[发明专利]一种改性锂电池电极结构及其制备方法、锂电池结构

说明书

本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种改性锂电池电极结构及其制备方法和锂电池结构。一种改性锂电池电极结构，该改性锂电池电极结构用于电解质包括Li₇La₃Zr₂O₁₂的锂电池中，该改性锂电池电极结构包括电极层和形成在所述电极层之上的缓冲结构层，所述缓冲结构层包括含有锂、镧、锆及钽的氧化物。电极结构层上形成有缓冲结构层，所述缓冲结构层包括含有锂、镧、锆及钽的氧化物。缓冲结构层的费米能级处在电极结构和电解质之间，能很好的降低锂离子在电解质和电极结构之间的传输势垒，能很好的降低电解质和电极结构之间的界面阻抗，提高导电离子的传导性能。

【技术领域】

本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种改性锂电池电极结构及其制备方法和锂电池结构。

【背景技术】

固态锂电池具有安全性高、使用寿命长、能量密度高等特点，是目前锂电池研究领域的热点之一，未来有望在电动汽车和智能电网等领域得到广泛应用。在固态锂电池中，界面特性是决定电池性能的关键所在。

目前，固态锂电池中存在固-固界面粘附性不佳，贴合不紧密，电极层与电解质层中离子传输的势垒会引起界面阻抗增大；同时，固-固界面间的剥离以及电池内部的未知副反应会导致界面稳定性不佳的问题，进而造成电池使用寿命缩短甚至损坏。现有技术主要是通过高温处理技术降低固-固界面阻抗，但高温处理会使元素扩散能力增强，化学反应活性增加，反而降低了固-固界面的稳定，因此不能真正意义上达到降低固-固界面间的阻抗，影响导电离子的传输性能。

【发明内容】

为克服目前固态锂电池电极层和电解质层之间的固-固界面阻抗大的问题，本发明基于能带缓冲工程，通过掺杂调制缓冲层的费米能级和离子传输势垒，降低固态锂电池中电解质层与电极层之间固-固界面阻抗，提高导电离子传导速率的一种改性锂电池电极结构及其制备方法以及锂电池结构。

为了解决上述技术问题，本发明提供一技术方案：

一种改性锂电池电极结构，该改性锂电池电极结构用于电解质包括Li₇La₃Zr₂O₁₂的锂电池中，其特征在于：该改性锂电池电极结构包括电极层和形成在所述电极层之上面向电解质层一侧的缓冲结构层，所述缓冲结构层包括含有锂、镧、锆及钽的氧化物。

优选地，所述电极层包括正极层和负极层。

优选地，所述缓冲结构层包括含有锂、镧、锆及钽的氧化物为Li_7-xLa₃Zr_2-xTa_xO₁₂，所述x的值大于0小于2。

优选地，所述缓冲结构层的厚度为：2-20nm。

进一步地，本发明为了解决上述技术问题，提供了另一技术方案：一种制备上述所述改性锂电池电极结构的方法，包括如下步骤：

利用高温固相合成法制备所述缓冲结构层所包括的锂、镧、锆及钽的氧化物；

利用磁控溅射法将所述缓冲结构层所包括锂、镧、锆及钽的氧化物溅射在所述电极层之上得到缓冲结构层。

优选地，利用高温固相合成法制备所述缓冲结构层所包括的锂、镧、锆及钽氧化物的步骤如下：

将合成所述含锂、镧、锆及钽的氧化物原料粉末混匀并研磨、压片得到粉末预制品；

将粉末预制品进行第一次烧结，烧结温度为900-1000℃，烧结时间为10-14h，得到第一烧结物；

将占所述第一烧结物总质量1％的Li₃PO₄添加到所述第一烧结物混匀并进行反复球磨获得中间产物；