一种复合固态电解质制造技术

本申请涉及一种复合固态电解质

【技术实现步骤摘要】
一种复合固态电解质、锂离子电池及其制备方法


[0001]本申请涉及锂离子电池
，且特别涉及一种复合固态电解质
、
锂离子电池及其制备方法
。

技术介绍

[0002]在当前的全固态电池领域，固态电解质作为关键组件之一，其性能和稳定性对电池整体性能具有重要影响
。
然而，现有技术在固态电解质方面仍存在一些挑战
。
现有技术中，一种常见的做法是选用单一的固态电解质材料作为电池的固态电解质层
。
这种单一材料的固态电解质在一些情况下可能无法完全抑制锂枝晶的生长，导致可能出现电池短路等问题
。
此外，由于固态电解质内部固有的缺陷，完全依赖单一材料实现对锂枝晶的抑制在实际操作中难以实现
。
[0003]针对锂枝晶的生长问题，现有技术尝试了多种方法来改善电池性能
。
其中一种方法是使用合金负极，其能够在锂金属负极表面形成一层合金膜，阻碍锂枝晶的生长，从而提高电池的稳定性
。
另一种方法是通过化学掺杂来改变固态电解质的结构，从而提高其对锂金属的稳定性
。
然而，这些方法通常只能在一定程度上改善固态电解质对锂金属的稳定性，对于锂枝晶的生长抑制效果有限
。
[0004]此外，界面缓冲层的引入也是现有技术中一种常见的策略
。
界面缓冲层能够改善固态电解质与锂金属之间的界面性能，减少电池内部的电化学反应，从而提高电池的稳定性
。
然而，现有的界面缓冲层方式难以直接实现足够的保护效果，且在与锂金属负极搭配时，仍然可能受到锂枝晶穿透的影响
。
[0005]另一种探索是引入复合电极，以提高电池的稳定性
。
然而，复合电极的使用可能会降低锂金属负极的能量密度，限制了全固态电池整体性能的提升
。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本申请实施例的目的包括提供一种复合固态电解质，以提疏导和调控锂枝晶的生长
。
[0007]第一方面，本申请实施例提供了一种复合固态电解质，包括混合压制成型的粒径为
D1
的第一材料和粒径为
D2
的第二材料，且
D1/D2≥3
；其中，第一材料包括
Li2NH、LiBH4、Li3N、Li3P、Li7La3Zr2O
12
和
Li2OHCl
中的一种或多种；第二材料包括无机电解质，无机电解质包括
Li2NH、LiBH4、Li3N、Li3P
和
Li2OHCl
中的一种或多种
。
[0008]该压制后的复合固态电解质的结构类似于混凝土结构，其中，第一材料的粒径为第二材料粒径的至少3倍，粒径较大的第一材料主要是作为该结构中的骨架部分，主要作用是用于疏导锂枝晶的生长；粒径较小的第二材料是填充在骨架中，作为该结构中的类胶凝材料部分，主要作用是用于连接骨架部分，并且构建出连续的锂离子传输通道
。
由于该复合固态电解质的这种特殊结构，可以疏导锂枝晶，锂枝晶在生长时，遇到具有较大粒径的第一材料
(
骨架材料
)
只能围绕着第一材料周围生长，这样就可以使锂枝晶集中在有限的区域
内，进一步的锂枝晶到达电池中的电解质层时，锂枝晶与相应电解质发生反应的部分就会显著的减少，从而在相应的电解质层界面产出的副产物也会相应的减少，锂枝晶也会由于与相应的电解质发生反应而被反应掉，锂枝晶则不会继续生长，进而可以有效的改善电池的性能
。
[0009]在本申请的部分实施例中，第一材料为
Li3N
和
/
或
Li3P。
[0010]在本申请的部分实施例中，第二材料为
Li3N
和
/
或
Li3P。
[0011]在本申请的部分实施例中，
D1≥10
μ
m
；和
/
或，
D2≤3
μ
m。
[0012]在本申请的部分实施例中，
D1
为
10
‑
5000
μ
m
；和
/
或，
D2
为
10
‑
3000nm。
通过限定第一材料的粒径和第二材料的粒径在上述范围内，该复合固态电解质可以更好地调控锂枝晶的生长，降低与锂枝晶相关的问题，从而改善电池的性能和安全性
。
[0013]在本申请的部分实施例中，第一材料在复合固态电解质中的体积分数为
30
‑
70
％；和
/
或，第二材料在复合固态电解质中的体积分数为
30
‑
70
％
。
通过控制第一材料和第二材料在复合固态电解质中的体积占比，有助于实现复合固态电解质的均衡结构，以及对锂枝晶的生长区域的调控，从而可以改善锂离子电池的性能和可靠性
。
[0014]第二方面，本申请实施例提供了一种锂离子电池，包括正极层
、
无机固态电解质层
、
负极层以及位于无机固态电解质层和负极层之间的由上述的复合固态电解质制备的复合电解质层
。
[0015]在锂离子电池运行过程中，锂枝晶会从
Li
的表面开始往电解质内部生长，首先在复合电解质层中生长，由于复合电解质层中的复合电解质具有特殊的类混凝土结构，可以疏导锂枝晶，使锂枝晶在有限的区域内集中生长
。
即，锂枝晶在生长时，遇到具有较大粒径的第一材料
(
骨架材料
)
只能绕着第一材料周围生长，这样就可以使锂枝晶集中在有限的区域内
。
锂枝晶在生长一段时间之后，生长的锂枝晶则会完全穿透复合电解质层，到达对锂金属不稳定的无机固态电解质层；生长的锂枝晶会和这层“对锂金属不稳定的无机固态电解质层”反应
。
由于锂枝晶集中在有限的区域内，因此锂枝晶与无机固态电解质层发生反应的区域部分就会显著的减少，从而在无机固态电解质层界面产出的副产物也会相应的减少；而且，锂枝晶经过与无机固态电解质反应后会被反应掉，因此锂枝晶不会继续生长，进而可以有效的改善电池的性能
。
[0016]在锂离子电池中加入由上述的复合固态电解质制备的复合电解质层，可以疏导和调控锂枝晶的生长
。
[0017]在本申请的部分实施例中，无机固态电解质层的材料包括
Li2ZrCl6、Li3InCl6、Li
10
GeP2S
12
和
Li
1.5
Al
0.5
Ge
1.5
(PO4)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种复合固态电解质，其特征在于，包括混合压制成型的粒径为
D1
的第一材料和粒径为
D2
的第二材料，且
D1/D2≥3
；其中，所述第一材料包括
Li2NH、LiBH4、Li3N、Li3P、Li7La3Zr2O
12
和
Li2OHCl
中的一种或多种；所述第二材料包括无机电解质，所述无机电解质包括
Li2NH、LiBH4、Li3N、Li3P
和
Li2OHCl
中的一种或多种
。2.
根据权利要求1所述的复合固态电解质，其特征在于，所述第一材料为
Li3N
和
/
或
Li3P
；可选地，所述第二材料为
Li3N
和
/
或
Li3P。3.
根据权利要求1所述的复合固态电解质，其特征在于，所述
D1≥10
μ
m
；和
/
或，所述
D2≤3
μ
m。4.
根据权利要求3所述的复合固态电解质，其特征在于，所述
D1
为
10
‑
5000
μ
m
；和
/
或，所述
D2
为
10
‑
3000nm。5.
根据权利要求1‑3中任一项所述的复合固态电解质，其特征在于，所述第一材料在所述复合固态电解质中的体积分数为
30
‑
70
％；和
/
或，所述第二材料在所述复合固态电解质中的体积分数为
30
‑
70
％
。6.
一种锂离子电池，其特征在于，包括正极层
、

【专利技术属性】
技术研发人员：韩松柏，狄龙邦，高磊，朱金龙，王李平，邹如强，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：