[發明專利]一種介質阻擋放電等離子體快速去除石榴石型固態電解質表面碳酸鋰的發生裝置及其方法

在審

• 申請號: 202310026853.1
• 申請日: 2023-01-09
• 公開（公告）號: CN116347734A
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發明（設計）人: 梁風;姚正銀;張達;解志鵬;張家慶;楊斌
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: H05H1/24
• 分類號: H05H1/24;C04B41/80;H05H1/00
• 代理公司: 昆明普發諾拉知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 53209
• 代理人: 王思

本發明公開了一種介質阻擋放電等離子體快速去除石榴石型固態電解質表面碳酸鋰的發生裝置及其方法，涉及石榴石型固態電解質表面處理技術領域。底座設置有電機座，電機座上設置有電機，底座支撐有發生裝置的自動翻料殼體，自動翻料殼體一側設置有進氣管，底部一側設置有排料管，排料管上設置有排氣閥，自動翻料殼體頂部有進料管，電機輸出軸通過連接裝置與攪拌裝置連接，攪拌裝置轉動設置在自動翻料殼體內。采用介質阻擋放電等離子體改性處理所述石榴石型固態電解質粉末，去除表面碳酸鋰，使用溶液澆鑄法將其澆筑成膜，使得電解質膜的界面兼容性改善。通過電機驅動攪拌裝置進行自動翻料，使得物料更加均勻，得到的石榴石型固態電解質更加純凈。

技術領域

本發明涉及石榴石型固態電解質表面處理技術領域，尤其涉及一種介質阻擋放電等離子體快速去除石榴石型固態電解質表面碳酸鋰的發生裝置及其方法。

背景技術

電動汽車和儲能系統的不斷發展要求二次電池具有更高的能量密度和安全性能，對開發高能量密度鋰離子電池的需求比以往任何時候都更為迫切。此外，有機液體電解液的使用使鋰離子電池面臨漏液和爆炸等的安全隱患。在提高能量密度的同時增強鋰離子電池的安全性能，是下一代鋰離子電池的研究熱點。事實證明，用不易燃的固體電解質代替液體電解質來制造固態鋰金屬電池是從根本上消除電池著火危險的最佳方案，同時也能提高電池的能量密度。

各種固態鋰離子導體，包括聚合物和無機材料，已被廣泛用作固態鋰離子電池的固體電解質。作為全固態電池的關鍵組件，長期以來研究典型的固態電解質，包括鋰磷氧氮（LiPON）、鈣鈦礦型、NASICON型、硫化物型和石榴石型材料。石榴石型固態電解質因其具有高室溫離子電導率（＞10^?3Scm^?1）、寬電化學窗口（V）以及對鋰金屬良好的化學穩定性等優點而備受關注。然而，石榴石型固態電解質易與空氣中水和二氧化碳反應生成表面鋰離子絕緣的碳酸鋰（Li₂CO₃）雜質，導致其界面電阻高和電化學性能差，從而限制了其在固態電池中的應用。

為了改善石榴石型固態電解質化學穩定性，去除石榴石型固態電解質表面碳酸鋰（Li₂CO₃）是非常必要的，研究者們對此提出了眾多解決方案，通常包括：機械打磨以及高溫熱處理。但是，用砂紙打磨不僅不能夠完全去除表面碳酸鋰（Li₂CO₃）雜質還會引入新的雜質。高溫熱處理一方面需要數小時的升溫和降溫，非常耗時；另一方面高溫也會帶來鋰揮發的風險，從而導致石榴石型固態電解質的分解。

CN112331907A中公開了一種等離子體界面修飾石榴石復合固態電解質的方法，其公開的方法是采用等離子體對石榴石型復合固態電解質表面進行活化處理，改善了石榴石型復合固態電解質與固態電極的兼容性，降低了石榴石型復合固態電解質的界面阻抗，提升固態電池性能，其活化過程只對有機無機復合的復合固態電解質表面進行有機物清潔和原位化學生生成氮化鋰（Li₃N），無法從根本上去除石榴石型固態電解質無機粉體表面的碳酸鋰（Li₂CO₃）雜質。

另一方面，現有的低溫等離子體反應裝置反應腔體功能比較單一，為使得處理效果更好，通常需要人工對其進行翻料，費時費力。因此，迫切需要一種簡單易行的發生裝置和方法，對石榴石型固態電解質表面進行保護，從而為開發高能量密度高安全性固態電池鋪平道路。

發明內容

本發明提供一種介質阻擋放電等離子體快速去除石榴石型固態電解質表面碳酸鋰的發生裝置及其方法，解決現有技術中石榴石型固態電解質表面處理的低溫等離子發生裝置難以自動翻料、人工翻料費時費力且不均勻，且處理方法復雜的問題。