【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于固态电池，具体涉及一种全固态锂金属电池用中间层的制备方法及全固态锂金属电池。
技术介绍
1、全固态硫化物锂金属电池作为一种先进的电池技术，在能量密度、安全性和循环寿命等方面具有显著优势。固态硫化物电解质相比液态电解质具有更高的热稳定性、更宽的电化学窗口和更低的自放电率，其室温下较高的离子电导率而被认为是最有潜力的固态电解质之一。锂金属拥有最低的氧化还原电位（与标准氢电极相比为-3.04 v），这使得锂金属负极在电池中能够产生更大的电势差，从而驱动电池产生更高的电压和功率。并且具有极高的理论比容量（3860 mah g-1），远超过传统的石墨负极（约372mah g-1），这意味着锂金属负极能够储存更多的能量，为电池提供更高的能量密度。近年来，随着新能源汽车市场的快速增长和储能领域的潜在需求，对电池性能（如高能量密度、高安全性和长寿命性能）的要求不断提高，全固态硫化物锂金属电池拥有广阔的发展前景，随着技术的不断进步，有望成为下一代电池技术的重要代表之一。
2、然而，全固态硫化物锂金属电池也面临着一系列的技术挑战。首先，固-固界面的接触不良会导致极大的界面阻抗，影响锂离子、电池的传输效率；第二，锂金属负极与硫化物电解质之间的界面接触差、电化学稳定性差的问题，易形成高阻抗的sei膜，并促进锂枝晶的生长，界面阻抗的增加导致电池短路；第三，在循环过程中负极界面处的不均匀锂沉积，造成界面接触不断变差，增加锂枝晶生长的风险，尤其在高负载、高倍率条件下，锂枝晶可能穿透固态电解质使电池短路失效。
3、为了克服
技术实现思路
1、针对上述问题情况，本专利技术提供一种用于硫化物电解质与锂金属负极之间的中间层的制备方法及全固态锂金属电池，所要解决的技术问题是全固态锂金属电池循环过程中负极界面接触差，锂枝晶生长导致电池短路、倍率性能差和循环寿命短的问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
3、第一方面，本专利技术提出一种全固态锂金属电池用中间层的制备方法，所述中间层包括依次设置的第一材料层、第二材料层以及第三材料层，所述第一材料层为纳米科琴黑，或纳米科琴黑和氧化物填料的复合层，所述第二材料层和第三材料层均为致密的金属层。
4、所述的中间层的制备方法，包括如下工艺：将一定质量的纳米科琴黑粉末或纳米科琴黑粉末和氧化物填料、粘结剂和分散剂分散在一定质量的n-甲基-2-吡咯烷酮（nmp）中，使用超声、搅拌分散至少3~5h，将得到浆料均匀涂布在铝箔表面，真空干燥后得到第一材料层备用；使用真空蒸镀仪在第一材料层表面先后蒸镀第二材料层、第三材料层即可得到该中间层。
5、进一步的，所述氧化物填料为coo、cuo、zno、sio、co3o4、al2o3中的一种。
6、进一步的，所述氧化物填料颗粒的d50为10~200nm，优选的为30nm。
7、进一步的，所述第二材料层金属sn、sb、ge、bi中的一种；所述第三材料层金属ag、mg、al、zn、in中的一种。
8、进一步的，所述粘结剂为聚偏二氟乙烯（pvdf）；所述的分散剂为聚乙烯吡咯烷酮（pvp）。
9、进一步的，所述第一材料层的厚度为2~8μm；第二材料层的厚度为10~100nm，优选的为50nm；第三材料层的厚度为100~500nm，优选的为200nm。
10、进一步的，纳米科琴黑和氧化物填料复合层中，纳米科琴黑和氧化物填料的比例为1：3，粘结剂和分散剂的含量分别占固体总质量的3%~10%和1%~6%。
11、进一步的，将得到浆料均匀涂布在铝箔表面，真空100-120℃干燥10-15h后备用。
12、第二方面，本专利技术提出一种全固态锂金属电池，包括正极、固态电解质以及负极，所述固态电解质为硫化物固态电解质，所述负极为锂金属负极，在固态电解质和负极之间设置有如上所述制备方法制得的中间层。
13、与现有技术相比，本专利技术技术方案具有如下有益效果：（以氧化物填料选择zno，第二材料层选择为sn金属，第三材料层选择为mg金属为例，进行说明，其他可选择金属或氧化物具有同样的效果）
14、1. 该中间层较薄的纳米科琴黑层能够有效避免电解质与锂金属负极的直接接触，减少副反应，zno与li反应生成的li-zn合金作为锂的快速传输通道。
15、2. 高扩散系数且致密的li-mg能够有效调控锂离子通量，抑制锂枝晶的生长和穿透，li-sn合金层合金化后较大的体积膨胀能够在内部提供压力，保证极片界面间的接触良好。
16、4.该中间层有厚度薄、质量轻和成本低的优势，在提升电池安全性、循环稳定性、能量密度以及拓宽应用范围等方面具有显著优点。
17、5.该中间层制备工艺简单，使用传统液态锂离子电池的匀浆和极片涂布技术，工艺技术成熟，有利于大规模生产并保证较高的生产效率。
18、综上，为解决以锂金属为负极，固体硫化物为电解质的全固态电池由于锂金属/电解质界面不稳定而严重影响电池的充放电性能的问题，本专利技术所制备的中间层是应用于电解质和锂金属之间的超薄、多孔的混合离子、电子导体，具备调节锂沉积、剥离均匀性和隔绝电解质/锂金属界面防止发生副反应的作用。中间层的第一材料层（多孔碳层或多孔碳层和氧化物的复合层）用于隔绝电解质/锂金属界面，其次多孔碳层是较好的缓冲材料，固态电池组装复合时均需要施加较大的压力，多孔碳层可以防止复合时界面的破损；第二材料层（镀层金属1）在电池第一次充电后与沉积过来的锂合金化，体积膨胀为极片之间提供压应力保证极片界面之间的良好接触，降低电池界面阻抗。第三材料层（镀层金属2）也是和沉积过来的锂合金化，形成的合金具有调节锂离子通量，使锂均匀沉积的作用，所以该中间层能够有效改善全固态电池负极的界面问题。
19、全固态锂金属电池在组装时，该中间层是先以铝箔为载体，以浆料涂布在铝箔表面，经过干燥、蒸镀后，以适当的压力与正极-电解质复合，再将铝箔揭下，得到了正极-电解质-中间层。负极使用的是锂-不锈钢带（锂金属箔和不锈钢带复合而成，锂金属箔作为电池负极，不锈钢带作为负极集流体），锂-不锈钢带使用一定压力与正极-电解质-中间层复合，就得到了带中间层的全固态锂金属电池（正极-电解质-中间层-锂-不锈钢带）。所以该中间层为置于电解质和锂负极之间的一层调节层，既能够起到隔绝电解质和锂金属界面的作用，又能够传导负极和电解质之间的锂和电子。
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1.一种全固态锂金属电池用中间层的制备方法，其特征在于，所述中间层包括依次设置的第一材料层、第二材料层以及第三材料层，所述第一材料层为纳米科琴黑层或纳米科琴黑和氧化物填料的复合层，所述第二材料层和第三材料层均为致密的金属层；所述第二材料层金属为Sn、Sb、Ge、Bi中的一种；所述第三材料层金属为Ag、Mg、Al、Zn、In中的一种；
2.根据权利要求1所述的中间层的制备方法，其特征在于，所述氧化物填料为CoO、CuO、ZnO、SiO、Co3O4、Al2O3中的一种。
3.根据权利要求1所述的中间层的制备方法，其特征在于，所述氧化物填料颗粒的D50为10~200nm。
4.根据权利要求1所述的中间层的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为PVDF；所述的分散剂为PVP。
5.根据权利要求1所述的中间层的制备方法，其特征在于，所述第一材料层的厚度为2~8μm；第二材料层的厚度为10~100nm；第三材料层的厚度为100~500nm。
6.根据权利要求1所述的中间层的制备方法，其特征在于，将得到浆料均匀涂布在铝箔表面，真空100-
7.一种全固态锂金属电池，其特征在于，包括正极、固态电解质以及负极，所述固态电解质为硫化物固态电解质，所述负极为锂金属负极，在固态电解质和负极之间设置有如权利要求1-6任意一项所述的制备方法制得的所述中间层。
...【技术特征摘要】
1.一种全固态锂金属电池用中间层的制备方法，其特征在于，所述中间层包括依次设置的第一材料层、第二材料层以及第三材料层，所述第一材料层为纳米科琴黑层或纳米科琴黑和氧化物填料的复合层，所述第二材料层和第三材料层均为致密的金属层；所述第二材料层金属为sn、sb、ge、bi中的一种；所述第三材料层金属为ag、mg、al、zn、in中的一种；
2.根据权利要求1所述的中间层的制备方法，其特征在于，所述氧化物填料为coo、cuo、zno、sio、co3o4、al2o3中的一种。
3.根据权利要求1所述的中间层的制备方法，其特征在于，所述氧化物填料颗粒的d50为10~200nm。
4.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：左登宇，吴彬，池张易，王志轩，汪健，
申请(专利权)人：浙江久功新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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