[發明專利]一種可室溫運行的固態電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201910727666.X
• 申請日: 2019-08-07
• 公開（公告）號: CN110429325B
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 尤春琴;甘朝倫;王峰;徐凱辰;錢雨濤;趙世勇
• 申請（專利權）人: 寧德國泰華榮新材料有限公司
• 主分類號: H01M10/052
• 分類號: H01M10/052;H01M10/0525;H01M10/058;H01M10/0565
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 周敏

本發明涉及一種可室溫運行的固態電池及其制備方法，固態電池包括正極、負極、固態電解質膜，負極包括金屬鋰以及形成在金屬鋰表面的界面保護膜，界面保護膜通過處理液處理金屬鋰形成，處理液包括溶質和溶劑，溶質為二氟磷酸鋰、六氟磷酸鋰、二氟雙(草酸根)磷酸鋰、四氟草酸磷酸鋰中的一種或幾種組合，溶劑為二甲基亞砜、二甲基甲酰胺中的一種或幾種；固態電池還包括滴加在固態電解質膜上的液態物質，液態物質為碳酸丙烯酯、r?丁內酯、碳酸乙烯酯中的一種或多種組合。本發明的固態電池能夠在室溫下運行，從而能夠降低熱管理成本，同時提升固態電池的安全性；正負極片與固態電解質膜的相容性好，界面阻抗低，鋰離子遷移速率高。

技術領域

本發明屬于新能源領域，具體涉及一種可室溫運行的固態電池及其制備方法。

背景技術

目前商用鋰離子電池一般采用有機液態電解質和凝膠態電解質，不可避免的在電池體系中引入了易揮發、易燃、易爆的有機液體，給電池體系帶來嚴重的安全隱患。因此，將電解液替換成固態電解質，開發全固態鋰離子電池是從根本上解決安全問題的必經之路。全固態電池的結構包括正極、固態電解質、負極，其中固態電解質在傳導鋰離子的同時起到了隔膜阻礙電子傳輸的作用，使得電池構建過程得到大幅簡化。

除了固態電解質膜性能，正負極與電解質膜界面阻抗對固態電池的影響也至關重要。雖然固態電解質與電極材料界面基本不存在固態電解質分解的副反應，但是固體特性使得電極/電解質界面相容性不佳，高的界面阻抗嚴重影響了離子的傳輸，最終導致固態電池的實際容量難以發揮完全。

為了解決固態電池高的界面阻抗，現有技術中，固態電池通常在高溫下(一般60℃)下運行，即在高溫下充放電，從而使得固態電池的熱管理成本高。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種能夠室溫下運行的固態電池及其制備方法。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：

本發明的一個目的是提供一種可室溫運行的固態電池，包括正極、負極、位于所述的正極和所述的負極之間的固態電解質膜，

所述的負極包括金屬鋰以及形成在所述的金屬鋰表面的界面保護膜，所述的界面保護膜通過處理液處理所述的金屬鋰形成，所述的處理液包括溶質和溶劑，所述的溶質為二氟磷酸鋰、六氟磷酸鋰、二氟雙(草酸根)磷酸鋰、四氟草酸磷酸鋰中的一種或幾種組合，所述溶劑為二甲基亞砜、二甲基甲酰胺中的一種或幾種；

所述的固態電池還包括滴加在所述的固態電解質膜上的液態物質，所述的液態物質為碳酸丙烯酯、r-丁內酯、碳酸乙烯酯中的一種或多種組合。

本發明首先通過對鋰金屬進行處理，使其形成界面保護膜，該界面保護膜一方面可使金屬鋰均勻沉積，減少死鋰的形成，另一方面可有效的抑制鋰枝晶的生長。同時，本發明在固態電解質膜上滴加液態物質，使固態聚合物電解質膜溶脹，增加了正極與固態電解質膜之間的接觸面積，降低了界面阻抗，有效的增加了正極與固態電解質膜間的相容性。本發明通過上述兩個方面的有機配合，協同作用，使得固態電池能夠在室溫下運行，從而能夠降低電池熱管理成本，同時提升固態電池的安全性。

本發明的界面保護膜含有含氟磷酸鋰，界面保護膜是平整致密或者不致密的，優選為平整致密的。

優選地，所述的處理液中，所述的溶質的濃度為0.06～0.1mol/L，進一步優選為0.06～0.08mol/L。

優選地，所述的處理液還包括六甲基二硅氮烷，從而能夠去除處理液及整個電池體系中的水份，減少副反應的發生，使得電池性能進一步提高。

進一步優選地，所述的六甲基二硅氮烷在所述的處理液中的濃度為50～100ppm。

優選地，所述的液態物質的添加量為所述的固態電解質膜質量的5～15％。

優選地，所述的液態物質為r-丁內酯或碳酸乙烯酯。