[發明專利]一種固態鋰電池及其制備方法

在審

• 申請號: 202110253204.6
• 申請日: 2021-03-04
• 公開（公告）號: CN113054241A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 徐雄文;黃成;涂健;謝健
• 申請（專利權）人: 湖南立方新能源科技有限責任公司
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562;H01M10/0565;H01M10/0525;H01M10/42
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 潘俊達;郭寶煊

本發明公開了一種固態鋰電池及其制備方法，該固態鋰電池包括正極片、負極片和固態電解質，所述固態電解質設置于所述正極片和所述負極片之間，在所述負極片內部、所述負極片和所述固態電解質之間、所述固態電解質內部、所述固態電解質和所述正極片之間，以及所述正極片內部中的至少一處還設置有聚合物凝膠電解質。該固體電池中的聚合物凝膠電解質可抑制固態電解質與正負極之間的界面反應，也可提高固態電解質的機械韌性和降低陶瓷顆粒之間的界面內阻。該電池設計可以有效降低固態鋰電池的內阻，提高電池的安全性和電化學性能。

技術領域

本發明涉及新型固態電池領域，具體涉及一種固態鋰電池及其制備方法。

背景技術

出于化石能源日益枯竭和環境問題日益嚴峻的考量，發展新能源汽車已是必然趨勢，但要使以鋰電池為主的新能源汽車得到認可，對其能源密度的要求越來越高。近年來，隨著高鎳正極、硅碳負極的推廣，鋰離子電池的能量密度得到較大提高，但同時也面臨安全問題。

目前商業的鋰離子電池使用基于碳酸酯類的有機液態電解液，這類液態電解液具有易燃性，引發安全問題。解決鋰電池安全問題的一個根本途徑是使用固態電解質，特別是陶瓷電解質。但陶瓷固態電解質的鋰離子電導率較低，且與正負極的界面的化學/電化學穩定性較差，導致循環過程中界面電阻快速增加，特別是當負極直接使用金屬鋰時，從而使電池性能快速衰退。另外，陶瓷電解質由于其固有的脆性，直接使用燒結的陶瓷片作為電解質，會造成電池組裝的困難，特別是為不降低電池的能量密度，使用超薄型陶瓷電解質。再者，目前的鋰離子電池的正負極極片的孔隙率高達20～30％,在沒有液態電解液潤濕的情況下，易造成電池內阻的明顯增加。以上因素不利于用現有液態鋰離子電池的工藝和設備制造固態鋰電池。

鑒于此，確有必要提供一種解決上述技術問題的技術方案。

發明內容

本發明的目的之一在于：提供一種固態鋰電池，能夠解決使用液態電解液降低電池安全性能的問題，又能提高固態電解質和電極之間界面的化學/電化學穩定性，避免了使用高密度固態電解質帶來的電池能量密度的下降，同時又可利用現有的液態鋰離子電池的制造工藝和設備。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種固態鋰電池，包括正極片、負極片和固態電解質，所述固態電解質設置于所述正極片和所述負極片之間，在所述負極片內部、所述負極片和所述固態電解質之間、所述固態電解質內部、所述固態電解質和所述正極片之間，以及所述正極片內部中的至少一處還設置有聚合物凝膠電解質。

作為本發明所述的固態鋰電池的一種改進，所述聚合物凝膠電解質包括聚合物、鋰鹽和有機溶劑，所述聚合物由丙烯酸酯類單體經原位聚合而成。

作為本發明所述的固態鋰電池的一種改進，所述固態電解質包括陶瓷電解質，所述陶瓷電解質包括陶瓷顆粒和粘結劑，所述陶瓷顆粒包括納米級石榴石型氧化物，所述石榴石型氧化物的結構通式為Li_7-x-3yAl_yLa₃Zr_2-xM_xO₁₂，式中，0.1≤x≤0.7，0.05≤y≤0.25，M包括Nb和Ta中的至少一種。

作為本發明所述的固態鋰電池的一種改進，所述正極片的正極活性材料包括正極活性顆粒和包覆于所述正極活性顆粒表面的包覆層，所述包覆層包括NASICON型氧化物或金屬氯化物；所述NASICON型氧化物的結構通式為Li_1+xAl_xM_2-x(PO₄)₃式中，0.1≤x≤0.7，M包括Ti、Ge和Zr中的至少一種；所述金屬氯化物的結構通式為Li_3-xM_1-xZr_xCl₆，式中，0.1≤x≤0.7，M包括Y、In、Er和Sc中的至少一種。