于0.01ppm、H2O浓度小于0.01ppm的氩气环境。
[0013]优选地，上述技术方案，所述步骤二中，锂箔和铝粒的质量比为7：3～9：1。
[0014]优选地，上述技术方案，所述步骤二中，熔融温度为400℃～500℃。
[0015]优选地，上述技术方案，所述步骤二中，需等待锂箔完全熔融为液态，再将铝粒浸入熔融锂箔中，并通过药匙不断搅拌以确保Li
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Al合金分布均匀。
[0016]本专利技术的目的之二是提供一种Li
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Al合金负极所组装的固态电池。
[0017]一种全固态锂电池，包括正极层、负极层和电解质层；其中：
[0018]所述正极层由纳米复合正极材料制成，所述纳米复合正极材料包括活性物质、固体电解质和导电剂；所述负极层由上述Li
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Al合金制成。
[0019]优选地，上述技术方案，所述纳米复合正极材料中的活性物质可以为S或硫的复合物，例如硫
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石墨烯复合物。
[0020]优选地，上述技术方案，所述纳米复合正极材料中的固体电解质可以为Li2S
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P2S5固体电解质或其它固态硫化物电解质。
[0021]较优选地，上述技术方案，所述Li2S
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P2S5固体电解质具体可以为70Li2S
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30P2S5、75Li2S
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25P2S5、80Li2S
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20P2S5等电解质中的任意一种。
[0022]优选地，上述技术方案，所述纳米复合正极材料中的导电剂选自以下物质中的一种或组合：石墨烯、碳纳米管、科琴黑、乙炔黑和其他类似物。
[0023]优选地，上述技术方案，所述纳米复合正极材料中的活性物质、固体电解质、导电剂之间的质量比范围为5:2:3～6:2:8。
[0024]上述所述全固态电池通过以下步骤制备得到：
[0025]步骤一，将电解质粉体置于模具中，压制后得到电解质层；
[0026]步骤二，将活性物质、导电剂和固态电解质粉末混合，制备得到纳米复合正极材料；
[0027]步骤三，将纳米复合正极材料铺在电解质层的一侧，并放入集流体，压制后形成正极层；
[0028]步骤四，将Li
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Al合金置于电解质层的另一侧，并放入集流体；
[0029]步骤五，经压制后，得到全固态电池。
[0030]借由上述方案，本专利技术至少具有以下优点：
[0031]提供了一种用作全固态锂硫电池的Li
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Al负极，该Li
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Al合金理论比容量大，电极工作电位低，实现了电池较高的输出电压和很好的能量密度。另外，该锂铝合金与硫化物电解质兼容性良好，负极与固态电解质界面稳定性良好，抑制了负极与电解质界面的副反应和锂枝晶的生长，实现了循环性能优异的全固态电池。
[0032]目的二：将Li
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Al合金负极装配成全固态电池，测试其性能。
[0033]与现有技术相比，本专利技术所达到的技术效果是：以锂铝合金为负极的电池体系具有高能量、高功率密度、贮存期长、结构紧密及循环寿命长等特点，是一种有应用潜力的负极材料。
附图说明
[0034]图1为使用80Li
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20Al合金负极(对应实施例1)所组装的固态电池的循环性能图。
具体实施方式
[0035]Al具有高延展性、高储量、高电子传导率等优势，且在锂合金材料中具有较高的理论比容量(990mAh
·
g
‑1)，是比较有前景的全固态锂电池负极材料之一。根据Li
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Al二元合金相图可知，用锂和铝形成合金时，可以形成三种金属间化合物，其中富锂相Al4Li9理论比容量最高(2234mAh
·
g
‑1)。并且金属Al形成Al4Li9体积增加仅仅为97％，在充放电过程中，避免了较大的体积和结构变化外。金属锂在Al上的成核电位为5mV，能够更加有效地避免锂枝晶的出现，提高固态电池的安全性能。
[0036]本专利技术公开了一种固态电池Li
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Al合金负极材料及其制备方法和在全固态电池中的应用，属于固态电池领域。Li
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Al合金成本低廉，制备方法简单，并且能够提高界面润湿性，降低界面阻抗，有效减少负本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固态电池用Li
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Al合金负极材料，其特征在于：所述负极材料是由锂箔和铝粒通过熔融法制备而成。2.权利要求1所述的固态电池用Li
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Al合金负极材料的制备方法，其特征在于：具体包括如下步骤：步骤一：在惰性气氛下的手套箱中，预处理锂箔，去除表面的钝化层；使锂片表面光滑、平整、无杂质；步骤二：在惰性气氛下的手套箱中，称取一定比例的锂箔和铝粒，加热熔融，并搅拌均匀，降温冷却，得到Li
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Al合金。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤二中，锂箔和铝粒的质量比为7：3～9：1。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤二中，熔融温度为400℃～500℃。5.权利要求1所述的Li
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Al合金负极材料或权利要求2～4任一项所述方法制备的Li
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Al合金负极材料在制备全固态锂电池中的应用。6.一种全固态锂电池，包括正极层、负极层和电解质层，其特征在于：所述正极层由纳米复合正极材料制成，所述纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：柴中华，
申请(专利权)人：深圳市新固能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：