[發明專利]一種全固態鐵空電池的制備方法以及由此得到的全固態鐵空電池

有效

• 申請號: 202110968369.1
• 申請日: 2021-08-23
• 公開（公告）號: CN113675407B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 王建強;彭程;張詩雨;程李威;姜文;高江輝;王昊
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海應用物理研究所
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/52;H01M4/04;H01M4/139;H01M12/08
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 宋麗榮

本發明涉及一種全固態鐵空電池的制備方法，其包括如下步驟：S1，均勻混合活性物質與添加劑以提供負極漿料，其中，活性物質為Fe₂O₃粉體，添加劑為TiO₂納米粉體，質量比Fe₂O₃:TiO₂的范圍為1～9；S2，將負極漿料噴涂在固態電解質上后進行共燒結以形成直接結合在固態電解質上的負極。本發明還提供由上述的制備方法得到的全固態鐵空電池。本發明通過在活性物質Fe₂O₃中添加高溫下具有電子和離子雙重傳導特征的TiO₂納米粉體，控制能夠實現電池高效循環充放電的添加劑加入量，實現了全固態鐵空電池的高效循環測試，有效緩解了純氧化鐵電極電阻過大所引發的電池能量損耗高的問題，實現高溫鐵空電池的高效率充放電過程。

技術領域

本發明涉及電池，更具體地涉及一種全固態鐵空電池的制備方法以及由此得到的全固態鐵空電池。

背景技術

隨著傳統化石能源儲量日漸減少，環境污染日益嚴重，人類對于清潔的可再生能源的需求越來越大。而電池技術作為能源存儲與轉化的重要手段，在當今社會的生產與發展中占據著舉足輕重的地位，研發長壽命、高安全、低成本的電池技術是研究人員一直追求的目標。鋰離子電池作為研究最為透徹、應用最為廣泛的電池技術，由于其電解質和電極活性物質均為易燃易爆的有機液體或者活潑金屬，一直存在著爆炸的安全隱患，使用全固態的電解質則可以有效解決液態電解質存在的安全隱患問題。

金屬鐵儲量高、生產成本低且化學性質較為穩定，其與氧氣反應是一個多電子參與的過程，在用作電池反應中具有高能量密度和容量密度的優勢，因此發展全固態的鐵空電池能夠滿足現階段對于高性能的電池技術的需求。而常溫的鐵空電池存在電極鈍化、電解液揮發干涸、析氫以及副反應等問題，嚴重影響了電池的性能。提高反應溫度有助于加快電荷傳遞速率，緩解電極鈍化的問題，在高溫鐵空電池中引入全固態的電池結構，避免了液態電解液導致的干涸、析氫以及一系列的副反應的問題。因此研究全固態的鐵空電池結構對于能源的可持續發展非常有利。但是，常規的以氧化鐵作為負極的鐵空電池，存在電池內阻過高、負極反應活性低的問題。

發明內容

為了解決上述現有技術中的純氧化鐵負極存在電池內阻過大，電極反應活性低等問題，本發明提供一種全固態鐵空電池的制備方法以及由此得到的全固態鐵空電池。

根據本發明的全固態鐵空電池的制備方法，其包括如下步驟：S1，均勻混合活性物質與添加劑以提供負極漿料，其中，活性物質為Fe₂O₃粉體，添加劑為TiO₂納米粉體，質量比Fe₂O₃:TiO₂的范圍為1～9；S2，將負極漿料噴涂在固態電解質上后進行共燒結以形成直接結合在固態電解質上的負極。

優選地，固態電解質為高溫下氧離子導電的8YSZ固態電解質。

優選地，在步驟S1中，均勻混合活性物質、添加劑和8YSZ納米粉體以提供負極漿料。應該理解，8YSZ納米粉體的混入可以便于在步驟S2中的負極與固態電解質的緊密結合。

優選地，在負極漿料中，質量比(Fe₂O₃+TiO₂):8YSZ＝7:3。

優選地，在步驟S1中，通過輥磨混合提供負極漿料。應該理解，其他混合方式雖然可行但并不是最優選，如球磨和常規的研磨，球磨一次能產出的漿料量太少，常規的研磨方法不能使粉體充分混合均勻，只有輥磨的方式是最便捷的、最易于大批量漿料混合的方法。在一個優選的實施例中，輥磨時間為12h，轉速為500r/min，得到高效混合均勻的負極漿料。

優選地，在步驟S1中，按比例加入異丙醇、乙二醇以及甘油配制輥磨漿料，其中，異丙醇、乙二醇以及甘油的液體體積比為10:2:1，漿料固含量為0.09g/ml，球料比為20:1。