[发明专利]一种低界面电阻的固态锂离子电池及其制备方法

说明书

本发明涉及新能源电池技术领域，尤其涉及一种低界面电阻的锂离子电池及其制备方法。所述固态锂离子电池包含依次布置的正极层、复合电解质层和改性锂基负极层；所述复合电解质层包括凝胶电解质层和无机固态电解质层，所述凝胶电解质层位于所述正极层和所述无机固态电解质层之间；所述无机固态电解质层为石榴石型无机固态电解质层；所述改性锂基负极层由质量比为50～100:1的熔融态的金属锂与硝酸盐制备得到。本发明的制备方法在减小复合电解质之间的界面电阻的同时，还可以显著减小固态电池的电极与固态电解质之间的界面电阻，增加其界面相容性，在充放电过程中能很好地适应电极体积的变化并抑制界面分离，具有很好的产业化应用前景。

技术领域

本发明涉及新能源电池技术领域，尤其涉及一种低界面电阻的锂离子电池及其制备方法。

背景技术

传统的锂离子电池中存在大量的碳酸酯类有机电解液，虽然液体电解质具有高导电性和极好的电极表面润湿性，但在使用中存在易燃、易爆、易漏液等安全隐患，并且在过度充电的情况下容易产生锂枝晶从而导致电池短路等问题。固态电解质可以机械地抑制锂枝晶生长，并具有较高的电导率、坚固的机械强度、足够的化学稳定性和宽的电化学窗口。因此基于固态电解质的固态锂电池有望解决锂离子电池的安全性问题。

固态锂电池中的固态电解质可分为有机聚合物电解质、无机固态电解质和有机聚合物电解质与无机固态电解质复合而成的复合电解质。有机聚合物电解质的电池易加工，但是其室温电导率低；无机固态电解质的室温电导率虽然较高，但是其材料成本较高且电池工艺复杂；复合电解质具备易加工性能，并且具有较高的室温电导率，但是复合电解质之间接触不良，存在较大的界面电阻。高界面电阻阻碍了高能量密度固态电池中锂金属负极的发展和使用。直接将无机固态电解质颗粒加入到有机聚合物电解质中复合，可以降低复合电解质之间的界面电阻。然而，无机固态电解质颗粒与有机聚合物电解质复合时，容易产生团聚现象，导致离子电导率降低。并且固态锂电池还存在固态电池的电极与固态电解质之间界面电阻大、界面相容性较差以及固态电池在充放电过程中电极体积的膨胀和收缩容易导致界面分离的问题。

为了解决当前存在的问题，研发一种新型的固态锂离子电池具有十分重要的意义。

发明内容

基于现有技术中存在的以上问题，本发明提供一种低界面电阻的固态锂离子电池，并提供其制备方法，该固态锂离子电池，在减小复合电解质之间界面电阻的同时，还可以减小固态电池的电极与固态电解质之间的界面电阻，增加其界面相容性，在充放电过程中能很好地适应电极体积的变化并抑制界面分离，克服了现有技术的缺陷。

为达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

第一方面，本发明实施例提供了一种低界面电阻的固态锂离子电池，所述固态锂离子电池包含依次布置的正极层、复合电解质层和改性锂基负极层；所述复合电解质层包括凝胶电解质层和无机固态电解质层，所述凝胶电解质层位于所述正极层和所述无机固态电解质层之间；所述无机固态电解质层为石榴石型无机固态电解质层；所述改性锂基负极层由质量比为50～100:1的熔融态的金属锂与硝酸盐制备得到。

本发明的无机固态电解质层为石榴石型无机固态电解质层，通过石榴石型的凹凸结构，可以增强其与凝胶电解质之间的粘结力，降低凝胶电解质层和无机固态电解质层之间脱离的可能性，减小凝胶电解质层和无机固态电解质层之间的界面电阻。本发明通过在正极层和无机固态电解质层之间引入柔性的凝胶电解质，可以充分润湿正极层和无机固态电解质层的界面，改善正极层与无机固态电解质层之间的接触，减小界面电阻。本发明的改性锂基负极层由熔融态的金属锂与硝酸盐制备而成，在制备过程中熔融态的金属锂被硝基氧化成氮化锂、氧化锂和氮氧化锂，硝酸盐中的金属被锂还原后再与过量的金属锂进一步反应形成亲锂合金。氮化锂和亲锂合金在锂负极与无机固态电解质间隙中形成具有保护作用的界面层，这种界面层具有较高的循环稳定性和良好的机械强度，可以防止锂树枝状晶体的生长，同时可以很好地适应电极体积的变化并抑制界面分离。