一种固态电池、其制备方法和用途技术

本发明专利技术涉及一种固态电池、其制备方法和用途。所述固态电池包括正极、负极和固态电解质；所述正极中的正极活性物质包括LiFePO4，所述负极包括负极活性物质和氧化物固态电解质。本发明专利技术所述固态电池中的正极活性物质选择LiFePO4，可以有效地提升固态电池的高温特性，负极中含有分散的氧化物固态电解质，可以提升固态电池高温下的安全性。本发明专利技术中正极和负极相互配合，使得到的固态电池具有优异的电化学性能同时，也具有优异的安全性能。也具有优异的安全性能。也具有优异的安全性能。

【技术实现步骤摘要】
一种固态电池、其制备方法和用途


[0001]本专利技术属于固态电池
，具体涉及一种固态电池、其制备方法和用途。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有能量密度高、能量效率高、循环寿命长、无记忆效应、快速放电等优点，因而在消费电子产品和电动交通工具、电网调峰、储能电源、航空航天等领域有巨大市场需求。传统的锂离子电池所用的有机电解液虽具有很高的离子电导率、电极/电解液界面易控制、加工处理方便等优点，但有机电解液易挥发、易燃、易爆，使得电池尤其是大容量时存在较大的安全隐患；另外有限的电化学窗口使得其在高电压电池体系遇到不少困难。
[0003]采用不挥发、不易燃的固体电解质替代液态电解液可以有效提升电池的安全性和能量密度，近年来受国内外研究者的关注与重视。因此，固态电池被视为能实现高安全性、高能量密度的下一代可充电电池体系。
[0004]目前已经产业化大规模应用的固态电池是法博雷组装在Bluecar汽车上的固态聚合物二次电池，但是受聚合物固态电解质低离子电导率的影响，这类电池的工作温度只能被限制在70～80℃之间。因此，拓展固态电池的使用温度范围是固态电池大规模应用道路上亟待解决的问题。
[0005]现有技术中常通过改性固态电解质的方式来拓宽固态电池的使用温度范围，如CN109390632A、CN108183257A和CN110534798A等。但是，仅仅改性固态电解质，得到的固态电池安全性能较差。
[0006]因此，本领域需要开发一种具有较宽的使用温度区间的固态电池，且安全性能和电化学性能优异。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种固态电池、其制备方法和用途。本专利技术所述固态电池具有较宽的使用温度区间，且解决了系统成组效率容量≥50Ah，尤其是≥100Ah的刀片电池的安全性问题。
[0008]为达上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]本专利技术的目的之一在于提供一种固态电池，所述固态电池包括正极、负极和固态电解质；所述正极中的正极活性物质包括LiFePO4，所述负极包括负极活性物质和氧化物固态电解质。
[0010]本专利技术所述固态电池中的正极活性物质选择LiFePO4，可以有效地提升固态电池的高温特性，负极中含有分散的氧化物固态电解质，可以避免负极活性材料与电解液的直接接触，降低副反应的发生，提高SEI膜的稳定性，从而提高电池的循环性能。本专利技术中正极和负极相互配合，使得到的固态电池具有优异的电化学性能同时，也具有优异的安全性能。
[0011]本专利技术所述固态电池具有较宽的温度使用区间，且解决了系统成组效率容量≥50Ah，尤其是≥100Ah的刀片电池的安全性问题。
[0012]图1是本专利技术提供的固态电池结构示意图，其中a-负极活性物质、b-氧化物固态电解质、c-固态电解质、d-正极活性物质。
[0013]优选地，所述氧化物固态电解质分散于所述负极的活性材料层中。
[0014]优选地，所述氧化物固态电解质的质量占负极活性物质质量的0.1％～10％，例如0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％或9.5％等，优选为1～5％。
[0015]本专利技术所述氧化物固态电解质的质量占负极活性物质质量的0.1％～10％，氧化物固态电解质的含量过多，降低活性物质比例，导致负极充放电容量降低，影响电池电化学性能；氧化物固态电解质的含量过少，对高温下循环提升较小；在选择氧化物固态电解质的质量占负极活性物质质量的1％～5％时，可以达到最优的技术效果。
[0016]优选地，所述氧化物固态电解质的颗粒粒径为D50＝0.1～3μm，例如0.5μm、1μm、1.5μm、2μm、2.5μm或3μm等，优选为D50＝0.5～2μm。
[0017]本专利技术所述氧化物固态电解质的粒径为0.1～10μm，粒径过大，对负极循环稳定性提升过小；粒径过小，容易导致固态电解质的团聚，阻碍离子和电子传输；所述氧化物固态电解质的粒径为D50＝0.5～2μm时，可以达到最优的技术效果。
[0018]优选地，所述氧化物固态电解质包括NASICON结构材料、钙钛矿结构材料、反钙钛矿结构材料、LISICON结构和石榴石结构材料中的任意一种或多种。
[0019]优选地，所述NASICON结构材料包括Li
1+a
Al
a
Ge
2-a
(PO4)3或其同晶型异原子掺杂化合物、Li
1+b
Al
b
Ti
2-b
(PO4)3或其同晶型异原子掺杂化合物中的任意一种或多种，所述0<a≤0.75(例如0.05、0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、0.4、0.45、0.5、0.55、0.6、0.65或0.7等)，所述0<b≤0.5(例如0.05、0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、0.4或0.45等)。
[0020]优选地，所述钙钛矿结构材料包括Li
c
La
2/3-c
TiO3或其同晶型异原子掺杂化合物、Li
3/8
Sr
7/16
Ta
3/4
Hf
1/4
O3或其同晶型异原子掺杂化合物、Li
2x-y
Sr
1-x
Ta
y
Zr
1-y
O3或其同晶型异原子掺杂化合物中的任意一种或多种，所述0.06≤c≤0.14(例如0.07、0.08、0.09、0.1、0.11、0.12或0.13等)，所述0.25≤y≤1(例如0.3、0.35、0.4、0.45、0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9或0.95等)，x＝0.75y。
[0021]优选地，所述反钙钛矿结构材料包括Li
3-2z
M
z
HalO、Li3OCl或其同晶型异原子掺杂化合物中的任意一种或多种，所述0≤z≤0.01(例如0.001、0.002、0.003、0.004、0.005、0.006、0.007、0.008或0.009)，Hal为元素Cl或I。
[0022]优选地，所述LISICON结构材料包括Li
4-d
Si
1-d
P
d
O4或其同晶型异原子掺杂化合物、Li
14
ZnGe4O
16
或其同晶型异原子掺杂化合物中的任意一种或多种，所述0.5≤d≤0.6，例如0.51、0.52、0.53、0.54、0.55、0.56、0.57、0.58或0.59等。
[0023]优选地，所述石榴石结构材料包括Li
7-e
La3Zr
2-e
O
12
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固态电池，其特征在于，所述固态电池包括正极、负极和固态电解质；所述正极中的正极活性物质包括LiFePO4，所述负极包括负极活性物质和氧化物固态电解质。2.如权利要求1所述的固态电池，其特征在于，所述氧化物固态电解质分散于所述负极的活性材料层中；优选地，所述氧化物固态电解质的质量占负极活性物质质量的0.1％～10％，优选1～5％；优选地，所述氧化物固态电解质的颗粒粒径为D50＝0.1～3μm，优选为D50＝0.5～2μm。3.如权利要求1或2所述的固态电池，其特征在于，所述氧化物固态电解质包括NASICON结构材料、钙钛矿结构材料、反钙钛矿结构材料、LISICON结构和石榴石结构材料中的任意一种或多种；优选地，所述NASICON结构材料包括Li
1+a
Al
a
Ge
2-a
(PO4)3或其同晶型异原子掺杂化合物、Li
1+b
Al
b
Ti
2-b
(PO4)3或其同晶型异原子掺杂化合物中的任意一种或多种，所述0<a≤0.75，所述0<b≤0.5；优选地，所述钙钛矿结构材料包括Li
c
La
2/3-c
TiO3或其同晶型异原子掺杂化合物、Li
3/8
Sr
7/16
Ta
3/4
Hf
1/4
O3或其同晶型异原子掺杂化合物、Li
2x-y
Sr
1-x
Ta
y
Zr
1-y
O3或其同晶型异原子掺杂化合物中的任意一种或多种，所述0.06≤c≤0.14，所述0.25≤y≤1，x＝0.75y；优选地，所述反钙钛矿结构材料包括Li
3-2z
M
z
HalO、Li3OCl或其同晶型异原子掺杂化合物中的任意一种或多种，所述0≤z≤0.01，Hal为元素Cl或I；优选地，所述LISICON结构材料包括Li

【专利技术属性】
技术研发人员：徐航宇，杨晨旭，陈坤，李永伟，俞会根，
申请(专利权)人：北京卫蓝新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：