[發明專利]固態鋰電池及其制備方法和用電設備

在審

• 申請號: 202210922271.7
• 申請日: 2022-08-02
• 公開（公告）號: CN115084642A
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 馮靜
• 申請（專利權）人: 欣旺達電子股份有限公司
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562;H01M10/052;H01M10/058;H01M10/42
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 白雪

本申請提供了一種固態鋰電池及其制備方法和用電設備。該固態鋰電池包括依次層疊設置的鋰負極片、聚合物修飾層、硫化物電解質層和正極片，其中，聚合物修飾層的材料包括聚合物和鋰鹽，鋰鹽分散在聚合物中。應用本申請的技術方案，本申請提供的固態鋰電池在鋰負極片和硫化物電解質層之間設置有聚合物修飾層，避免了硫化物電解質層與鋰負極片直接接觸，避免副反應的發生，同時聚合物修飾層具備優異的離子電導能力和膨脹收縮能力，保證了鋰離子在聚合物修飾層中傳輸并減緩充放電過程中鋰負極片體積變化造成的破壞。同時聚合物修飾層還能夠有效抑制鋰枝晶的產生，降低電池短路的風險，提高安全性。

技術領域

本申請涉及電池技術領域，具體而言，涉及一種固態鋰電池及其制備方法和用電設備。

背景技術

一直以來，鋰金屬負極被認為是提高鋰電池能量密度的最佳負極，因為鋰負極具有最低的電化學勢(-3.04V vs.SHE)，低密度(0.53g cm^-1)和非常高的理論容量(3860mAhg^-1)。但是，鋰金屬非常活潑極易與其他物質發生反應，且易在金屬表面形成鋰枝晶，在電池循環過程中鋰枝晶易刺穿隔膜，從而導致內部短路和嚴重的安全問題。

采用高強度的固態電解質來制備全固態電池，有望實現金屬鋰負極的應用并提高電池的能量密度。然而，絕大多數的固態電解質對鋰金屬均不穩定，在電池循環過程中，會形成一層高阻抗的界面層。此外，固態電解質與金屬鋰接觸較差，電流分布不均勻，從而促進鋰枝晶的生長，枝晶穿過固態電解質的縫隙到達正極，電池發生短路。

有鑒于此，特提出本申請。

發明內容

本申請的主要目的在于提供一種固態鋰電池及其制備方法和用電設備，以解決現有技術中應用金屬鋰負極的全固態電池在電池循環過程中，金屬鋰負極與固態電解質接觸易發生副反應，形成高阻抗界面層，且金屬鋰負極表面易形成鋰枝晶，鋰枝晶易刺穿隔膜，導致電池短路和嚴重的安全問題的技術問題。

為了實現上述目的，根據本申請的一個方面，提供了一種固態鋰電池，該固態鋰電池包括依次層疊設置的鋰負極片、聚合物修飾層、硫化物電解質層和正極片，其中，聚合物修飾層的材料包括聚合物和鋰鹽，鋰鹽分散在聚合物中。

進一步地，聚合物修飾層中，鋰鹽的質量含量為4.95％～15％。

進一步地，聚合物包括聚碳酸亞乙烯酯、聚乙二醇甲醚聚甲基丙烯酯、聚乙二醇甲醚聚甲基丙烯酯、聚乙二醇聚甲基丙烯酸酯、聚乙二醇聚二甲基丙烯酸酯或聚乙二醇聚二丙烯酸酯中的至少一種。

進一步地，鋰鹽包括LiBF₄、LiPF₆、LiTFSI或LiBOB中的至少一種。

進一步地，聚合物修飾層由包括聚合物前驅體、鋰鹽和引發劑的原料混合物進行原位聚合制備得到。

進一步地，按質量百分比計，原料混合物中，聚合物前驅體占85％～95％、鋰鹽占4.95％～15％，引發劑占0.01％～0.1％。

進一步地，聚合物前驅體包括碳酸亞乙烯酯、聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯、聚乙二醇甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯中的至少一種；聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯、聚乙二醇甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯的數均分子量各自獨立地為200～1000；引發劑包括偶氮類化合物或過氧化物類化合物中的至少一種，其中，偶氮類化合物包括偶氮二異丁腈或偶氮二異庚腈中的至少一種，過氧化物類化合物包括過氧化二苯甲酰或過氧化十二酰中的至少一種。

進一步地，聚合物修飾層的厚度為2～15μm，優選為5～12μm。