[發明專利]一種修飾的固態電解質薄膜及其制備方法以及全固態電池

在審

• 申請號: 202110764127.0
• 申請日: 2021-07-06
• 公開（公告）號: CN113363570A
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 姚霞銀;張秩華
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562;H01M10/0525;H01M10/42
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 豆貝貝

本發明提供了一種修飾的固態電解質薄膜及其制備方法以及全固態電池。本發明先將固體電解質粉體和粘結劑混合輥壓，形成電解質薄膜；然后，通過磁控濺射的方式，向電解質薄膜表面沉積含鋁氧化物修飾層，從而得到修飾的固態電解質薄膜；所述含鋁氧化物為偏鋁酸鋰和/或偏鋁酸鈉。本發明通過特定含鋁氧化物修飾層對電解質薄膜和金屬鋰進行物理隔絕，且采用磁控濺射方式制得的含鋁氧化物修飾層才能達到良好的隔絕效果，只傳輸離子而不傳輸電子，防止粘結劑碳化，可以有效改善電解質薄膜的界面穩定性，穩定全固態電池的循環性能，防止短路、斷路失效。

技術領域

本發明涉及新能源儲能技術領域，特別涉及一種修飾的固態電解質薄膜及其制備方法以及全固態電池。

背景技術

近年來，鋰電池已經廣泛應用于各領域，包括能源存儲、手機、電腦、電動車等。由于電極材料的限制，目前商用電池的能量密度己經接近極限，且有機電解液易泄露，燃燒，爆炸，存在安全風險，嚴重限制了鋰電池應用范圍。

全固態電池以固態電解質代替傳統電池中的電解液和隔膜，避免了電解液的泄露，電池的電極，電解質均為固體，極大提高了電池的本征安全性，同時有望與金屬鋰匹配，實現電池能量密度的提升。

目前全固態電池處于實驗研發階段，全電池中固態電解質層的構建主要存在以下挑戰：電解質層厚(大于500μm)，非活性物質占比高，電池能量密度低；電池循環性能差。在電解質中引入粘結劑可有效降低電解質層的成膜厚度，減輕非活性物質質量。但目前報道的制備電解質薄膜及工藝，例如中國發明專利CN111313083A，CN107968219A等，雖然提供了制備電解質薄膜的辦法，但都沒有考慮到粘結劑和電解質對鋰穩定性問題，導致目前固態電解質薄膜在全固態電池中性能較差，電池循環穩定性失效問題嚴重。在非專利文獻Flexible Sulfide Electrolyte Thin Membrane with Ultrahigh Ionic Conductivityfor All-Solid-State Lithium Batteries,Nano Letters,2021中，雖然提供了在金屬鋰表面濺射氧化鋁以提升界面穩定性的方法，但沒有考慮到對電解質改性將會獲得更大應用靈活性的可能(如使用合金、碳系材料負極)；同時文章所公開材料的界面穩定性、電池性能都需要進一步提升。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種修飾的固態電解質薄膜及其制備方法以及全固態電池。本發明提供的修飾的固態電解質薄膜能夠有效提升全固態電池的循環穩定性。

本發明提供了一種修飾的固態電解質薄膜的制備方法，包括以下步驟：

a)將固體電解質粉體和粘結劑混合后輥壓，得到電解質薄膜；

b)以所述電解質薄膜為基片，以含鋁氧化物為靶材，進行磁控濺射，在所述電解質薄膜表面形成含鋁氧化物修飾層，得到修飾的固態電解質薄膜；

所述含鋁氧化物為偏鋁酸鋰和/或偏鋁酸鈉。

優選的，所述步驟b)中，磁控濺射的條件為：

在保護性氣體條件下進行；所述保護性氣體的流量為80sccm；

工作壓強為1.6Pa；

濺射功率為180W，濺射時間為7.5～12.5h。

優選的，所述粘結劑為聚四氟乙烯；

所述粘結劑的質量占所述固體電解質粉體與粘結劑質量和的0.01％～10％。

優選的，所述聚四氟乙烯的數均分子量為10⁶～10⁷；

所述含鋁氧化物修飾層的厚度為0.1～1000nm。

優選的，所述固體電解質粉體為硫化物固體電解質粉體；