[發(fā)明專利]一種復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)片及其制備方法和應(yīng)用、一種固態(tài)電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310758957.1
• 申請日: 2023-06-26
• 公開（公告）號: CN116487724B
• 公開（公告）日: 2023-08-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李亞迪;王立偉;劉丹;張盼;葉潤;劉文淵;劉澤文;張廣濤;閆冬成;胡恒廣
• 申請（專利權(quán)）人: 河北光興半導(dǎo)體技術(shù)有限公司;北京遠(yuǎn)大信達(dá)科技有限公司
• 主分類號: H01M10/058
• 分類號: H01M10/058;H01M10/0562;H01M10/0525;B08B7/00
• 代理公司: 北京潤平知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11283
• 代理人: 陳靜

本發(fā)明涉及新能源材料領(lǐng)域，公開了一種復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)片及其制備方法和應(yīng)用、一種固態(tài)電池，該復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)片的制備方法包括：（1）在含氧氣氛下，將原料電解質(zhì)片進(jìn)行煅燒，得到電解質(zhì)片I；（2）在第一氣氛下，將所述電解質(zhì)片I進(jìn)行等離子體活化處理，得到電解質(zhì)片II；（3）將正極漿料和負(fù)極漿料分別涂覆在所述電解質(zhì)片II的兩側(cè)，以分別形成正極涂層和負(fù)極涂層，得到所述復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)片。本發(fā)明提供的復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)片能夠有效降低固態(tài)電解質(zhì)與電極之間的界面電阻，具有高離子電導(dǎo)率，采用本發(fā)明提供的復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)片制備得到的固態(tài)電池具有阻抗低、高循環(huán)穩(wěn)定性和高倍率性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及新能源材料領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)片及其制備方法和應(yīng)用、一種固態(tài)電池。

背景技術(shù)

二次電池作為一種重要的儲能手段，歷經(jīng)多年已發(fā)展出包括鎳氫、鎳鉻、鉛酸、鋰離子電池、液流電池等多種體系，應(yīng)用遍布于各種領(lǐng)域。其中鋰離子電池因其高能量密度、長循環(huán)壽命、無記憶效應(yīng)、長儲存壽命等優(yōu)勢，在消費(fèi)電子、家用電器領(lǐng)域已獲得廣泛商用；在電動汽車、航空航天領(lǐng)域已獲得逐步推廣；在大規(guī)模可再生能源儲存領(lǐng)域、智能信息新興技術(shù)領(lǐng)域已具有較好的應(yīng)用示范。

然而，在商業(yè)化鋰離子電池中，為了使正負(fù)極間獲得較快的離子傳導(dǎo)，含有碳酸乙烯酯（EC）、碳酸二甲酯（DEC）等的液態(tài)電解質(zhì)被用作離子導(dǎo)體注入至電池中，這些低熱力學(xué)穩(wěn)定性的組分使得傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池在發(fā)生熱失控時易燃易爆，具有較大的安全隱患。此外，常規(guī)液態(tài)電解質(zhì)和隔膜受限于機(jī)械強(qiáng)度低，電化學(xué)窗口、電極/電解質(zhì)界面穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，難以配合高能量電極如高鎳氧化物正極、金屬鋰負(fù)極等進(jìn)行穩(wěn)定工作，電池能量密度提升受限。

鑒于此，將液態(tài)電解質(zhì)和隔膜用高離子電導(dǎo)、高穩(wěn)定性、高機(jī)械性能的固體電解質(zhì)取代，從而獲得兼顧高安全性、高能量密度的全固態(tài)鋰電池，成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。

目前固體電解質(zhì)與電極間的界面問題是阻礙固態(tài)電池性能提升的關(guān)鍵因素。以實(shí)現(xiàn)高能量密度、高安全性的全固態(tài)鋰電池為目標(biāo)，通過表面修飾改性、界面結(jié)構(gòu)調(diào)控等手段，針對固體電解質(zhì)對電極的界面特性與應(yīng)用改性進(jìn)行研究，具有非常大的研究價值和現(xiàn)實(shí)意義。

例如，CN113690483A公開了一種等離子體改性鈉超離子導(dǎo)體型固態(tài)電解質(zhì)的方法，在固態(tài)電解質(zhì)顆粒階段對其進(jìn)行等離子體活化，增強(qiáng)表面能，然后與聚合物進(jìn)行混合干燥，得到復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)膜。該現(xiàn)有技術(shù)雖然在一定程度上提升電池的循環(huán)壽命和電化學(xué)性能，但是，將活化后的固態(tài)電解質(zhì)顆粒與有機(jī)聚合物直接進(jìn)行混合干燥，有機(jī)聚合物的離子電導(dǎo)率較低，添加一定比例的有機(jī)聚合物會降低氧化物固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一是為了提供一種能夠有效降低固態(tài)電解質(zhì)與電極之間的界面電阻，具有高離子電導(dǎo)率的復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)片；

本發(fā)明的目的之二是為了提供一種具有高循環(huán)穩(wěn)定性和高倍率性的固態(tài)電池。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一方面提供一種制備復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)片的方法，包括以下步驟：

（1）在含氧氣氛下，將原料電解質(zhì)片進(jìn)行煅燒，得到電解質(zhì)片I；

（2）在第一氣氛下，將所述電解質(zhì)片I進(jìn)行等離子體活化處理，得到電解質(zhì)片II，所述等離子體活化處理的條件包括：電壓為10-150V，電流為0.2-2A，時間為1-60min；

（3）將正極漿料和負(fù)極漿料分別涂覆在所述電解質(zhì)片II的兩側(cè)，以分別形成正極涂層和負(fù)極涂層，得到所述復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)片。

優(yōu)選地，在步驟（1）中，所述原料電解質(zhì)片選自NASICON型、LISICON型、鈣鈦礦型、石榴石型中的至少一種。

優(yōu)選地，在步驟（1）中，所述含氧氣氛中的氧含量≥20v%。

優(yōu)選情況下，在步驟（1）中，所述煅燒的條件包括：溫度為600-1300℃，時間為1-24h。