[發明專利]硫化物固態電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201911336171.0
• 申請日: 2019-12-23
• 公開（公告）號: CN111435755B
• 公開（公告）日: 2023-02-21
• 發明（設計）人: 朱朋輝;袁文森;蔣嘉琳;陳少杰;周龍捷;鄧素祥;馬忠龍
• 申請（專利權）人: 蜂巢能源科技有限公司
• 主分類號: H01M10/052
• 分類號: H01M10/052;H01M4/62;H01M10/058
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 尹璐

本發明提出了硫化物固態電池及其制備方法。該硫化物固態電池包括鋰負極、電解質膜和正極，其中，所述鋰負極靠近所述電解質膜的表面設置有保護層，且形成所述保護層的材料包括聚合物和thio?LISICON結構的硫化物電解質。本發明所提出的硫化物固態電池，其鋰負極的表面增設有聚合物的保護層，不僅能抑制鋰枝晶刺穿電解質，并添加有高電導率的硫化物電解質粉體作為填料，從而提高保護層的機械強度，而且利用硫化物電解質的快離子傳輸通道，還能提高離子電導率，進而使硫化物固態電池循環壽命更好。

技術領域

本發明涉及固態電池材料技術領域，具體的，本發明涉及硫化物固態電池及其制備方法。

背景技術

固態電池，采用固態電解質替換了有機電解液，而避免了電解液的泄露等問題造成的安全隱患，從而大幅度提升了電池的安全性能，而且，固態電池能更好地適配高能量密度的正負極，達到電池高能量密度的要求，另外，固態電池還具有電化學窗口較寬、無記憶效應、熱穩定性好等優勢。然而，固態電池中由于不存在液體導致阻抗較大、離子電導率偏低，同時負極作為固態電池的一個重要組成部分，其性能的好壞直接影響整個電池的性能。

金屬鋰，由于其理論能量密度最大而成為目前負極材料的研究熱點，此外，金屬鋰的電化學勢較低，正負極電壓越差大而能使電池的比能量越高。但是，金屬鋰較為活潑與許多的固態電解質不穩定，對固態電解質的要求高，需要具有高的離子電導率和好的電子阻擋能力；而且，在使用過程中由于其表面平整度差、電沉積速率差異造成的沉積不均勻等，都容易導致產生鋰枝晶，而鋰枝晶在刺穿固態電解質造成短路的同時，甚至會造成“廢鋰”的產生，從而使得循環容量降低；另外，在循環過程中金屬鋰還會出現多孔，體積也會無限制地膨脹等問題。

因此，需要對鋰金屬負極進行有效地保護。

發明內容

本發明是基于發明人的下列發現而完成的：

本發明人在研究過程中，不僅在鋰負極表面添加保護層，還采用具有最高電導率的硫化物電解質粉體作為填料，提高復合保護膜機械強度的同時，有效利用硫化物電解質的快離子傳輸通道，從而提高整體膜的離子電導率，并能夠應用于硫化物固態電池。

在本發明的第一方面，本發明提出了一種硫化物固態電池。

根據本發明的實施例，所述硫化物固態電池包括鋰負極、電解質膜和正極，其中，所述鋰負極靠近所述電解質膜的表面設置有保護層，且形成所述保護層的材料包括聚合物和thio-LISICON結構的硫化物電解質。

發明人經過研究發現，本發明實施例的硫化物固態電池，其鋰負極的表面增設有聚合物的保護層，不僅能抑制鋰枝晶刺穿電解質，并添加有高電導率的硫化物電解質粉體作為填料，從而提高保護層的機械強度，而且利用硫化物電解質的快離子傳輸通道，還能提高離子電導率，進而使硫化物固態電池循環壽命更好。

另外，根據本發明上述實施例的硫化物固態電池，還可以具有如下附加的技術特征：

根據本發明的實施例，所述thio-LISICON結構的硫化物電解質包括Li₂P₇S₈I。

根據本發明的實施例，所述保護層的基體由固化后的所述聚合物組成。

根據本發明的實施例，所述聚合物與所述硫化物電解質的質量比為30:1～90:1。

根據本發明的實施例，所述保護層的厚度為5～100微米。

根據本發明的實施例，形成所述電解質膜的材料包括所述thio-LISICON結構的硫化物電解質。

在本發明的第二方面，本發明提出了一種制備硫化物固態電池的方法。