[发明专利]一种全固态电池电解质界面修饰方法及其应用

说明书

一种全固态电池电解质界面修饰方法及其应用，属于能源材料技术领域。本发明采用层层自组装的方法在固态电解质表面修饰了包含氧化物的界面层，通过控制自组装次数简便精确地调控界面层厚度，利用静电作用力使界面层内部和界面层与电解质之间连接紧密，然后通过煅烧获得致密的含氧化物界面层。上述方法制备得到的固态电池界面可以应用在固态电池中。本发明制备了高锂离子电导率和亲锂性的界面层，有效降低了界面阻抗，提高了界面相容性，有利于锂离子的沉积，阻止枝晶生长，从而提高电池的利用率和循环寿命。

技术领域

本发明属于能源材料技术领域，具体涉及一种全固态电池电解质界面修饰方法及其应用。

背景技术

目前广泛使用的商业化锂离子电池以碳材料为负极，过渡金属化合物为正极，其实际容量已逐渐接近理论值，难以满足日常生活中不断增长的应用要求。锂硫和锂氧电池的正极材料为硫和氧气，安全环保无污染；负极材料为金属锂，其理论比容量高达3860mAh·g^-1。因此，锂硫电池和锂氧电池等以金属锂为负极的下一代高比能量电池具有极大的应用前景。

然而，在电池的充放电循环过程中，由于金属锂极其活泼，在负极表面极易生长出枝晶，从而刺穿隔膜造成短路引发热失控，由于液态的有机电解液易燃，因此会带来严重的安全事故。枝晶断裂后形成的“死锂”会降低锂的利用率，增大内阻，从而缩短电池的使用寿命。锂枝晶的问题极大地限制了金属锂的实际应用。

近些年来科研工作者们使用固态电解质、聚合物电解质等来解决锂枝晶等问题。固态电解质有极高的剪切模量，可以阻止锂循环时的无限体积变化，抑制锂枝晶的形成。然而，固态电解质一般与金属锂的界面接触较差，导致界面阻抗增大，锂离子的传导受阻，电池的性能衰减，枝晶生长。

发明内容

本发明是针对固态电解质与金属锂的界面相容性较差，界面阻抗大，锂离子的传导受阻问题，提供一种全固态电池电解质界面修饰方法及其应用，该方法通过层层自组装在固态电解质表面生成高锂离子电导率及亲锂性界面层，增加固态电解质与锂的亲和性，降低界面阻抗，提高锂离子的传导，有利于锂离子的沉积，从而提高电池的利用率和循环寿命。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种全固态电池电解质界面修饰方法，所述方法包括如下步骤：

步骤一、配置阳离子自组装溶液：将阳离子型聚合物加入到有机溶剂中，搅拌混合均匀后备用；

步骤二、配置阴离子自组装溶液：将阴离子型聚合物加入到有机溶剂中，搅拌混合均匀后备用；

步骤三、取成型的固态电解质片浸入步骤一制备的阳离子型聚合物溶液中，静置；取出固态电解质片，用阳离子型聚合物溶液中对应的有机溶剂进行清洗；然后将固态电解质片浸入步骤二制备的阴离子型聚合物溶液中，静置；取出固态电解质片，用阴离子型聚合物溶液中对应的有机溶剂清洗；然后再次将固态电解质片浸入步骤一制备的阳离子型聚合物溶液中，静置；取出固态电解质片，用阳离子型聚合物溶液中对应的有机溶剂清洗；

步骤四、将硼氢化钠加入到无水醇中搅拌溶解，然后将步骤三得到的固态电解质片浸入，静置；

步骤五、向步骤四溶液中加入无机盐，搅拌均匀，然后将固态电解质片取出用乙醇或异丙醇清洗；

步骤六、重复步骤三到步骤五操作；

步骤七、将步骤六清洗后的固态电解质片在空气中煅烧。

一种上述方法得到的全固态电池电解质应用于固态电池中。

本发明相对于现有技术的有益效果为：

（1）通过本发明在固态电解质表面修饰了包含氧化物的界面层，修饰后的界面极大地降低了界面电阻，提高了锂离子电导率，增加了与金属锂的界面相容性，缓解锂枝晶生长，提高了电池的循环性能；