[发明专利]全固态锂电池、石榴石固态电解质及其制备方法

说明书

本发明公开一种全固态锂电池、石榴石固态电解质及其制备方法，其中，该石榴石固态电解质包括基体，所述基体为石榴石型快离子导体Li_aM_bLa_cZr_dN_eO₁₂，其中M包括Al、Sr、Sc、Ca、Ba、Y中的一种或几种，N包括Ta、Nb中的一种或几种；在基体表面包覆一层固体润滑剂以修饰固态电解质界面，所述固体润滑剂包括WS₂、WSe₂、NbSe₂、NbS₂、MoSe₂、TaS₂、TaSe₂、TiS₂、TiTe₂中的一种或几种。本发明的固态电解质由固体润滑剂与石榴石型快离子导体充分的进行面接触，有助于改善固态电解质晶粒之间及电极/固态电解质界面，从而获得较低的界面阻抗，电池的耐久性和循环性能得到明显提高。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种全固态锂电池、石榴石固态电解质及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、输出功率大、电压高、自放电小、工作温度范围宽、无记忆效应和环境友好等优点，已应用于电动车、轨道交通、大规模储能和航空航天等领域。目前，商业化的锂离子电池采用有机液体电解质，该电解质和电极材料在充放电过程中容易发生副反应，导致电池容量出现不可逆衰减，同时电池在长期服役过程中，有机液体电解质会出现挥发、干涸、泄露等现象，影响电池寿命。另一方面，传统锂离子电池无法使用高能量密度的金属锂作为负极材料，在电池循环中，由于金属锂表面电流密度及锂离子分布不均匀等因素，金属锂电极反复溶解、沉积容易形成不均匀的孔洞和枝晶。枝晶会刺穿隔膜，到达电池正极造成电池短路、热失控、着火爆炸等一系列安全隐患。用固体电解质代替液体电解质是获得高能量密度、安全性和长循环寿命的全固态锂电池的根本途径。

目前石榴石固态电解质(LLZO类)由于其高的离子电导率σ_Li10^-3S/cm，以及其在空气中稳定受到广发的关注。但是相对于其他类型的固态电解质，石榴石固态电解质在界面易形成Li₂CO₃以及LiOH，从而造成界面接触阻抗过大。所以如何改善界面性能，降低界面阻抗就变得非常重要。

目前主要的方法集中在采用原子气相沉积、磁控溅射、电子束热蒸发等设备在固态电解质表面形成一层具有导锂能力的界面保护膜，如Au、Ag、Ge、Al₂O₃、SnO、Li₃PO₄、LPON等，其中Au、Ag、Ge等金属单质能与Li合金化形成具有导锂能力的锂合金，而Al₂O₃、Li₃PO₄、LPON等则是本身具有一定的导锂能力。但是以上方法均需要采用昂贵的设备以及复杂的工艺流程，工业上实现难度大。

因此，有必要提供一种可以有效降低固固界面接触阻抗，同时操作简便，成本低廉的石榴石固态电解质界面修饰方法，以此构造制造简便、性能可靠的固态锂离子电池。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种界面修饰和改性的固态电解质、全固态锂电池及固态电解质的制备方法，旨在解决石榴石固态电解质在界面易形成Li₂CO₃以及LiOH，从而造成界面接触阻抗过大的问题。