[發明專利]一種碘溶液處理金屬鋰表面方法及其在固態電池中的應用

在審

• 申請號: 201611244285.9
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN106784636A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 鐘海;丁飛;王春花;徐志彬
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十八研究所
• 主分類號: H01M4/1395
• 分類號: H01M4/1395;H01M4/04;H01M10/052;H01M10/0562
• 代理公司: 天津市鼎和專利商標代理有限公司12101
• 代理人: 李鳳

技術領域

本發明屬于化學電源技術領域，特別是涉及一種碘溶液處理金屬鋰表面方法及其在固態電池中的應用。

背景技術

目前，金屬鋰是已知金屬元素中具有最小的原子量(6.94)和最負的標準電極電位(-3.045V)的元素，因而當其與適當的正極材料匹配構成電池，電池將具有最高比能量、最高電壓的優良電化學性能。但是金屬鋰蓄電池存在嚴重的循環效率低下和安全性隱患，而導致其商品化應用的失敗。20世紀90年代初，日本Sony公司推出了以嵌鋰碳材料為負極的鋰離子蓄電池，基本上解決了金屬鋰蓄電池中存在的上述問題，其商品化應用獲得空前的成功，它極大地阻止了人們對金屬鋰蓄電池研究、開發的熱潮。但相對于碳負極而言，鋰電極仍然具有許多碳負極所無法比擬的優點，如低廉的價格、極高的比能量(3860mAh/kg)。雖然目前金屬鋰蓄電池技術仍然無法與鋰離子蓄電池技術相抗衡，但從長遠的觀點來看，金屬鋰蓄電池必然是取代鋰離子蓄電池的最終的鋰蓄電池產品。因此眾多的研究單位和研究工作者始終沒有放棄對金屬鋰蓄電池的研究、開發。特別是近年來，得益于固態離子傳導材料的快速發展，固體材料的鋰離子傳導能力接近或達到有機液態電解液的離子傳導能力，使得金屬鋰在固態電池中應用出現了曙光。但是，由于大部分的無機固體電解質對金屬鋰不穩定，而且在固態電池體系中鋰的溶解沉積導致鋰負極層與電解質層之間電接觸損失，從而對固態電池的性能產生了非常不利的影響。

發明內容

本發明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種碘溶液處理金屬鋰表面方法及其在固態電池中的應用。

本發明主要集中在鋰電極/固體電解質兼容性方面，通過鋰電極表面處理技術實現鋰負極電極對氧化物無機固體電解質穩定兼容，并進一步改善采用氧化物固態電解質組裝的固態電池的電化學性能。

本發明的目的之一是提供一種具有方法簡單，操作方便，在固態鋰電池體系中使用效果明顯，適合于金屬鋰負極表面大規模、批次化處理等特點的碘溶液處理金屬鋰表面方法。

本發明碘溶液處理金屬鋰表面方法所采取的技術方案是：

一種碘溶液處理金屬鋰表面方法，其特點是：碘溶液處理金屬鋰表面方法的制備過程，負極材料采用金屬純鋰或硼合金片，裁剪壓制成電極片；溶解碘的溶劑采用四氫呋喃，碘溶液重量百分比濃度為0.5-30％；將電極片浸沒碘溶液中，然后處理掉不銹鋼表面的殘留液體以及揮發掉金屬鋰表面的溶劑，烘干處理，得到表面處理的金屬鋰電極負極電極片。

本發明碘溶液處理金屬鋰表面方法還可以采用如下技術方案：

所述的碘溶液處理金屬鋰表面方法，其特點是：金屬鋰硼合金片含鋰重量百分比為30-100％；電極片浸沒碘溶液的時間為1-60秒，烘干處理條件為30-100℃。

本發明的目的之二是提供一種具有可將金屬鋰負極用于固態電池體系中的表面處理方法，其制備過程簡單，在固態鋰電池體系中使用效果明顯，適合于金屬鋰負極表面大規模、批次化處理等特點的碘溶液處理金屬鋰表面方法在固態電池中的應用。

本發明碘溶液處理金屬鋰表面方法在固態電池中的應用所采取的技術方案是：

一種碘溶液處理金屬鋰表面方法在固態電池中的應用，其特點是：固態電池組裝包括表面處理金屬鋰電極制備、復合固體電解質的制備、正極電極制備和固態電池的組裝；表面處理金屬鋰電極制備過程，負極材料采用金屬純鋰或鋰硼合金片，裁剪壓制成電極片；溶解碘的溶劑采用四氫呋喃，碘溶液重量百分比濃度為0.5-30％；將電極片浸沒碘溶液中，然后處理掉不銹鋼表面的殘留液體以及揮發掉金屬鋰表面的溶劑，烘干處理，得到表面處理的金屬鋰電極負極電極片。

本發明碘溶液處理金屬鋰表面方法在固態電池中的應用還可以采用如下技術方案：

所述的碘溶液處理金屬鋰表面方法在固態電池中的應用，其特點是：復合固體電解質的制備時，復合電解質的有機成分采用的聚乙二醇為6000-90萬分子量的聚合物，溶劑為THF，電解質為雙(三氟甲基磺酰)亞胺鋰；復合電解質的無機成分為顆粒尺寸小于300目的Li-Al-Ge-P粉末或Li-Al-Ti-P粉末；按EO鏈段與Li離子的摩爾比4-20:1比例將聚乙二醇和雙(三氟甲基磺酰)亞胺鋰，加入THF將其在惰性氣氛下30-100℃條件下攪拌溶解，配制成固含量為1-20％的溶液；按照質量比(PEO+LiTFSI):Li-Al-Ge(Ti)-P粉末＝1:3-49，加入Li-Al-Ge(Ti)-P粉末，并將其混合攪拌均勻，獲得復合固態電解質的漿料，然后將漿料涂覆在聚四氟的支撐膜基底上，烘干移除溶劑，剝離基底得到復合固體電解質膜。