[發明專利]一種固態電解質及其制作方法與全固態鋰電池

有效

• 申請號: 201210576749.1
• 申請日: 2012-12-27
• 公開（公告）號: CN103904360A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 裴佳寧
• 申請（專利權）人: 華為技術有限公司
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562;H01M10/0525
• 代理公司: 深圳中一專利商標事務所 44237
• 代理人: 張全文

技術領域

本發明涉及一種固態電解質及含有此固態電解質的全固態鋰電池，具體涉及一種具有良好的界面接觸和穩定性的固態電解質及含有此固態電解質的全固態鋰二次電池。

背景技術

目前中小型汽車的主要動力來源是靠燃燒汽油，然而隨著石油資源的枯竭和環境的日益惡化，人們迫切需要找到一種綠色能源進行替代。在目前較多的能源替代品種，鋰離子電池以較高的能量密度、良好的循環性能、無記憶效應等特點逐步進入人們的視線，并成為近幾年來研究者們關注的焦點。

然而現在市售的鋰二次電池由于使用易燃易爆的有機碳酸酯類電解液作為有機電解質溶液，這導致電解質泄漏和由此引發的電池爆炸、火災時有發生。要提高鋰電池的安全性，最有效的方法就是不使用易燃易爆的有機碳酸酯類電解液，采用不燃的全固態電解質，既實現了電池安全裝置的簡化，又使得制造成本大幅降低。

氧化物固態電解質具有良好的離子導電性。例如：非專利文獻（Ramaswamy?Murugan?et?al等，“Fast?lithium?ion?conduction?in?garnet-TypeLi₇La₃Zr₂O₁₂”，Angew.Chem.Int.Ed.，2007,46,7778-7781）公開了一種石榴石型氧化物固態電解質，其中Li₇La₃Zr₂O₁₂的鋰離子導電率較高，可以提高電池的輸出功率。然而，由于石榴石型氧化物固態電解質粒子較硬，因而粒子與粒子之間只能發生點接觸，存在晶粒之間電阻較大的問題。此外，對全固態電池而言，其中固態電解質與電極之間的界面接觸狀態極大影響電池的性能。如固態電解質與電極間的接觸狀態較差，不僅增大了固態電解質與電極之間的接觸電阻最終導致電池內阻增大，而且鋰離子無法以理想的狀態在固態電解質與電極之間穿梭遷移，降低電池的容量,因此，具有較低的耐久性和較高的界面電阻。

日本專利文獻（JP-A-2008-270137）公開了一種通過對無機固態電解質材料和活性層材料混合物進行加壓模塑制備復合電極材料層。此外，該日本專利文獻公開了一種不低于玻璃化轉變溫度的條件下對加壓模塑復合材料進行退火處理。這種方法工藝條件復雜，設備費用高昂，不利于成本的降低和工業化應用。

在非專利文獻（Taro?Inada等，“All?solid-state?sheet?battery?using?lithium?inorganic?solid?electrolyte,thio-LISICON?Journal?of?Power?Sources，194（2009）1085–1088一文中，公開使用Li_3.25Ge_0.25P_0.75S₄固體電解質表面包覆硅酮（Silicone)，可使硅酮填充到固體電解質的孔隙中去，在加熱加壓形成層狀物，從而增加電解質與正負極的接觸致密性，降低界面電阻。這種方法制備的電池的循環性能不佳，同時需要對電池進行高壓、高溫退火處理，工藝條件復雜，難以控制。

因此，有必要提供一種可以有效降低固固界面阻抗和晶粒間電阻、制造簡便、性能可靠的新型結構的全固態鋰電池，已成為該領域科研人員急需開發的課題之一。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種界面進過修飾和改性的固態電解質及其制備方法與全固態鋰離子電池。

解決本發明的技術問題所采取的一技術方案是：提供一種固態電解質，其包括一基體，所述基體為石榴石型快離子導體Li₇M₃Zr₂O₁₂或者Li₅Ta₃M₂O₁₂，其中M為La，Al，Sr，Sc，Cr，Ba，Fe，Mo，Y中的一種或幾種，在所述基體表面包覆有可發生塑性形變的表面修飾層，所述表面修飾層為非晶態硅酸鋰、硫酸鋰、或者鎢酸鋰中的一種。

解決本發明的技術問題所采取的另一技術方案是：提供一種固態電解質的制備方法，該制作方法包括如下步驟：