[發明專利]一種固態電解質原位界面層修飾方法

有效

• 申請號: 202110541686.5
• 申請日: 2021-05-18
• 公開（公告）號: CN113206290B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 張乃慶;彭洪剛;范立雙;張宇
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562;H01M10/052;H01M10/058
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 李智慧

本發明公開了一種固態電解質原位界面層修飾方法，所述方法包括如下步驟：步驟一、利用壓片法制備石榴石型固態電解質片，并將其在空氣中放置；步驟二、將碳化鈦修飾在石榴石型固態電解質片的表面，隨后將其在高溫下燒結，得到碳化鈦修飾后的石榴石型固態電解質片。本發明使用少量的碳化鈦通過簡單的手段便可以在原位上將原本親鋰性極差的Li₂CO₃等物質轉化為具備良好親鋰性的Li_(8?3.5x)Ti_xO₄物質，這種原位生成的反應可以實現在反應體系中實時產生、不經分離、實時作用于底物，保證了反應的充分性及完全性；經此原位轉化后得到的界面具備極其優異的親鋰性，并表現出低的界面阻抗，保證了電池的長時間循環。

技術領域

本發明屬于全固態電池技術領域，涉及一種使用碳化鈦作為界面修改助劑來增加固態電解質片鋰相容性的方法。

背景技術

鑒于當前液態電解質體系存在的安全、能量密度以及制備成本等問題，急需發展具備更優異性能及更高安全性的固態電池。固態電池的更高安全性能來源于其高的剪切模量，這可以抑制鋰枝晶的生長，而在當前研究的各類固態電解質材料中，石榴石型固態電解質材料展現出相較于其他材料更加優異的性能，實驗表明其具有與鋰金屬良好的相容性且室溫下具備接近1mS·cm^-1的高離子電導率，因而成為當前研究的熱點。然而，由于在石榴石型固態電解質片的表面極易生成與鋰金屬接觸性極差的Li₂CO₃，由于其存在使得固態電解質片與鋰金屬的接觸變得困難，進而使得界面處的阻抗極大，這也限制了石榴石型固態電解質片的實際應用，在其界面處添加一定物質將Li₂CO₃原位轉化為與鋰金屬相容性更好的產物是消除Li₂CO₃影響并改善電池性能的普遍且有效的方法。

發明內容

本發明針對固態電解質與鋰金屬負極大的界面阻抗與差的界面接觸性的問題，提供了一種固態電解質原位界面層修飾方法。該方法利用碳化鈦原位轉化Li₂CO₃進而改善界面相容性，降低阻抗，提高離子電子的傳輸，而且操作方法簡單，制備過程容易，效果顯著。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種固態電解質原位界面層修飾方法，包括如下步驟：

步驟一、利用壓片法制備石榴石型固態電解質片，并將其在空氣中放置；

步驟二、將碳化鈦修飾在石榴石型固態電解質片的表面，隨后將其在600~700℃高溫下燒結4~6h，得到碳化鈦修飾后的石榴石型固態電解質片。

上述方法制備得到的碳化鈦修飾后的石榴石型固態電解質片可用于組裝對稱電池和全固態電池，其中：

所述對稱電池包含鋰片和碳化鈦修飾后的石榴石型固態電解質片；

所述全固態電池包括正極、負極、碳化鈦修飾后的石榴石型固態電解質片。

本發明中，碳化鈦的碳鈦之比小于等于1，根據放置天數的不同，其所產生的Li₂CO₃的量也有著很大的差異，因而相對應的碳化鈦的使用量相應的為0.2~0.8mg。

本發明中，石榴石型固態電解質片的直徑為12mm。

本發明中，碳化鈦包括各種尺寸大小的碳化鈦，用量在0.2~0.8mg不等。

本發明中，碳化鈦的修飾方法包含人工涂抹、絲網印刷、旋涂、滴加等方法中的至少一種。