[發明專利]一種復合薄膜及其制備方法、固態鋰電池

在審

• 申請號: 202110751994.0
• 申請日: 2021-07-02
• 公開（公告）號: CN113659195A
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發明（設計）人: 胡欣超
• 申請（專利權）人: 恒大新能源技術（深圳）有限公司
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562;H01M4/134;H01M4/62;H01M10/052
• 代理公司: 深圳中一聯合知識產權代理有限公司 44414
• 代理人: 黃志云

本發明涉及固態鋰電池技術領域，提供了一種復合薄膜及其制備方法、固態鋰電池。所述復合薄膜包括主體功能層，以及結合在所述主體功能層至少一側表面的界面保護層，其中，所述主體功能層為固態電解質主體層或負極片，所述界面保護層的材料為熔點小于或等于700℃的無機鋰離子導體材料。本發明提供的復合薄膜，可以有效提高固態電解質與負極之間的界面穩定性，保護固態電解質與負極特別是與鋰負極接觸時不被還原，從而使固態電解質保持較好的鋰離子傳導能力。此外，還可以降低對固態電解質鋰離子傳導能力的影響。

技術領域

本申請屬于固態鋰電池技術領域，尤其涉及一種復合薄膜及其制備方法，以及一種固態鋰電池。

背景技術

鋰二次電池作為一種清潔、高效的儲能器件在能源儲存領域擁有舉足輕重的地位。商業化以來，鋰二次電池就因其高能量密度、長循環壽命、無記憶效應等優點，快速占領了儲能領域的市場。但是現有的商業化鋰離子電池以有毒、易燃的有機液態電解質為電解液，容易引發漏液、火災等安全隱患。無毒、不可燃的無機固體電解質代替液態電解液能夠有效改善安全問題，并且其能安全的使用鋰金屬負極，大幅提升鋰電池體系的能量密度。因此，無機固體電解質的制備與開發受到研究者的廣泛關注。

無機固態電解質-鋰金屬負極組成的固態鋰電池體系在能量密度上具有顯著優勢，但是諸多無機固體電解質難以與鋰金屬穩定存在。如NASICON(鈉超離子導體)型的Li_1+yAl_yTi_2-y(PO₄)₃(LATP)或Li_1+zAl_zGe_2-z(PO₄)₃(LAGP)，其擁有較高的室溫總離子電導率(10^-4S/cm)與室溫晶粒電導率(10^-3S/cm)，且對水與空氣都有良好的穩定性，但高價態的Ti⁴⁺與Ge⁴⁺易被鋰金屬負極還原而大幅降低電解質離子電導率，嚴重影響電池的電化學性能。鈣鈦礦型電解質如Li_0.34La_0.56TiO₃(LLTO)中高價Ti元素與LATP有著相似的問題。現有技術中對固體電解質進行保護的方法會降低固態電解質的鋰離子傳導能力。

發明內容

本發明的目的在于提供一種復合薄膜及其制備方法，以及一種固態鋰電池，旨在解決現有的對固體電解質進行保護的方法會降低固態電解質的鋰離子傳導能力的問題。

為實現上述發明目的，本發明采用的技術方案如下：

本發明第一方面提供一種復合薄膜，包括主體功能層，以及結合在所述主體功能層至少一側表面的界面保護層，其中，所述主體功能層為固態電解質主體層或負極片，所述界面保護層的材料為熔點小于或等于700℃的無機鋰離子導體材料。

本發明提供的復合薄膜，在固態電解質主體層或負極片的至少一側表面設置界面保護層，可以有效提高固態電解質與負極之間的界面穩定性，保護固態電解質與負極特別是與鋰負極接觸時不被還原，從而使固態電解質保持較好的鋰離子傳導能力。更重要的是，發明人發現，在固態電解質主體層表面施加界面保護層時需要經過熱處理，而常規熱處理會導致大量副反應的發生，通過研究發現，界面保護層的材料熔點小于或等于700℃，使無機鋰離子導體材料得以在小于或等于700℃的低溫條件下熱處理，從而降低無機鋰離子導體材料與固態電解質在高溫條件下的副反應風險，進一步確保固態電解質的鋰離子傳導能力。