[发明专利]具有负极界面层的固态电解质及制备方法和固态电池

说明书

本发明涉及固态电池技术领域，具体提供一种具有负极界面层的固态电解质及制备方法和固态电池。所述固态电解质为石榴石结构固态电解质、NASICON结构固态电解质、有机聚合物固态电解质、反钙钛矿固态电解质、硫化物固态电解质中的任一种，所述固态电解质表面层叠有一层铟镓锡液态金属合金层。本发明的固态电解质表面由于具有一层液态金属合金层，组装成固态电池后，液态金属合金层与锂金属负极正相对，凭借液态金属合金层的过渡作用，可以提高锂金属负极与固态电解质材料界面之间的固‑固相容性问题，降低界面电阻，同时，由于液态金属合金层在负极界面能够抑制锂枝晶的生长，从而有利于提高固态电池的电化学性能。

技术领域

本发明属于固态电池技术领域，具体涉及一种具有负极界面层的固态电解质及制备方法和固态电池。

背景技术

基于固态电解质的固态电池，由于具有高能量密度、高安全性等特点而具有巨大的潜在应用前景。目前常见的固态电解质材料有：(1)NASICON(NaSuper-ionic Conductor)结构，如NaZr₂P₃O₁₂、Na_1+xZr₂Si₂PO₁₂、Li_1+xAl_xTi_2-x(PO4)₃(LATP)、Li_1+xAl_xGe_2-x(PO₄)₃(LAGP)；(2)钙钛矿结构氧化物，如Li_3xLa_2/3-xTiO₃；(3)石榴石结构氧化物，如Li_xLa₃M₂O₁₂(x＝3～7)；(4)反钙钛矿结构Li₃OX₃、薄膜固体电解质LiPON和硫化物的玻璃态或玻璃-陶瓷型电解质；(5)聚合物电解质。

但是目前这些固态电解质存在与负极锂金属相容性差的问题。为了解决这个问题，通常采用包括物理气相沉积(PVD)、脉冲激光沉积(PLD)、原子层沉积(ALD)等手段，在固态电解质和负极锂金属接触的界面引入第二相进行表面改性。

如现有技术有通过添加缓冲层制备新型薄膜固态电解质，该技术是在LiPON薄膜表面添加缓冲层来改善LiPON薄膜的界面性能。LiPON薄膜的制备是利用磁控溅射设备，工作压强为1.5Pa，溅射功率设置为180W，溅射时间为1h。但是，磁控溅射手段能耗高、工艺流程复杂，不利于大规模生产。

又如现有技术提供了耐高电压多级结构复合固态电解质及其制备方法，该方法采用了多级结构不同组分的固态电解质，负极侧的电解质采用与电极界面相容性优异的聚合物电解质，正极侧的电解质采用耐高电压的聚合物电解质，中间层采用离子电导率高的聚合物电解质或者无机电解质。此方法制备过程对环境不友好，工艺复杂繁琐，对层与层之间的精度要求高，更重要的是对界面接触改善有限。

发明内容

针对目前固态电解质存在的与负极锂金属相容性差、且目前对其进行改性时存在能耗高、工艺复杂等问题，本发明提供一种具有负极界面层的固态电解质及其制备方法。

进一步地，还提供以本发明的具有负极界面层的固态电解质作为电解质的固态电池。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种具有负极界面层的固态电解质，所述固态电解质为石榴石结构固态电解质、NASICON结构固态电解质、有机聚合物固态电解质、反钙钛矿固态电解质、硫化物固态电解质中的任一种，所述固态电解质表面层叠有一层铟镓锡液态金属合金层。

相应地，一种具有负极界面层的固态电解质的制备方法，包括以下步骤：