[發明專利]界面功能層及其制備方法和鋰離子電池

有效

• 申請號: 202010897495.8
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN111834662B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 張趙帥;趙偉;李素麗;李俊義;徐延銘
• 申請（專利權）人: 珠海冠宇電池股份有限公司
• 主分類號: H01M10/0525
• 分類號: H01M10/0525;H01M4/62;H01M10/058
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司 11205
• 代理人: 唐路陽;劉芳

本發明涉及一種界面功能層及其制備方法和鋰離子電池，所述界面功能層包括質量比為50?90:5?30:5?40:0?5的環醚化合物、鋰鹽、助劑和陶瓷粉末。本發明通過在正極和/或負極與固態電解質之間設置界面功能層，抑制了鋰離子在界面空隙處的不均勻沉積，降低了界面阻抗，同時提高了界面穩定性。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種界面功能層及其制備方法和鋰離子電池。

背景技術

近年來，在各種商業化可充/放電化學儲能裝置中，鋰離子電池具有能量密度高、使用壽命長等特點，自投入市場以來一直備受矚目，在手機、筆記本電腦、電動汽車等領域得到廣泛應用。但是，由于有機電解液易燃易爆，同時還易揮發，很容易引起鋰離子電池的安全問題。因此，研究人員采用固體電解質替代電解液以期從根本上解決全固態電池的安全問題。而固體電解質作為全固態鋰電池的關鍵材料，由于具有較高的機械強度、優異的致密度和抵制鋰枝晶生長的能力，能夠有效提升電池的安全性、穩定性。

傳統固體電解質雖然在離子電導率方面具有一定優勢，固態電解質和電極的界面問題一直是限制固態電池發展的重要挑戰。例如，固-固界面一般存在空間電荷層以及缺陷結構，其物理化學特性會影響離子與電子的輸運、電極結構的穩定性、電荷轉移的速率。電池在循環的過程中正極表面的CEI膜和負極表面的SEI膜對循環和容量均有一定影響；正極和電解質的固-固界面較差的接觸潤濕性容易導致電解質的界面電阻增大；負極金屬鋰性質活潑，接觸較差的界面問題會導致鋰枝晶在界面處的不均勻沉積，鋰枝晶的不斷生長，造成電池內短路，存在非常大的安全隱患。

因此，需要研究出種可以穩定電解質和鋰負極的界面功能層是十分有必要的。

發明內容

本發明提供了一種界面功能層，通過在正極和/或負極與固態電解質之間設置界面功能層，抑制了鋰離子在界面空隙處的不均勻沉積，降低了界面阻抗，同時提高了界面穩定性。

本發明還提供了上述界面功能層的制備方法，工藝簡單、操作方便、效果顯著，便于工業化生產。

本發明還提供了一種鋰離子電池，具有更高的循環效率和循環穩定性，同時電池短路率幾乎為零。

本發明提出的技術方案是：

第一方面，本發明提出一種界面功能層，所述界面功能層包括質量比為50-90:5-30:5-40:0-5的環醚化合物、鋰鹽、助劑和陶瓷粉末。

本發明的界面功能層，通過調節原料組成和配比，可以改善晶界電阻和電極界面性能，能夠抑制鋰離子在界面空隙處的不均勻沉積，降低界面阻抗，同時提高界面穩定性。

本發明上述的界面功能層，還可以具有如下附加的技術特征：

在本發明的具體實施方式中，所述界面功能層是將所述原料混合均勻后附著在正極、負極和/或固態電解質上并進行固化處理得到的。

具體地，所述附著的方法選自刮涂、噴涂、流延和浸泡中的一種或幾種組合。

其中，固化處理的溫度可以根據界面功能層的原料進行調節，一般情況下，可以調節所述固化處理的溫度為25-60℃，例如35℃，即可得到均勻穩定的界面功能層。

控制界面功能層的厚度在一定范圍內，有利于更好地控制離子通過率以及導電率等。在本發明中，所述界面功能層的厚度約為10nm-10μm，例如100nm-1μm，進一步地如400-800nm。

本發明中的環醚化合物、鋰鹽、助劑和陶瓷粉末均為本領域常規物質，可以是自制，也可以商購，本發明對此不作特別限定。

采用納米級的的陶瓷粉末，更利于得到具有較好電性能的界面功能層。因此，在本發明中，所述陶瓷粉末的粒徑約為1-900nm，例如400-800nm，進一步地如500-600nm。