[发明专利]一种碱金属负极-电解质一体化材料及其制备方法和在空气中组装固态电池的应用

说明书

本发明属于固态电池技术领域，公开了一种碱金属负极‑电解质一体化材料及其制备方法在空气中组装固态电池的应用。该方法是将具有碱金属保护功能的电解质成分溶解或分散于有机溶剂，搅拌形成电解质浆料后在保护气氛中将浆料涂覆于碱金属材料表面，待有机溶剂挥发后即可获得碱金属负极‑电解质一体化材料。本发明工艺简便、可操作性强，材料的涂覆面积、厚度易控，易于大批量生产。该材料可有效阻隔空气和水，从而有效保护碱金属负极，该材料能够在空气环境中组装碱金属固态电池，可降低组装难度和环境要求，进而降低生产成本。该材料还可有效减小碱金属负极与电解质的界面接触阻抗，并能够抑制碱金属枝晶产生，提高制备而成的固态电池循环稳定性。

技术领域

本发明属于固态电池技术领域，特别涉及一种碱金属负极-电解质一体化材料及其制备方法在空气中组装固态电池的应用。

背景技术

发展清洁能源的同时如何建立清洁高效的储能体系，进而对能源高效存储利用成为重中之重。现代消费电子产品、电动汽车、固定式电网储能的不断发展，对储能器件的能量密度、安全可靠性及使用寿命提出了更高要求。碱金属(锂、钠、钾)离子二次电池因具有高能量密度、长寿命、环保和自放电率低等优点，是目前广泛使用的储能器件。以碱金属为负极的碱金属二次电池，包括碱金属-氧化物电池、碱金属-硫电池和碱金属-空气电池，它们都有很高的理论能量密度，是未来储能领域重要的发展方向。然而，目前多数碱金属二次电池仍采用易燃的液态电解液，不可避免地存在安全隐患，也限制了能量密度的提升。因此，发展兼具高安全性、高能量密度、多功能性的储能器件势在必行。

固态碱金属电池由于其内部不存在电解液，可以避免因电解液的泄露等问题带来的安全隐患，同时固态电池具有能量密度高、无记忆效应等优点，受到学术界与工业界的广泛关注。但是，由于全固态电池采用碱金属作为负极材料，后者在非真空气氛、非惰性气氛的常态环境中极易与空气、水等发生反应，这使得全固态碱金属电池的组装对设备、环境和工艺有较高要求与成本，给碱金属固态电池的大规模生产和应用带来了巨大的挑战。此外，与传统液态电池相比，固态电池存在着较大的电极-电解质界面阻抗，严重影响了固态电池的电化学性能。针对此问题采用原位涂覆电解质制备电极-电解质一体化材料能够减小电极与电解质之间的界面阻抗，提高碱金属固态电池的电化学性能。

发明内容

为了克服现有技术的不足和缺点，本发明的首要目的在于提供一种碱金属负极-电解质一体化材料的制备方法；以具有高空气、水阻隔性能的聚偏二氯乙烯、电解质盐及具有高离子导率的添加剂为电解质成分，通过将电解质成分溶解或分散于有机溶剂制成电解质浆料后涂覆于碱金属材料表面，待有机溶剂去除后即可得到具有阻隔空气、水侵蚀碱金属的碱金属负极-电解质一体化材料。

本发明的另一目的在于提供一种上述制备方法制备得到的碱金属负极-电解质一体化材料，该材料使得碱金属负极、电解质一体化，所制备的电解质可以阻止空气、水分接触碱金属，提高碱金属固态电池的循环寿命。

本发明的再一目的在于提供上述碱金属负极-电解质一体化材料在空气中组装固态电池的应用；所述固态电池具有高能量密度、良好的空气稳定性和安全性。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种碱金属负极-电解质一体化材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将干燥后的电解质盐溶解于有机溶剂中，得到均匀电解质盐溶液；

(2)向步骤(1)所得电解质盐溶液中加入离子导体成分，充分搅拌、分散，形成均匀的电解质浆料；

(3)在保护气氛中将电解质浆料涂覆于碱金属材料表面，有机溶剂挥发后得到碱金属负极-电解质一体化材料。