[发明专利]一种固态锂电池及其电极-隔膜层界面改善方法和应用

说明书

本发明实施例涉及一种固态锂电池及其电极‑隔膜层界面改善方法和应用，所述固态锂电池包括：正极、隔膜层、负极以及在正极‑隔膜层之间和/或负极‑隔膜层之间构建的聚酯类聚合物固态电解质层；所述聚酯类聚合物固态电解质层包括聚酯类聚合物、锂盐和引发剂；其中，所述锂盐和引发剂占所述聚酯类聚合物固态电解质层总质量比例的5％～80％；所述正极和/或负极中还包括固化引入的所述聚酯类聚合物固态电解质层。

技术领域

本发明涉及固态电池技术领域，尤其涉及一种固态锂电池及其电极-隔膜层界面改善方法和应用。

背景技术

锂离子电池的成功商业化应用，带动了包括智能手机、可穿戴设备、无人机、电动汽车等行业的高速发展。但近几年来，锂离子电池的能量密度越来越接近其理论极限，其已难以满足人们和社会对储能系统越来越高的需求；同时，由于锂离子电池技术在电动汽车等领域更加广泛的应用，电池技术的安全性问题更加严峻。

固态锂电池，是一种使用固体电极材料和固体电解质材料，基本不含有任何液体的锂电池，主要包括全固态锂离子电池和全固态金属锂电池，差别在于前者负极不含金属锂，后者负极为金属锂。相较于液态锂电池，由于固态锂电池中基本不含有传统液态锂离子电池中的碳酸酯类电解液，而是使用安全性更高的固态电解质，一方面，使得锂电池的安全性大大的增加，另一方面，固态电解质的使用，使得在液态锂电池中一直无法被应用的金属锂负极可以被使用，其本质在于固态电解质的使用能更好地抑制金属锂负极在电池使用过程中由于锂离子沉积不均匀所带来的锂枝晶生长的问题。

然而由于固态电池使用的电极与电解质均属固体材料，相互之间接触方式属于固固接触，接触面积有限，离子传输受阻，电池性能差。中国专利CN 103247823B描述一种锆酸锂镧电解质体系的全固态电池，该电池体系电极与电解质界面为单纯的固固接触，电池首周放电容量低，循环保持率低，电池仅可运行15周左右。聚合物固态电解质相较于无机固态电解质其杨氏模量较低、柔韧性高，可以较好的改善电解质与电极界面的物理接触问题，然而，聚合物电解质体系与电极之间的界面容易存在电化学活性不匹配的问题，以目前最成熟的聚合物固态电池-聚环氧乙烷(PEO)固态电池体系为例，由于聚环氧乙烷电化学窗口窄，氧化电位一般低于4.0V，使得此体系的全固态电池一般只能匹配低电压平台的磷酸铁锂等活性材料，大大限制了此体系固态电池的能量密度。中国专利CN105591154B描述了一种聚碳酸酯类全固态聚合物电解质，其优势在于电化学窗口宽，可以较好的匹配金属锂负极与高电压(4.0V),但是其成膜性差，难以单独成膜，必须结合多孔支撑材料使用，降低了电池的能量密度，而且，由于聚碳酸酯类聚合物链段柔顺性差，直接使用聚碳酸酯类聚合物复合膜组装固态电池，电极-电解质界面物理接触差，电池动力学性能差，无法很好发挥正负极活性物质容量。如参考文献(Chai J,Liu Z,Ma J,et al.In situ generation ofpoly(vinylene carbonate)based solid electrolyte with interfacial stabilityfor LiCoO₂ lithium batteries[J].Advanced Science,2017,4(2):1600377.)所述，该文献中利用骨架支撑的聚碳酸亚乙烯酯聚合物固态电解质组装固态电池，其电池只有在0.1C下充放电表现出较高的容量保持率，当电池的倍率提高到0.5C时，电池容量则急剧下降，只有不到80毫安时每克(使用钴酸锂正极)。

发明内容

本发明的目的是提供一种固态锂电池及其电极-隔膜层界面改善方法和应用。

为了实现上述目的，在第一方面，本发明实施例提供了一种固态锂电池，包括：所述固态锂电池包括：正极、隔膜层、负极以及在正极-隔膜层之间和/或负极-隔膜层之间构建的聚酯类聚合物固态电解质层；

所述聚酯类聚合物固态电解质层包括聚酯类聚合物、锂盐和引发剂；其中，所述锂盐和引发剂占所述聚酯类聚合物固态电解质层总质量比例的5％～80％；所述正极和/或负极中还包括固化引入的所述聚酯类聚合物固态电解质层。