一种P/Sn化物改性的固态电解质及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于固态电池技术领域，涉及一种P/Sn化物改性的固态电解质及其制备方法与应用。LLZTO的表面设置锂层，锂层与LLZTO之间设置改性层，所述改性层内的材质为锂锡合金和磷锡酸锂。其制备方法为：将Sn4P3粉末涂覆于LLZTO表面形成Sn4P3粉末层，在Sn4P3粉末层表面贴附锂金属层获得复合前体材料，将复合前体材料在惰性气氛条件下加热至350～450℃热处理，即得。本发明专利技术能够有效降低固态电解质与负极之间的界面电阻，提高抑制锂枝晶生长，改性循环性能。改性循环性能。改性循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种P/Sn化物改性的固态电解质及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于固态电池
，涉及一种P/Sn化物改性的固态电解质及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]全固态锂金属电池中，石榴石型固态电解质LLZTO(Li
6.4
La3Zr
1.4
Ta
0.6
O
12
)因其与锂金属界面稳定、电化学窗口宽、离子电导率高(室温下可达到1mS/cm)等优点备受关注，但是其依然存在两个问题：1)与锂金属之间的界面电阻高，导致电池容量衰减加速，寿命减少；2)锂枝晶易在电解质晶界缺陷处生长，导致电池短路失效。据专利技术人研究了解，目前解决的方法包括在固态电解质表面设置涂层或对固态电解质表面的疏锂物质进行去除并进行结构改进，但是这些方法仍然存在界面阻抗较大、循环过程中依然难以避免锂枝晶的形成、操作复杂成本高等问题。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种P/Sn化物改性的固态电解质及其制备方法与应用，能够有效降低固态电解质与负极之间的界面电阻，提高抑制锂枝晶生长，改性循环性能。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案为：
[0006]一方面，一种P/Sn化物改性的固态电解质，LLZTO的表面设置锂层，锂层与LLZTO之间设置改性层，所述改性层内的材质为锂锡合金和磷锡酸锂。
[0007]另一方面，一种P/Sn化物改性的固态电解质的制备方法，将Sn4P3粉末涂覆于LLZTO表面形成Sn4P3粉末层，在Sn4P3粉末层表面贴附锂金属层获得复合前体材料，将复合前体材料在惰性气氛条件下加热至350～450℃热处理，即得。
[0008]在惰性气氛条件下加热至350～450℃热处理时，能够使得Sn4P3粉末层与锂金属层的内层反应，产生锂锡合金和磷锡酸锂。锂锡合金作为一种高亲锂性合金，使Li金属负极与LLZTO紧密接触，而离子导体磷锡酸锂阻断电子传输，阻止锂枝晶在LLZTO内沉积，有效阻止锂枝晶的形成。
[0009]第三方面，一种上述P/Sn化物改性的固态电解质在制备全固态锂金属电池中的应用。
[0010]本专利技术的有益效果为：
[0011]本专利技术通过在LLZTO与锂金属层之间预涂覆Sn4P3粉末层，再经过热处理使得Sn4P3与金属锂反应产生锂锡合金和磷锡酸锂，研究表明，该改性方式能够大大降低LLZTO与锂金属层之间的界面阻抗，显著提高抑制锂枝晶生长能力以及循环稳定性。
附图说明
[0012]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0013]图1为本专利技术实施例中表面涂敷Sn4P3的固态电解质反应前后的XRD图谱，A为反应前，B为反应后；
[0014]图2为本专利技术实施例中锂化前后负极界面的XPS图谱，A为总图谱，B为Sn3d谱，C为P 2p谱，D为Li 1s谱；
[0015]图3为本专利技术实施例中的阻抗检测结果图；
[0016]图4为本专利技术实施例中的临界电流密度检测结果图，A为改性前对称电池，B为改性后对称电池；
[0017]图5为本专利技术实施例中采用LLZTO的锂金属对称电池循环性能测试图；
[0018]图6为本专利技术实施例中采用改性后LLZTO的锂金属对称电池循环性能测试图。
具体实施方式
[0019]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0020]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0021]鉴于目前LLZTO与锂金属之间的界面改性方法难以解决界面阻抗较大、循环过程中依然难以避免锂枝晶的形成等问题，本专利技术提出了一种P/Sn化物改性的固态电解质及其制备方法与应用。
[0022]本专利技术的一种典型实施方式，提供了一种P/Sn化物改性的固态电解质，LLZTO的表面设置锂层，锂层与LLZTO之间设置改性层，所述改性层内的材质为锂锡合金和磷锡酸锂。
[0023]在一些实施例中，LLZTO为片状，片状LLZTO的一侧表面依次设置改性层和锂层，片状LLZTO的另一侧表面设置为用于连接正极。
[0024]本专利技术的另一种实施方式，提供了一种P/Sn化物改性的固态电解质的制备方法，将Sn4P3粉末涂覆于LLZTO表面形成Sn4P3粉末层，在Sn4P3粉末层表面贴附锂金属层获得复合前体材料，将复合前体材料在惰性气氛条件下加热至350～450℃热处理，即得。
[0025]在一些实施例中，Sn4P3粉末的粒径为1000～2000目。
[0026]在一些实施例中，所述Sn4P3粉末的制备过程为：按照化学计量比将锡粉和红磷在惰性气氛条件下进行球磨。
[0027]在一种或多种实施例中，球磨的球料比为45～55:1。
[0028]在一种或多种实施例中，球磨的转速为500～700r/min。球磨时间为10～15h。
[0029]在一些实施例中，将Sn4P3粉末加入至有机溶剂中分散均匀，再将分散均匀的悬浮液滴加在LLZTO表面，干燥后形成Sn4P3粉末层。
[0030]在一种或多种实施例中，所述有机溶剂为异丙醇。
[0031]在一些实施例中，热处理的时间为4～6min。
[0032]本专利技术的第三种实施方式，提供了一种上述P/Sn化物改性的固态电解质在制备全固态锂金属电池中的应用。
[0033]具体地，全固态锂金属电池包括正极和所述P/Sn化物改性的固态电解质，所述正极设置在所述P/Sn化物改性的固态电解质中锂层的对立侧。
[0034]为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本专利技术的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本专利技术的技术方案。
[0035]实施例
[0036]1.Sn4P3的制备
[0037](1)在充满氩气的手套中按照Sn4P3摩尔质量配比称取一定量的锡粉和红磷放到不锈钢球磨罐中，球料比为50：1，在氩气气氛下按照600r/min
‑
12h的参数球磨。
[0038](2)使用1000目的筛子对球磨后的Sn4P3过筛，获得Sn4P3粉末。
[0039]2.Sn4P3‑
IPA悬浮液的制备
[0040]称取步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种P/Sn化物改性的固态电解质，其特征是，LLZTO的表面设置锂层，锂层与LLZTO之间设置改性层，所述改性层内的材质为锂锡合金和磷锡酸锂。2.如权利要求1所述的P/Sn化物改性的固态电解质，其特征是，LLZTO为片状，片状LLZTO的一侧表面依次设置改性层和锂层，片状LLZTO的另一侧表面设置为用于连接正极。3.一种P/Sn化物改性的固态电解质的制备方法，其特征是，将Sn4P3粉末涂覆于LLZTO表面形成Sn4P3粉末层，在Sn4P3粉末层表面贴附锂金属层获得复合前体材料，将复合前体材料在惰性气氛条件下加热至350～450℃热处理，即得。4.如权利要求3所述的P/Sn化物改性的固态电解质的制备方法，其特征是，Sn4P3粉末的粒径为1000～2000目。5.如权利要求3所述的P/Sn化物改性的固态电解质的制备方法，其特征是...

【专利技术属性】
技术研发人员：司鹏超，赵永涛，尤军，
申请(专利权)人：深圳埃克森新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：