[發明專利]一種固態電解質與金屬鋰負極界面的調控方法

有效

• 申請號: 202010086639.1
• 申請日: 2020-02-11
• 公開（公告）號: CN111224066B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發明（設計）人: 劉爭;付興杰;江妙麗;沈文鐘;陳鵬飛;彭章泉;汪達;邱振平;張業龍;曾慶光
• 申請（專利權）人: 五邑大學
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/134;H01M4/1395;H01M10/0562
• 代理公司: 廣州市紅荔專利代理有限公司 44214
• 代理人: 李彥孚

本發明提供一種固態電解質與金屬鋰負極界面的調控方法，包括以下步驟：S1)、在惰性氣體氛圍熔融金屬鋰；S2)、在熔融的金屬鋰中添加適量的助焊劑，S3)、將固態電解質基底進行打磨拋光處理；S4)、將固態電解質置于加熱臺上加熱；S5)、將混合熔融液均勻涂覆在固態電解質上；S6)、使鋁箔熔融于與固態電解質良好接觸的混合熔融金屬液中S7)、根據電池循環所需的鋰金屬的量，調控其厚度S8)、將產品自然冷卻到室溫。本發明通過將微量的助焊劑與金屬鋰熔融在一起，并涂覆在固態電解質表面上，從而達到對固態電解質浸潤的效果，使鋰負極更加純凈，讓電池的效率更高；通過添加金屬鋁箔實現對固態電解質表層進行原位SEI的調控。

技術領域

本發明涉及電池技術領域，尤其是一種固態電解質與金屬鋰負極界面的調控方法。

背景技術

常規鋰離子電池中因使用液態電解液，從而導致電池出現易燃易爆等安全問題，并且現有的液態鋰離子電池的容量已經接近理論上限，因此，全固態鋰電池成為替代液態電解質電池的的最好選擇之一，但是，由于固態電解質其界面動力學問題(界面電阻過大)嚴重，而且在界面優化時，需要加入遠遠超過所需用量的鋰金屬，而造成鋰金屬資源的浪費，同時會減小固態電解質的能量密度，減弱固態電池的競爭優勢，因此尋找一種高效可行的優化方法勢在必行。

現有技術主要采用以下方式解決上述技術問題：

1、現有技術一般通過磁控濺射的方式以解決負極的浸潤性問題，其主要是通過在固態電解質表面濺鍍一層厚10nm左右的鍍層，此鍍層多見為氧化鋁，還有各種金屬及金屬氧化，但是，這種方法很難廣泛運用，并且由于該方法實施比較繁瑣，濺射環境需要無水無氧，因此，對濺射裝置需要進一步控制環境，而濺射裝置本身體積特別大，所以實現起來比較復雜，并且對濺鍍層厚度的控制難以精確，大部分濺鍍層只是增加鋰浸潤性的作用，如果過厚，就會成為鋰離子阻塞層，如果過薄無法增加浸潤性，在納米尺度進行控制，難度較大，穩定性不高。其次，就是在是固態電解質浸潤的過程中，鋰過量會造成鋰金屬的浪費，降低固態電池的能量密度。而且在浸潤過程中，需要加入大量的雜元素如碳等，但是，由于大量雜元素的加入，使固態電解質界面的優化不夠穩定。

2、由于固態電解質表現為相對惰性，因而原位反應生成SEI的方法受到材料本身特性的限制，多為利用Gel(凝膠)SEI進行調控，但是人工SEI對界面的優化，十分有限。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種固態電解質與金屬鋰負極界面的調控方法，該方法能夠保證在充分浸潤鋰負極的同時，保證鋰負極的厚度。

本發明的技術方案為：一種固態電解質與金屬鋰負極界面的調控方法，包括以下步驟：

S1)、在惰性氣體氛圍條件下熔融金屬鋰；

S2)、在熔融的金屬鋰中添加適量的“助焊劑”，使其充分熔融在金屬鋰溶液中，得到混合熔融液；

S3)、將固態電解質基底進行打磨拋光處理，以清除固態電解質表面在燒結過程中產生的副產物(碳酸鋰，氫氧化鋰及固態電解質的貧鋰相)；

S4)、將固態電解質置于加熱臺上并將其加熱至與步驟S2)中混合熔融液相同的溫度；

S5)、將步驟S2)中的過量混合熔融金屬液均勻涂覆在固態電解質上，并采用相應的工具將混合熔融液與固態電解質表面無空隙；使得該所述的混合熔融液充分附著在固態電解質表面，使得固態電解質表面的碳酸鋰原位脫落，以增加固態電解質與金屬鋰浸潤性的作用；

S6)、在金屬溶液中加入適量金屬鋁箔，充分熔融反應，進行原位調控SEI

S7)、根據需要，調控金屬鋰負極的厚度

S8)、將步驟S5)中得到產品自然冷卻到室溫。