[发明专利]一种全固态电池复合结构、其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种全固态电池复合结构、其制备方法和用途。所述全固态电池复合结构包括正极材料层和依次设置于所述正极活性材料层表面的氟化铝过渡层和固态电解质层。针对现有技术中氧化物电解质难成型、致密度难提升、导率低，且高温成型过程中，正极材料与氧化物固态电解质界面化学反应的问题。本发明所述全固态电池结构提高了离子电导率和材料的稳定性，而且可以有效促进界面的烧结，提升界面结合力，降低材料孔隙率，提高正极片和固态电解质的致密度，能够很好的解决正极片和电解质层之间发生不良反应的问题。

技术领域

本发明属于固态电池技术领域，具体涉及一种全固态电池复合结构、其制备方法和用途。

背景技术

相比于传统液态锂离子电池，固态锂二次电池具有能量密度大、安全可靠性高、工作温度宽及循环寿命长等诸多优点。固体电解质材料是研发固态金属锂二次电池的核心，从根本上决定了电池体系的构型，是实现固态锂电池高能量密度、高安全性和高循环稳定性的关键。

固态锂电池中，界面对电池性能具有至关重要的影响。固态锂电池中电极与电解质之间的界面由固/液界面转变为固/固界面，由于固体电解质多不具有润湿性，因而固/固界面具有更高的接触电阻。同时，在制备固体电解质隔膜的过程中，固体电解质以粉末状态存在，电解质膜中存在大量的晶界，晶界阻碍了锂离子的传输，并且通常晶界电阻远高于材料本体电阻，因此固体电解质内部界面对固体电解质总电导率影响显著。通过高温处理的方式将固体电解质粉末烧结，可以减少材料中的晶界问题，但是高温烧结的过程带来新的问题，正极材料与固态电解质在高温下容易发生反应，固态电解质发生锂的流失形成贫锂层，同样对锂离子的输运性能造成严重影响。因此，固态锂电池中正极和电解质层的界面设计是提高固态锂电池性能的关键。

CN105470564A公开了一种由玻璃陶瓷电解质和包覆在其表面的包覆层构成的固体电解质膜。包覆层材料为摩尔比(1:5)～(1:10)的锂盐和聚合物材料。虽然该电解质膜可以降低全固态锂离子电池的界面阻抗，提高其循环稳定性和使用寿命，但是包覆聚合物固态电解质会降低材料在室温下的性能。

CN209200066U公开了一种无机固态电解质与正极间的过渡层设计方法，将正极活性材料和无机电解质材料按设定比例进行球磨混合，并配置成不同比例的过渡层浆料；然后将这些不同比例的过渡层浆料按梯度顺序涂覆于正极表面；最后将涂覆有梯度过渡层的正极片与无机固态电解质片紧密贴合在一起，梯度过渡层介于正极片与无机固态电解质之间。但是该过渡层并未实现正极材料与固态电解质界面的隔离，同时搅拌混合的涂覆方式难以消除颗粒间的孔隙。

TW201628249A公开了一种第一电极层-氧化物过渡层-第二电极层堆叠的电化学装置。该氧化物过渡层降低了在该电解质层与该等电极层中之任一者或两者之间的界面的电阻及过电位；其与锂金属相比的电动势低于该第一或第二电极材料相对于锂金属的电动势。但是氧化物过渡层与氧化物固态电解质间的界面在高温下仍存在锂离子流失的问题，固态电解质表层会形成贫锂层，影响材料的锂离子电导率。

因此本领域需要开发一种新型固态电池复合结构，该结构具有提高离子电导率，改善正极片和固态电解质的致密度的优点。

发明内容

针对现有技术中氧化物电解质难成型、致密度难提升、导率低，且高温成型过程中，正极材料与氧化物固态电解质界面化学反应的问题。本发明的目的在于提供一种全固态电池复合结构、其制备方法和用途。所述全固态电池复合结构具有提高离子电导率、改善正极片和固态电解质的致密度、以及降低孔隙率提高极片密度的优点；而且能够避免电池制备过程中正极氧化物材料与电解质的反应，提高材料稳定性和界面结合力，解决了正极片和电解质层之间发生不良反应的问题。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的目的之一在于提供一种全固态电池复合结构，所述全固态电池复合结构包括正极材料层和依次设置于所述正极活性材料层表面的氟化铝过渡层和固态电解质层。