一种硫化物全固态电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种硫化物全固态电池及其制备方法

【技术实现步骤摘要】
一种硫化物全固态电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，具体而言，涉及一种硫化物全固态电池及其制备方法
。

技术介绍

[0002]目前，液态电解液的锂离子电池已在日常生活中广泛应用，但是液态有机电解液具有易燃
、
易挥发
、
易泄漏的缺点，给电池造成较大的安全隐患
。
而全固态锂离子电池采用了高安全性和热稳定性的固态电解质作为离子传导层和电子绝缘层替代传统的有机液态电解液，有望提升锂离子电池的能量密度
、
循环寿命等性能
。
[0003]传统的石墨负极材料的理论比容量为
372mAh/g
，很难满足新一代高比能电池对负极材料的需求
。
金属锂负极由于具有高容量
(3860mAh/g)、
低电势
(
‑
3.040Vvs
标准氢电极
)
和较低的密度
(0.53gcm
‑2)
，已逐渐成为下一代高比能电池发展很重要的负极材料
。
但是，采用金属锂为负极材料组装以无机固体电解质为主体的全固态电池时，由于以无机固态材料为主体的电解质是一种刚性层，而负极锂在充放电过程中不停地无定向溶解沉积，加之金属锂的粉化消耗，使得电解质和金属锂负极之间出现了部分空层，这种空层使得全固态锂电池载流子传递路径断裂，电池内阻逐渐增加，难以进行长周期的稳定循环，电池容量衰减非常明显
。
[0004]硫化物固态电解质锂离子电导率高，可以降低电池整体的内阻，因此，近年来，利用具有高锂离子电导率的硫系固态电解质设计而成的全固态电池引起研究人员的广泛关注
。
然而，硫化物固态电解质电化学窗口较窄，对锂金属不稳定，与锂金属接触时会被还原，消耗负极的金属锂，并生成低锂离子电导率的副产物，增大负极和电解质的界面阻抗，最终造成电池性能的迅速衰减
。
可见，锂负极与硫化物电解质不匹配的问题已经成为制约全固态电池发展的最关键的问题之一
。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的问题是：硫化物固态电解质对锂金属不稳定以及金属锂在充放电过程中因不均匀沉积而形成锂枝晶等问题
。
[0006]为解决上述问题，本专利技术提供一种硫化物全固态电池，包括正极层
、
负极层和设置于所述正极层和所述负极层之间的硫化物固态电解质层，所述负极层由锂镁合金制成，所述锂镁合金中镁金属的质量比为
1.4
％
‑6％
。
[0007]较佳地，所述锂镁合金中镁金属的质量比为4％
。
[0008]较佳地，所述正极层由活性物质
、
导电剂和硫化物固态电解质组成
。
[0009]较佳地，所述活性物质为
LiNi
x
Co
y
Mn1‑
x
‑
y
O2或
LiNi
x
Co
y
Al1‑
x
‑
y
O2，其中，
0<x<1、0<y<1。
[0010]较佳地，所述导电剂为石墨
、
石墨烯
、
碳纳米管
、
乙炔黑和
Super P
中的一种或多种
。
[0011]较佳地，所述硫化物固态电解质为
Li2S
‑
P2S5、Li6PS5X
和
Li
10
GeP2S
12
中的一种或多种，其中
X
为
Cl、Br
或
I。
[0012]较佳地，所述硫化物固态电解质层的成份为
Li2S
‑
P2S5、Li6PS5X
或
Li
10
GeP2S
12
中的一种或多种，其中
X
为
Cl、Br
或
I。
[0013]较佳地，所述硫化物固态电解质与所述硫化物固态电解质层的成份相同
。
[0014]本专利技术还提供一种硫化物全固态电池的制备方法，用于制备如上所述的硫化物全固态电池，包括：
[0015]将硫化物固态电解质粉末压制成电解质片；
[0016]将正极活性物质
、
导电剂和所述硫化物固态电解质粉末混合，铺在所述电解质片的一侧，压制成正极层；
[0017]将镁含量为
1.4
％
‑6％的锂镁合金置于所述电解质片的另一侧，压制成负极层，得到硫化物全固态电池
。
[0018]较佳地，压制所述电解质片所用压力为
10
‑
12MPa
，压制时间为
10
‑
15min。
[0019]本专利技术的硫化物全固态电池及其制备方法相较于现有技术的优势在于：
[0020]在本专利技术中，硫化物全固态电池采用锂镁合金作为负极，且该锂镁合金中镁含量为
1.4
％
‑6％，该锂镁合金的理论比容量高，电压窗口宽，镁的加入会降低锂原子的化学反应活性，改进锂金属负极与硫化物电解质直接接触的反应速率，减缓负极金属锂与电解质反应为低锂离子电导率副产物，使得锂金属能够均匀沉积在负极表面，形成致密的锂晶须层，避免在负极表面形成裂纹，从而改善负极和硫化物电解质的界面阻抗，使得锂镁合金与硫化物电解质界面相容性较好，抑制负极与固态电解质界面的副反应和锂枝晶的生长，在循环过程中保证了界面的稳定性，使得本专利技术的硫化物全固态电池具有较高的临界电流密度及良好的循环性能
。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施例中硫化物全固态电池的结构示意图；
[0022]图2为本专利技术实施例中硫化物全固态电池的制备方法流程图；
[0023]图3为本专利技术实施例中对称电池的极限电流密度；
[0024]图4为本专利技术实施例中对称电池的循环曲线；
[0025]图5为本专利技术实施例1‑3及对比例制得的硫化物全固态电池的循环曲线
。
[0026]附图标记说明：
[0027]1‑
负极层；2‑
硫化物固态电解质层；3‑
正极层
。
具体实施方式
[0028]为使本专利技术的上述目的
、
特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细的说明
。
[0029]对于以金属锂为负极材料
、
以无机固体电解质为主体的全固态锂离子电池，因存在负极锂与电解质之间出现传递断层导致电池内阻增加，进而使得电池容量衰减较大，难以进行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种硫化物全固态电池，其特征在于，包括正极层
、
负极层和设置于所述正极层和所述负极层之间的硫化物固态电解质层，所述负极层由锂镁合金制成，所述锂镁合金中镁金属的质量比为
1.4
％
‑6％
。2.
根据权利要求1所述的硫化物全固态电池，其特征在于，所述锂镁合金中镁金属的质量比为4％
。3.
根据权利要求1所述的硫化物全固态电池，其特征在于，所述正极层由活性物质
、
导电剂和硫化物固态电解质组成
。4.
根据权利要求3所述的硫化物全固态电池，其特征在于，所述活性物质为
LiNi
x
Co
y
Mn1‑
x
‑
y
O2或
LiNi
x
Co
y
Al1‑
x
‑
y
O2，其中，
0<x<1、0<y<1。5.
根据权利要求3所述的硫化物全固态电池，其特征在于，所述导电剂为石墨
、
石墨烯
、
碳纳米管
、
乙炔黑和
Super P
中的一种或多种
。6.
根据权利要求3所述的硫化物全固态电池，其特征在于，所述硫化物固态电解质为
Li2S
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：张君平，谢普，刘文强，邓晓龙，赵福成，田志松，
申请(专利权)人：浙江吉利动力总成有限公司，
类型：发明
国别省市：