[发明专利]一种界面修饰的固态石榴石型电池及其制备方法

说明书

本发明属于电化学技术领域，涉及一种界面修饰的固态石榴石型电池及其制备方法，采用原位聚合工艺在固态石榴石型电池的正极/电解质和负极/电解质界面处引入柔性的凝胶电解质中间层，聚合前，凝胶电解质的前驱体可以充分润湿正负极界面，并充分浸润正极内部；聚合后，前驱体原位固化在正极内部以及正负极界面处，在正极内部形成固化的离子导电网络，并极大改善电极/电解质之间的接触，显著减小界面阻抗，其方法简单易实施，可显著降低固态石榴石型电池的电极/电解质界面阻抗，提升电池的循环和倍率性能，具有很好的产业化应用前景。

技术领域：

本发明属于电化学技术领域，涉及一种界面修饰的固态石榴石型电池及其制备方法，特别是一种采用原位聚合凝胶电解质进行界面修饰的固态石榴石型电池及其制备方法。

背景技术：

随着化石燃料的大量使用和不断枯竭，绿色可再生能源的开发与有效利用以及环境保护成为全球共同关心的问题。发展能够实现高效能量存储和转换的二次电池不仅关系着国家经济发展和战略安全，而且与人民的生活息息相关，因此受到国内外的广泛关注。

锂离子二次电池由于具有能量密度高、循环寿命长、自放电小、无记忆效应、工作温度宽和成本低等诸多优点，在消费类电子产品中得到广泛应用。传统液态电池由于电解液泄露、燃烧甚至爆炸等，而面临严重的安全性问题。近年来，基于固体电解质的固态电池逐渐成为研究热点，固体电解质的不可燃性和高稳定性，极大改善了电池的安全性问题。在众多类型的固体电解质中，石榴石型固体电解质因离子电导率高、电化学窗口宽、对锂稳定等优势而备受关注。然而，石榴石型电解质与固体正、负极之间存在固固界面接触差、界面阻抗大等界面问题，严重阻碍固态石榴石型电池的循环和倍率性能。CN201711371041.1涉及一种锂金属负极电池结构及其制备方法，包括正极结构、负极结构和设置在两者之间的聚合物固态电解质层，所述聚合物固态电解质层包括聚合物固态电解质材料；所述负极结构包括锂金属活性材料，所述负极结构面向聚合物固态电解质层的一侧形成有负极修饰层；然而，所述聚合物固态电解质层是通过涂布法或物理气相沉积法引入正、负极之间，成本高、工艺复杂；CN201910477170.1公开了一种固态电解质界面修饰方法及其应用，所述方法包括如下步骤：步骤一、称取金属盐和PAN溶于DMF中，磁力搅拌直至溶液变为透明粘稠且均匀的溶液，得到静电纺丝前驱体溶液；步骤二、将静电纺丝前驱体溶液转入注射器内进行静电纺丝；步骤三、将静电纺丝后的固态电解质片取下，烘干后在空气中煅烧，得到表面包覆修饰层的固体电解质，制备得到的表面包覆修饰层的固体电解质可应用于全固态电池中；该方法采用的静电纺丝技术工艺设备要求高、且需高温煅烧，制备工艺复杂。因此，如何通过简单可行的工艺，改善固态石榴石型电池中的界面问题，从而提升电池的循环和倍率性能具有重大意义。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，提供一种采用原位聚合凝胶电解质进行界面修饰的固态石榴石型电池及其制备方法，极大改善固态石榴石型电池中的电极/电解质界面问题，提升电池的循环和倍率性能。

为了实现上述目的，本发明所述界面修饰的固态石榴石型电池包括正极、凝胶电解质层、石榴石型陶瓷电解质层和锂金属负极，石榴石型陶瓷电解质层的两侧均涂有凝胶电解质层，正极贴在石榴石型陶瓷电解质层一侧的凝胶电解质层上，锂金属负极贴在石榴石型陶瓷电解质层另一侧的凝胶电解质层上。

本发明所述正极包括正极活性材料、粘结剂和电子导电剂，正极活性材料、粘结剂和电子导电剂的质量比为(70-90)：(15-5)：(15-5)。

本发明所述正极活性材料为磷酸铁锂(LFP)、磷酸锰铁锂(LFMP)、钴酸锂(LCO)、锰酸锂(LMO)和三元材料(NCM)中的一种；所述粘结剂为聚偏二氟乙烯(PVDF)；所述电子导电剂为导电碳黑(Super P)、乙炔黑和科琴黑中的一种。