一种亲锂性合金界面层修饰的固态电解质、应用及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种亲锂性合金界面层修饰的固态电解质、应用及其制备方法，制备方法依次包括：制备固态电解质片、固态电解质片的表面打磨抛光、前驱体溶液配置、制备前驱体修饰后的固态电解质、固态电解质表面合金化形成亲锂性合金界面层。本发明专利技术的方法操作步骤简单，亲锂性合金界面层修饰的固态电解质的合成效率高、成本低。本发明专利技术方法制备的亲锂性合金界面层修饰的固态电解质，可以有效提高锂负极和固态电解质表面之间的界面润湿性，降低界面阻抗；亲锂性合金界面层可促进锂离子在固态电解质界面处均匀沉积，抑制锂枝晶生长，提高负极侧界面的稳定性和致密性，从而提高固态电池的电化学性能；可以用于组装对称电池和固态电池。池。池。

【技术实现步骤摘要】
一种亲锂性合金界面层修饰的固态电解质、应用及其制备方法


[0001]本专利技术属于电池
，具体涉及一种亲锂性合金界面层修饰的固态电解质、应用及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着电动汽车和航空航天等领域对高比能量、高安全性储能器件的需求，使新能源技术得到了前所未有的快速发展。传统锂离子电池(LIBs)受制于电解液易燃性和石墨负极理论容量低的问题，存在能量密度不足和潜在的安全风险。发展新一代固态锂金属电池有望解决传统锂离子电池中的安全性和能量密度的问题。固态电解质具有宽的电化学窗口，耐热稳定性，使其能够与高压正极材料和高理论比容量的锂金属(3860mA h g
‑1)搭配使用，而且固态锂金属电池彻底根除了有机电解液的泄露和燃烧风险，具有优异的安全性。另外，固态电池简化了封装技术，可通过串联堆叠提高工作电压，理论上可以实现更高的能量密度。
[0003]在各类固态电解质材料中，石榴石型固态电解质(Li7La3Zr2O
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)兼具电子绝缘和高离子电导率(＞10
‑3S cm
‑1)、宽的电化学窗口(＞5.0V)以及对锂金属良好的化学稳定性等显著优点，被认为是固态锂金属电池的理想材料，受到了广泛的关注。然而，石榴石电解质在空气环境中自发生成的Li2CO3杂质影响了与锂金属的界面润湿性；电极与固态电解质的固
‑
固接触存在巨大的接触电阻，导致锂离子界面迁移受阻；固态电解质体相与锂金属负极的界面处依然存在锂枝晶，严重的会穿透固态电解质，导致电池失效，循环寿命短。因此，在固态电解质与锂金属负极的界面处构建稳定的界面，对电子和锂离子的传输行为进行可控疏导对于抑制锂枝晶和改善电池性能具有重要意义。
[0004]目前，在解决固态电解质与锂金属润湿性和接触电阻的研究中，共性即是固态电解质与锂金属需保持致密接触，且界面材料具有良好的离子传导性，保证界面处离子的有效传输。如申请号为ZL202110541686.5的中国专利技术专利公开了一种固态电解质原位界面层修饰方法，该方法使用碳化钛修饰石榴石型固态电解质片的表面，并通过一定的手段将亲锂性很差的Li2CO3转化为具备良好亲锂性的Li
(8
‑
3.5x)
Ti
x
O4，这种原位生成的反应实现了在反应体系中实时产生、不经分离、实时作用于底物，保证了反应的充分性及完全性，得到的界面具备优异的亲锂性，并表现出低的界面阻抗，保证了电池的长时间循环。申请号为ZL202110914122.1的中国专利技术专利公开了一种具有负极界面修饰层的固态金属锂电池，采用磁控溅射在固态电解质上制备的氮化铝涂层，溅射的界面层致密和固态电解质结合紧密，可以将金属锂负极和固态电解质之间的界面从“疏锂性”变成“亲锂性”，从而有效改善界面亲锂性，在锂沉积过程中减少界面形核电位，提高界面稳定性，相比于未保护的固态金属锂电池能显著提高循环寿命，有效解决由锂负极和固态电解质带来的界面不浸润的现象，降低界面阻抗。申请号为ZL202210524065.0的中国专利技术专利申请公开了一种具有合金界面层的全固态厚膜锂电池及其制备方法，采用气相沉积法制备金属薄膜层，随后浇筑熔
融状态锂，冷却后原位形成具有合金界面层的厚膜负极。通过该制备方法可以在电解质薄膜上高效、高质量制备厚膜负极，同时形成致密的界面接触，具有高离子导电特性、可抑制锂枝晶生长、使两侧的电解质薄膜与厚膜负极形成致密接触。
[0005]但是，上述在固态电解质表面制备界面材料的方法大都存在工艺繁琐复杂、能耗高、实用性低等弊端。因此，如何通过简单高效的方法在固态电解质表面制备高质量、稳定的界面材料，是确保固态电解质与锂金属形成致密接触、起到抑制锂枝晶并提高固态电池循环稳定性的关键所在。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供一种亲锂性合金界面层修饰的固态电解质、应用及其制备方法，本专利技术的一种亲锂性合金界面层修饰的固态电解质，可以有效提高锂负极和固态电解质表面之间的界面润湿性，降低界面阻抗；通过在固态电解质片表面制备修饰层，修饰层可促进锂离子在固态电解质界面处均匀沉积，抑制锂枝晶生长，提高负极侧界面的稳定性和致密性，从而提高固态电池的电化学性能；可以用于组装对称电池和固态电池，拓展了固态电池的应用前景。本专利技术的一种亲锂性合金界面层修饰的固态电解质的制备方法，操作步骤简单，亲锂性合金界面层修饰的固态电解质的合成效率高、成本低，对于固态电解质的产业化应用有重要意义。
[0007]本专利技术目的之一，提出一种亲锂性合金界面层修饰的固态电解质的制备方法，包括如下步骤：
[0008]S1：利用固相烧结法制备固态电解质片；
[0009]S2：将步骤S1制备好的固态电解质片进行表面打磨、抛光处理；
[0010]S3：配置一定浓度的前驱体溶液；
[0011]S4：将步骤S3配置好的前驱体溶液修饰在固态电解质片表面，并将其真空干燥后置于保护性气体氛围的管式炉中，于400
‑
500℃温度条件下进行热处理，得到修饰后的固态电解质；
[0012]S5：将步骤S4制备好的修饰后的固态电解质加热至270～350℃，随后在其表面修饰熔融锂，冷却后在固态电解质表面合金化形成具有一体化结构的亲锂性合金界面层。
[0013]优选的技术方案是，所述的步骤S1中，固态电解质片为石榴石型固态电解质，所述的石榴石型固态电解质的化学通式为Li7La3Zr2O
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或其衍生物中的至少一种。
[0014]优选的技术方案还有，所述的步骤S2中，采用砂纸对固态电解质片表面进行抛光处理，以确保其表面平整度。
[0015]优选的技术方案还有，所述的步骤S3中，前驱体溶液为含有Bi(NO3)3·
5H2O、C6H
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NO3和CH3CSNH2的水溶液。
[0016]进一步优选的技术方案还有，所述的前驱体溶液中，Bi(NO3)3·
5H2O添加量为0.5～5mmol、C6H
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NO3添加量为2.5～25mL、CH3CSNH2添加量为1～10mmol、去离子水添加量为10～100mL。
[0017]优选的技术方案还有，所述的步骤S4中，前驱体溶液修饰在固态电解质片表面的操作方法为人工涂抹、丝网印刷、滴涂中的一种，所用的保护性气体为氩氢混合气体，热处理时间为1～2h。
[0018]优选的技术方案还有，所述的步骤S5中，在修饰后的固态电解质表面修饰熔融锂的操作方法为熔融流延法、熔融喷涂法、熔融摩擦法中的一种，亲锂性合金界面层的厚度为10～200μm。
[0019]本专利技术目的之二，提出一种亲锂性合金界面层修饰的固态电解质，所述的亲锂性合金界面层修饰的固态电解质采用上述的亲锂性合金界面层修饰的固态电解质的制备方法制备而成。
[0020]本专利技术目的之三，提出一种亲锂性合金界面层修饰的固态电解质的应用，上述的亲锂性合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种亲锂性合金界面层修饰的固态电解质的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：利用固相烧结法制备固态电解质片；S2：将步骤S1制备好的固态电解质片进行表面打磨、抛光处理；S3：配置一定浓度的前驱体溶液；S4：将步骤S3配置好的前驱体溶液修饰在固态电解质片表面，并将其真空干燥后置于保护性气体氛围的管式炉中，于400
‑
500℃温度条件下进行热处理，得到修饰后的固态电解质；S5：将步骤S4制备好的修饰后的固态电解质加热至270～350℃，随后在其表面修饰熔融锂，冷却后在固态电解质表面合金化形成具有一体化结构的亲锂性合金界面层。2.如权利要求1所述的亲锂性合金界面层修饰的固态电解质的制备方法，其特征在于，所述的步骤S1中，固态电解质片为石榴石型固态电解质，所述的石榴石型固态电解质的化学通式为Li7La3Zr2O
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或其衍生物中的至少一种。3.如权利要求1所述的亲锂性合金界面层修饰的固态电解质的制备方法，其特征在于，所述的步骤S2中，采用砂纸对固态电解质片表面进行抛光处理，以确保其表面平整度。4.如权利要求1所述的亲锂性合金界面层修饰的固态电解质的制备方法，其特征在于，所述的步骤S3中，前驱体溶液为含有Bi(NO3)3·
5H2O、C6H
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NO3和CH3CSNH2的水溶液。5.如权利要求4所述的亲锂性合金界面层修...

【专利技术属性】
技术研发人员：于跟喜，聂高法，李凯强，陈仲生，刘成武，
申请(专利权)人：常州工学院，
类型：发明
国别省市：