[发明专利]一种固态锂离子电池

说明书

本发明涉及一种固态锂离子电池，包括正极、负极和固态电解质，所述固态电解质的表面粗糙度为3‑10μm，所述负极为锂负极，所述金属锂负极和固态电解质之间设置有ZnO‑MoS2层，所述ZnO‑MoS2层的厚度为大于300nm小于1μm，通过在ZnO层中添加少量MoS2，克服了纯ZnO层厚度过大容易引起体积膨胀的缺陷，提高了电池性能。

技术领域

本发明涉及一种固态电池，尤其涉及一种包含金属锂负极的固态锂离子电池。

背景技术

锂离子电池自上世纪90年代商业化应用以来，在各个领域得到了快速发展。传统的锂离子电池采用液态电解液，一般选用化学稳定性能好尤其是在较高的电位下和较高温度环境中不易发生分解的液态电解液，其具有较高的离子导电率，对阴极材料和阳极材料呈惰性，多采用有机溶剂并加入可溶解的导电盐以提高离子导电率。此类电池存在易漏液，有机电解液易燃易爆，安全性差，且能量密度低的问题。固态电池由于采用固态电解质取代了液态电解液，可避免上述缺陷，安全性好，能量密度高，还可把电池做得更薄、能量密度更高、体积更小。使用固态电解质制作高能量密度和高安全性的固态锂离子电池具有广阔的前景。

固态电解质作为固态电池中的核心部件，其不仅传导锂离子，还充当隔膜的角色。理想的锂离子固体电解质应具有良好的离子电导率、极低的电子电导率、极小的晶界电阻，且化学稳定性好，热膨胀系数与电极材料相匹配，电化学分解电压高。由于固态电解质与固态电极之间属于固-固接触，导致接触不够紧密，层与层之间存在较大的缝隙，因此使得其电极/电解质之间存在着巨大的界面阻抗，极大地影响电池性能。

在将金属锂应用于全固态体系时，由于金属锂表面与集电体和固态电解质层之间的接触面为固固接触，由此导致了阻抗大等一系列问题，因此，对金属锂与固态电解质之间进行界面改进是当前固态电池的研究热点。

有研究表明，在金属锂与固态电解质之间设置金属氧化物层对改善两者的界面性能是有利的。但在实际应用过程中，影响金属锂和固态电解质膜界面性能的影响因素众多，在某些特殊情况下，使用单一的金属氧化物调节界面接触状况并不能取得良好的效果。

专利文献1公开了固态电解质粗糙度对锂离子电池性能的影响，当粗糙度越大时，固态电解质与电极的粘结强度更大，但电池更容易短路；当粗糙度越小时，虽然短路的风险降低，但电极与固态电解质之间的粘结强度降低。

因此，如何从材料、电池结构多方面对电极和固态电解质之间的界面接触状态是非常必要的。

专利文献1：CN111009682A。

发明内容

本发明提供一种固态锂离子电池，包括正极、金属锂负极和固态电解质；所述固态电解质的粗糙度的数值范围是3-10μm；所述金属锂负极和固态电解质之间设置有ZnO-MoS2层，所述ZnO-MoS2层的厚度大于300nm。

优选的，所述固态电解质是氧化物固态电解质，所述氧化物固态电解质优选为锂镧钛氧、锂镧锆氧。

已知的，固态电解质粗糙度过大虽然对固态电解质膜和电极的粘结强度的提高有促进效果，但由于粗糙度变大后，固态电解质膜和电极表面的接触状况变差，固态电解质膜表面形成的疏锂点对电池的性能是不利的，容易造成锂枝晶、短路的风险，但现阶段，对超薄的固态电解质膜表面进行处理以得到所期望的粗糙度在工艺上是困难的，工艺的难度依然仅仅停留在实验室阶段，而不能广泛应用于工业化生产，因此，通过施加保护层、选择保护层的成分以克服固态电解质膜粗糙度过大所带来的影响是有利的。

本发明中，粗糙度指的是算数平均粗糙度，对粗糙度的测量方法是已知的，比如采用GB/T1031-2009进行测定，也可以利用SEM对电极层-固体电解质层的界面进行拍摄。然后利用图像分析软件测定固态电解质的表面粗糙度。