[发明专利]一种复合锂和一种固态锂电池

说明书

本发明提供了一种固态锂电池，包括正极、负极和石榴石型固态电解质，所述负极为复合锂，所述复合锂由熔融锂和无水硝酸盐制备得到。本申请还提供了一种复合锂。本申请提供的复合锂利用硝酸盐和熔融锂的原位化学反应，调控复合锂的粘度、表面能、表面张力等，从而大幅改善该类型固态电解质和复合锂的亲和性、界面稳定性并提高复合锂的离子电导率，同时可以降低固态电解质/金属锂电极的界面阻抗，实现固态电池高面容量高倍率下稳定循环。

技术领域

本发明涉及固态锂电池技术领域，尤其涉及一种复合锂和一种固态锂电池。

背景技术

石榴石型固态电解质具有高离子电导率、宽电化学窗口和对锂金属化学稳定的优点，成为下一代锂电池的研究焦点之一。但是存在最大的问题是：锂镧锆氧体系陶瓷固态电解质会与空气发生化学反应而生成碳酸锂，碳酸锂会覆盖于固态电解质的表面，此外固态电解质和锂负极之间是固固界面接触，其有效接触面积很小，最终导致该固态电解质与锂负极的固固界面结合很差、界面电阻较大(500～3000Ωcm²)。这种极高的界面阻抗会严重阻碍锂离子均匀沉积、锂枝晶快速生长，最终导致组装的固态电池即使在低倍率下(0.1C)无法正常循环。

为了改善固态电解质与锂负极的接触，研究人员通常使用如下工艺途径解决：采用机械抛光、高温烧结或酸处理将表面生成的碳酸锂除去，然后再制作固态电池；或采用原子层沉积、分子层沉积、磁控溅射引入金属单质、金属氧化物、金属氮化物或金属氟化物等改善界面接触；或采用高功率超声处理改善界面接触。这些方法虽然可以改善固态电解质与锂负极之间界面接触、降低界面阻抗，但是上述方法制备的对称电池仅仅可以在低面容量下循环(＜0.15mA/cm²)，并且操作复杂、昂贵且不宜规模化生产。因此，有必要进一步开发新的策略来改善固态电解质和锂负极界面之间接触。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种固态锂电池，其可改善固态电解质和锂负极的亲和性和界面稳定性。

有鉴于此，本申请提供了一种固态锂电池，包括正极、负极和石榴石型固态电解质，其特征在于，所述负极为复合锂，所述复合锂由熔融锂和无水硝酸盐制备得到。

优选的，所述硝酸盐选自硝酸锂、硝酸铝、硝酸锌、硝酸铜、硝酸镍、硝酸锡、硝酸银、硝酸铋、硝酸锑和硝酸铁中的一种或多种。

优选的，所述无水硝酸盐为所述熔融锂的5～15wt％。

优选的，所述石榴石型固态电解质选自LLZO固态电解质或金属元素掺杂的LLZO固态电解质。

优选的，所述石榴石型固态电解质选自锂镧锆钽氧或锂镧锆铌氧。

优选的，所述复合锂的制备方法具体为：

将锂金属加热至熔融态，再加入无水硝酸盐，反应，得到复合锂。

优选的，所述加热的温度为200～300℃。

优选的，所述混合的时间为5～10min。

本申请还提供了一种复合锂，由熔融锂和无水硝酸盐制备得到。

优选的，所述无水硝酸盐为所述熔融锂的5～15wt％；所述硝酸盐选自硝酸锂、硝酸铝、硝酸锌、硝酸铜、硝酸镍、硝酸锡、硝酸银、硝酸铋、硝酸锑和硝酸铁中的一种或多种。

本申请提供了一种固态锂电池，其中的负极为复合锂，复合锂由熔融锂和无水硝酸盐制备得到；本申请提供的复合锂利用硝酸盐和熔融锂的原位化学反应，调控金属锂负极的粘度、表面能、表面张力等，从而大幅改善该类型固态电解质和锂负极的亲和性、界面稳定性并提高复合锂负极的离子电导率，同时可以降低固态电解质/金属锂电极的界面阻抗，实现固态电池高面容量高倍率下稳定循环，并简化固态电解质表面的处理工艺和降低固态锂电池的生产工艺成本。

附图说明