[发明专利]一种硫化物固态电池用缓冲层及其制备方法和固态电池

说明书

本发明提供一种硫化物固态电池用缓冲层，包括聚合物材料、碳酸乙烯酯，通过缓冲层溶液在电极片上原位形成，聚合物的存在可改善由于充放电过程中正极材料发生的体积形变而导致的电极/电解质之间的差的物理接触。该缓冲层存在于固态电池的正极与固态电解质之间以及负极与固态电解质之间，可降低固固界面阻抗，同时缓冲层良好的离子导电性可提高锂离子传输能力。本发明提供的固态电池中的硫化物复合正极中存在聚合物材料，聚合物的存在可改善由于充放电过程中正极材料发生的体积形变而导致的电极/电解质之间的差的物理接触；同时该固态电池包含上述缓冲层，具有低的界面电阻及高的离子传导性，容量发挥性能及循环性能优异。

技术领域

本发明涉及电源领域，具体涉及一种硫化物固态电池用缓冲层及其制备方法和固态电池。

背景技术

锂离子二次电池在消费电子和通信领域已经得到广泛应用，未来在混合电动汽车和智能电网等领域有广阔的发展前景。但是由于有机电解液存在易燃、易腐蚀和热稳定性差等安全性问题，使传统锂离子电池的发展受到限制，而固态锂电池则被认为能够彻底解决上述问题。

固态锂电池除具有安全性能高、循环寿命长、工作温度范围宽等优点外，相比于传统的锂离子电池还具有以下优势：①固态电解质具有较高的电化学窗口，适应于高电压型电极材料；②固态锂电池全部使用固态材料，具有更高的封装效率；③可制备薄膜电池和柔性电池，未来可应用于智能穿戴和可植入式医疗设备等领域；④固态锂电池可通过多层堆垛技术实现内部串联，获得更高的输出电压。

作为固态锂电池核心组成部分——固态电解质是实现固态锂电池高能量密度、高循环稳定性和高安全性能的关键材料。其中硫化物类固态电解质是目前研究进展最快的一类电解质体系。硫化物固态电解质是由氧化物固态电解质衍生出来的,氧化物机体中氧元素被硫元素取代，形成了硫化物固态电解质。由于硫元素的电负性比氧元素要小，对锂离子的束缚要小，有利于得到更多自由移动的锂离子。同时，硫元素的半径比氧元素要大，当硫元素取代氧元素的位置，可引起电解质晶型结构的扩展，能够形成较大的离子传输通道，利于锂离子的传输。所以，硫化物固态电解质具有较好的电导率，室温下约为10^-3～10^-4S/cm。

但在以硫化物作为固态电解质的固态锂电池中，电极与电解质之间的界面为固固界面，由于固相无润湿性，因此固固界面将形成很高的接触电阻，界面相容性较差，锂离子传输能力弱；同时，充放电过程中电极材料的体积膨胀和收缩，导致界面容易分离，固态电解质与电极之间有较大的空隙，形成严重的不良接触问题，影响固态锂电池的性能发挥。

发明内容

鉴于此，本发明的的第一个目的是在于提供一种硫化物固态电池用缓冲层，并将其设置在固态电池的正极与固态电解质之间以及负极与固态电解质之间，可降低固固界面阻抗，同时缓冲层良好的离子导电性可提高锂离子传输能力；本发明的第二个目的是在于提供一种包含上述缓冲层的固态电池。

为了达到上述目的，本发明提供了一种硫化物固态电池用缓冲层，包括聚合物材料、碳酸乙烯酯，所述的聚合物材料为聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯类共聚物、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚乙烯类共聚物中的至少一种。

本发明提供了一种硫化物固态电池用缓冲层的制备方法，其中，所述的方法包含：

步骤1：将聚合物材料和碳酸乙烯酯分别按照0.1～0.5g/mL和0.05～0.2g/mL的浓度溶于溶剂中，60℃搅拌形成聚合物溶液；

步骤2：将聚合物溶液均匀涂覆在电极片表面，常温下静置8小时后转移至真空烘箱中，80℃烘烤6小时，待溶剂完全挥发后即在电极片上形成缓冲层。

优选地，所述的溶剂为碳酸二甲酯。

所述均匀涂覆在电极片上的聚合物溶液的体积为0.2～1mL。

本发明还提供了一种固态电池，包括：硫化物复合正极层、上述所述的缓冲层、硫化物固态电解质层、金属锂负极层。