【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电化学储能，具体涉及一种锂二次电池及其制备方法。
技术介绍
1、锂二次电池由于具有能量密度大、寿命长等优点，作为便携式电子器件、动力工具等的电源而被广泛使用，最近，也应用于在电动汽车(ev)、混合动力电动汽车(hev)等装载的大型电池。但是，传统的锂电池采用易燃、易爆的有机电解液，在充放电过程中如发生电池短路，极易引发火灾，给消费者的人身安全和财产安全带来危害。因此，采用不可燃的固态电解质替代有机电解液，发展全固态锂离子电池，有望从根本上解决上述安全问题。
2、硫化物固态电解质因其高的离子电导率、较好的机械延展性以及与电极良好的界面接触等优点，被认为是最具商业化潜力的固态电解质之一。
3、然而，硫化物固态电解质本身也存在一些缺点，制约了其广泛使用，首先，该类材料对潮湿空气敏感，容易与水反应生成h2s；其次，硫化物固态电解质与锂负极稳定性差，易被还原；此外，电极与硫化物电解质之间固固接触，与固液接触相比，具有更高的界面接触电阻，同时，界面相容性和稳定性也会显著影响全固态锂电池的循环性能和倍率性能。
技术实现思路
1、基于此，为解决上述技术问题，本专利技术提供一种锂二次电池及其制备方法。该方法依次包括以下步骤：
2、(1)使用硫化物固态电解质层作为基材，使用li3po4作为靶材，在氮气气氛下进行磁控溅射，在所述基材的一面溅射一层lipon薄膜层；
3、(2)对磁控溅射腔室抽真空，而后通入氩气，使用li3po4作为靶材，在所述
4、(3)保持氩气气氛，使用li3po4靶、fe2o3靶和碳靶三种靶材同时共溅射，在所述li3po4薄膜层上沉积复合材料层，得复合材料层/li3po4薄膜层/硫化物固态电解质层/lipon薄膜层的多层材料；
5、(4)将所述多层材料转入烧结设备中，在氩气气氛中进行高温煅烧，所述复合材料层经高温固相反应转变为正极活性材料层；
6、(5)使用铝靶对高温煅烧后的材料进行磁控溅射，在所述正极活性材料层表面溅射沉积铝集流体层；
7、(6)在氩气保护气氛下，在lipon薄膜层的表面均匀滴涂熔融金属锂，冷却后施加压力将金属锂层压平，并将电芯压紧；
8、(7)将所述电芯封装于电池外壳中，即得所述锂二次电池。
9、进一步的，所用靶材的纯度均大于等于99.9％。
10、进一步的，步骤(1)中所述硫化物固态电解质为li2s-p2s5、li10gep2s12、li7p2s8x和li6ps5x的一种或多种，x为cl、br和i的一种或多种；所述硫化物固态电解质层由硫化物固态电解质粉末经压片制得。
11、进一步的，步骤(1)中所述lipon薄膜层的厚度为5-10μm。
12、进一步的，步骤(2)中所述li3po4薄膜层的厚度为0.1-1μm。
13、进一步的，步骤(3)中所述复合材料层的厚度为5-10μm。
14、进一步的，步骤(4)中所述高温煅烧为两段烧结；第一段烧结的升温速率为3-5℃/min，烧结温度为350-450℃，保温3-6h；第二段烧结的升温速率为5-10℃/min，烧结温度为650-900℃，保温6-18h。
15、进一步的，步骤(5)中所述铝集流体层的厚度为1-10μm。
16、进一步的，步骤(6)中所述金属锂层的厚度为1-5μm；所述施加压力为使用聚酰亚胺板在金属锂层一侧加载5-10mpa压力。
17、本专利技术的另一目的是提供一种锂二次电池，其特征在于，所述锂二次电池由上述权利要求1-9中任意一项制备方法制得。
18、本专利技术的有益效果如下：
19、(1)本专利技术通过磁控溅射在硫化物固态电解质层朝向正极一侧的表面上预先沉积li3po4薄膜层，该薄膜层既作为硫化物固态电解质层的保护层，又与高温固相阶段生成的正极活性材料lifepo4的原料之一相同，可诱导高温固相生成的c@lifepo4活性材料层与预先沉积的薄膜层紧密结合，改善电极与固态电解质之间的固固界面。
20、(2)本专利技术通过磁控溅射在硫化物固态电解质层朝向负极一侧的表面预先沉积lipon薄膜层，lipon薄膜层可对硫化物固态电解质层起到保护效果，避免锂金属对硫化物固态电解质的还原作用，并且lipon薄膜层与滴涂在其表面的熔融金属锂反应，生成的li3n可修饰金属锂表面，避免锂枝晶的形成。
21、(3)本专利技术通过磁控溅射在硫化物固态电解质层的两面分别沉积lipon薄膜层和li3po4薄膜层，沉积的两功能层使用同一种原料li3po4靶材，通过切换磁控溅射的气氛即可实现不同功能层的沉积，简便了工艺流程，具有较好的经济性。
22、(4)本专利技术的高温烧结步骤，既可以将溅射得到的正极原料的复合材料层转变为正极活性材料层，又可以进一步使压制得到的硫化物固态电解质层更为致密；在烧结过程中采用分步烧结的处理手段，将更有利于该过程的实现。
23、(5)本专利技术制备得到的锂二次电池的固固界面相容性和稳定性更好，可显著改善全固态锂二次电池的倍率性能和循环性能。
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1.一种锂二次电池的制备方法，其特征在于，依次包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所用靶材的纯度均大于等于99.9％。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述硫化物固态电解质为Li2S-P2S5、Li10GeP2S12、Li7P2S8X和Li6PS5X的一种或多种，X为Cl、Br和I的一种或多种；所述硫化物固态电解质层由硫化物固态电解质粉末经压片制得。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述LiPON薄膜层的厚度为5-10μm。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述Li3PO4薄膜层的厚度为0.1-1μm。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述复合材料层的厚度为5-10μm。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述高温煅烧为两段烧结；第一段烧结的升温速率为3-5℃/min，烧结温度为350-450℃，保温3-6h；第二段烧结的升温速率为5-10℃/min，烧结温度为650-
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中所述铝集流体层的厚度为1-10μm。
9.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(6)中所述金属锂层的厚度为1-5μm；所述施加压力为使用聚酰亚胺板在金属锂层一侧加载5-10MPa压力。
10.一种锂二次电池，其特征在于，所述锂二次电池由上述权利要求1-9中任意一项制备方法制得。
...【技术特征摘要】
1.一种锂二次电池的制备方法，其特征在于，依次包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所用靶材的纯度均大于等于99.9％。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述硫化物固态电解质为li2s-p2s5、li10gep2s12、li7p2s8x和li6ps5x的一种或多种，x为cl、br和i的一种或多种；所述硫化物固态电解质层由硫化物固态电解质粉末经压片制得。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述lipon薄膜层的厚度为5-10μm。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述li3po4薄膜层的厚度为0.1-1μm。
6.如权利要求1所述的制备方法，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：钟发平，贺持缓，蒋素斌，刘宏兵，朱济群，谭水发，
申请(专利权)人：深圳汇能储能材料工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：
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