一种基于液态镓锡合金负极的固态电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于液态镓锡合金负极的固态电池及其制备方法。一种固态电池，包括液态镓锡合金负极、固态电解质、镍钴锰酸锂正极或液态Li2S8正极；所述液态镓锡合金负极含有金属镓与金属锡按比例反应生成的镓锡合金；所述金属镓与金属锡的质量比为(3

【技术实现步骤摘要】
一种基于液态镓锡合金负极的固态电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂电池
，具体涉及一种基于液态镓锡合金负极的固态电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]社会能源需求的快速增长带动了新能源电池行业的蓬勃发展，拥有高机械强度和安全性的固态锂电池成为了研究热点。然而，固态锂电池的应用面临着多重挑战，包括电极与电极固态电解质之间的不良界面接触、循环过程中巨大的体积变化、以及不可控的锂枝晶生长等，使固态电池无法发挥出其优异的电化学性能。因此，开发合适的策略来解决固
‑
固接触问题对于实用的全固态电池是极其必要的。使用液态电极代替传统的固体电极材料，构建液
‑
固电极/电解质界面可能是提高固态锂电池电化学性能的有效途径之一。用液
‑
固界面代替传统的固
‑
固界面，可以有效增大电极/固态电解质接触面积，增强界面兼容性，降低界面阻抗，抑制锂枝晶，缓解体积膨胀影响，提高界面的化学与电化学稳定性，从而提高电池的电化学性能。

技术实现思路

[0003]为了解决固态电池的界面问题，本专利技术提供了一种基于液态镓锡合金负极的固态电池及其制备方法。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0005]本专利技术第一方面提供了一种固态电池，包括液态镓锡合金负极、固态电解质、镍钴锰酸锂正极或液态Li2S8正极；
[0006]所述液态镓锡合金负极含有金属镓与金属锡按比例反应生成的镓锡合金；所述金属镓与金属锡的质量比为(3
‑
11.5)：1。
[0007]优选地，所述固态电解质包括Li
10
GeP2S
12
、Li
0.33
La
0.57
TiO3、Li7La3Zr2O
12
中的至少一种；进一步优选地，所述固态电解质为Li
10
GeP2S
12
。
[0008]优选地，所述镍钴锰酸锂正极包括LiNi8Co1Mn1O2。
[0009]优选地，所述液态Li2S8正极为硫化锂与单质硫合成的多硫化物。
[0010]本专利技术第二方面提供了一种所述的固态电池的制备方法，包括以下步骤：
[0011](1)制作液态镓锡合金负极；
[0012](2)制作固态电解质片；
[0013](3)制作正极；
[0014](4)将液态镓锡合金负极压在固态电解质片一侧，将镍钴锰酸锂正极或液态Li2S8正极加在固态电解质片另一侧，组装成所述的固态电池。
[0015]优选地，所述步骤(1)具体包括以下步骤：将金属镓与金属锡混合，加热，得到液态镓锡合金，在模具中放入基底材料并加入液态镓锡合金，压制成片即可得到所述液态镓锡合金负极。
[0016]进一步优选地，所述步骤(1)中，金属镓与金属锡加热的温度为200
‑
250℃；进一步优选地，金属镓与金属锡加热的温度为210
‑
230℃。
[0017]进一步优选地，所述步骤(1)中，压制成片的压力为80
‑
300MPa，保压时间为2
‑
10min。
[0018]优选地，所述步骤(2)具体包括以下步骤：将固态电解质粉末放入模具内压制成片；进一步优选地，压制成片的压力为80
‑
300MPa，保压时间为2
‑
10min。
[0019]优选地，当所述正极为镍钴锰酸锂正极时，步骤(3)具体包括以下步骤：将LiNi8Co1Mn1O2、Li
10
GeP2S
12
和炭黑混合球磨，得到所述镍钴锰酸锂正极。
[0020]优选地，所述LiNi8Co1Mn1O2、Li
10
GeP2S
12
和炭黑的质量比为(2
‑
4)：(3
‑
5)：1；进一步优选地，所述LiNi8Co1Mn1O2、Li
10
GeP2S
12
和炭黑的质量比为(2.5
‑
3.5)：(3.5
‑
4.5)：1；再进一步优选地，所述LiNi8Co1Mn1O2、Li
10
GeP2S
12
和炭黑的质量比为3：4：1。
[0021]进一步优选地，所述球磨的时间为4.5
‑
5.5h；再进一步优选地，所述球磨的时间为5h。
[0022]优选地，当所述正极为液态Li2S8正极时，步骤(3)具体包括以下步骤：取硫化锂和单质硫，加入LiTFSI溶液，超声分散后搅拌至完全溶解即可得到所述液态Li2S8正极。
[0023]优选地，所述步骤(1)
‑
(4)均在常温常压条件下进行。
[0024]优选地，所述步骤(1)
‑
(4)均在充满氩气的手套箱内进行。
[0025]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0026]本专利技术利用液态镓锡合金负极，液态电极和固态电解质，为电极/固态电解质界面提供了良好的界面接触，解决了固态电池的电极/固态电解质界面的低界面稳定性和大界面阻抗问题，提高固态电池的容量和循环寿命。使用液态镓锡合金负极代替金属锂，抑制锂枝晶的生成，提高电池安全性和循环寿命，并且与固态电解质有良好的界面接触，用液
‑
固界面代替传统的固
‑
固界面，可以有效增大电极/固态电解质接触面积，增强界面兼容性，降低界面阻抗，抑制锂枝晶，缓解体积膨胀影响，提高界面的化学与电化学稳定性，从而提高电池的电化学性能。
附图说明
[0027]图1为实施例1基于液态镓锡合金负极的固态电池的循环伏安曲线；
[0028]图2为实施例1基于液态镓锡合金负极的固态电池的交流阻抗曲线；
[0029]图3为实施例1基于液态镓锡合金负极的固态电池的充放电曲线；
[0030]图4为实施例1基于液态镓锡合金负极的固态电池的循环性能曲线。
具体实施方式
[0031]下面对本专利技术的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本专利技术，但并不构成对本专利技术的限定。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0032]下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为可通过常规的商业途径购买得到。
[0033]实施例1
[0034]本实施例提供了一种基于液态镓锡合金负极的固态电池的制备方法，具体包括如下步骤：
[0035](1)取75mg的金属镓，去除氧化膜后加入25mg的金属锡，加热至220摄氏度，得到100mg液态镓锡合金。在直径15mm的模具中放入基底材料并加入液态镓锡合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固态电池，其特征在于，包括液态镓锡合金负极、固态电解质、镍钴锰酸锂正极或液态Li2S8正极；所述液态镓锡合金负极含有金属镓与金属锡按比例反应生成的镓锡合金；所述金属镓与金属锡的质量比为(3
‑
11.5)：1。2.根据权利要求1所述的固态电池，其特征在于，所述固态电解质包括Li
10
GeP2S
12
、Li
0.33
La
0.57
TiO3、Li7La3Zr2O
12
中的至少一种。3.根据权利要求1所述的固态电池，其特征在于，所述镍钴锰酸锂正极包括LiNi8Co1Mn1O2。4.根据权利要求1所述的固态电池，其特征在于，所述液态Li2S8正极为硫化锂与单质硫合成的多硫化物。5.一种权利要求1
‑
4任意一项所述的固态电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制作液态镓锡合金负极；(2)制作固态电解质片；(3)制作正极；(4)将液态镓锡合金负极压在固态电解质片一侧，将镍钴锰酸锂正极或液态Li2S8正极加在固态电解质片另一侧，组装成所述的固态电池。6.根据权利要求5所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖兴立，陶涛，陈吉，
申请(专利权)人：广东比沃新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：