用于电池负极的复合固态电解质材料、负极片及全固态锂电池制造技术

本申请实施例提供了一种用于电池负极的复合固态电解质材料，包括固态电解质本体和包覆在固态电解质本体表面的包覆层，包覆层的材质包括锑、铋、锑铋合金、锑锂合金、铋锂合金、锑铋锂合金中的一种或者多种。所述复合固态电解质材料良好的电子电导性及离子电导性，可与负极活性材料制得致密度高的负极片，且其中各颗粒之间的接触情况良好，进而利于提升电池的电化学性能。本申请实施例还提供了采用该复合固态电解质材料的负极片及全固态锂电池。态电解质材料的负极片及全固态锂电池。态电解质材料的负极片及全固态锂电池。

【技术实现步骤摘要】
用于电池负极的复合固态电解质材料、负极片及全固态锂电池


[0001]本申请涉及电池
，特别是涉及一种用于电池负极的复合固态电解质材料、负极片及全固态锂电池。

技术介绍

[0002]近年来，使用固态电解质的全固态锂电池因具有较高的安全性而得到广泛关注。其中，理论比容量较高、安全性高的硅负极被认为是突破全固态锂电池能量密度的有效路径。但在实际的硅负极片的制备中，通常需要在硅负极中添加大量的固态电解质材料和导电剂，以提升硅负极的导离子性和导电子性，这些不具备电化学活性的添加剂的大量添加反而会降低硅负极的容量以及整个全固态锂电池的能量密度。

技术实现思路

[0003]鉴于此，本申请实施例提供了一种可用在全固态锂电池负极的复合固态电解质材料，通过在固态电解质本体的表面包覆特定的包覆层，可使得复合固态电解质材料同时具有优异的电子电导性和离子电导性，其在负极中以较少量添加就可提升负极的电化学性能，且不会明显降低负极容量及降低电池能量密度。
[0004]具体地，本申请实施例第一方面提供了一种用于电池负极的复合固态电解质材料，包括固态电解质本体和包覆在所述固态电解质本体表面的包覆层，所述包覆层的材质包括锑、铋、锑铋合金、锑锂合金、铋锂合金、锑铋锂合金中的一种或者多种。
[0005]本申请实施例第一方面提供的用于电池负极的复合固态电解质材料，通过在固态电解质本体的表面包覆上述特定包覆层，能赋予所述复合固态电解质材料良好的电子电导性及离子电导性，并利于复合固态电解质材料颗粒之间及其与负极活性颗粒之间形成良好接触，制得致密度较高、空隙较少的负极片，并在其中建立良好的电子通路和离子通路，进而可利于电池性能的提升。
[0006]此外，该复合固态电解质材料在与充放电电压平台低于其包覆层对锂电位的负极活性材料共同制得电池负极片后，由该负极片制得的全固态锂电池的工作电压范围内，复合固态电解质材料的包覆层以锑锂合金、铋锂合金和锑铋锂合金的至少一种形式稳定存在，并不会参与嵌/脱锂的电化学反应，主要起到传导锂离子和电子的作用，性质较稳定，不发生体积变化，可提升电池的循环稳定性。
[0007]本申请实施方式中，所述包覆层的厚度为5nm
‑
1μm。该厚度可在达到均匀包覆效果的同时，又不会降低复合固态电解质材料的离子电导性。
[0008]本申请实施方式中，所述复合固态电解质材料中，所述包覆层的质量占比为0.5％
‑
30％。该质量占比可以保证包覆层的厚度较合适且包覆完整度较高，较好地兼顾高电子电导性和良好离子电导性。
[0009]本申请实施方式中，所述复合固态电解质材料在室温下的离子电导率在1
×
10
‑
6
S
·
cm
‑1至2.5
×
10
‑2S
·
cm
‑1的范围内。
[0010]本申请实施方式中，所述复合固态电解质材料在室温下的电子电导率在1
×
10
‑3S
·
cm
‑1至2.5
×
104S
·
cm
‑1的范围内。
[0011]本申请实施方式中，所述固态电解质本体为颗粒状，其粒径可以为100nm
‑
5μm。合适粒径的固态电解质本体较易制备，且利于负极容量发挥。
[0012]本申请实施方式中，所述复合固态电解质材料的粒径为100nm
‑
6μm。
[0013]本申请实施例第二方面提供了一种负极片，包括负极集流体和设置在所述负极集流体上的负极材料层，所述负极材料层包括负极活性材料和本申请实施例第一方面所述的复合固态电解质材料。
[0014]本申请实施方式中，所述负极活性材料包括碳基材料和/或硅基材料。这两类负极活性材料的平均工作电压低于上述包覆层材料，由它们制得的电池在出厂后的正常工作电压范围内，包覆层不会参与电化学反应，利于提升电池循环性能。
[0015]本申请实施方式中，所述复合固态电解质材料的质量为所述负极活性材料质量的3％
‑
30％。
[0016]本申请实施方式中，所述负极材料层不含导电剂。复合固态电解质材料因具有上述包覆层而具有良好导电性，使得负极片中无需加入导电剂，利于提升负极活性材料在其中的质量占比。
[0017]本申请一些实施方式中，所述负极材料层还含有粘结剂。
[0018]本申请实施例第二方面提供的负极片，同时含有负极活性材料和上述复合固态电解质材料，可使得负极片中各种颗粒之间的接触情况良好，接触阻抗小，负极片的致密度较高、空隙较少，并具有良好的电子通路和离子通路，进而可提升由该负极片制得的电池的性能提升。
[0019]本申请实施例第三方面提供了一种全固态锂电池，包括正极片、负极片以及位于所述正极片和负极片之间的固态电解质层，所述负极片如本申请实施例第二方面所述。
[0020]本申请实施方式中，当所述全固态锂电池出厂后，所述复合固态电解质材料的包覆层为锑锂合金、铋锂合金、锑铋锂合金中的一种或者多种。在该全固态锂电池的正常工作电压范围内，包覆层不会参与电化学反应，利于提升电池循环性能。
[0021]本申请第三方面提供的全固态锂电池，由于包含了上述负极片，使得该电池的放电比容量较高、循环稳定性强。
附图说明
[0022]图1为本申请一实施方式提供的复合固态电解质材料的结构示意图；
[0023]图2为本申请一实施方式提供的负极片的结构示意图；
[0024]图3为本申请一实施方式提供的全固态锂电池的结构示意图。
具体实施方式
[0025]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行详细说明。
[0026]请参阅图1，本申请实施例提供了一种复合固态电解质材料，可用于碳基材料或硅
基材料等作负极活性材料的全固态锂电池中，以提高负极的容量发挥及电池的循环稳定性。具体地，本申请实施例提供的复合固态电解质材料100包括固态电解质本体101和包覆在固态电解质本体101表面的包覆层102，包覆层102的材质包括锑、铋、锑铋合金、锑锂合金、铋锂合金、锑铋锂合金中的一种或者多种。换句话说，包覆层102的材质包括锑(Sb)、铋(Bi)、锑铋合金及其嵌锂材料中的至少一种。
[0027]其中，锑锂合金的组成可以以通式Li
x
Sb表示，0<x≤3；铋锂合金的组成可以以通式Li
y
Bi表示，0<y≤3。锑铋合金的组成可以以通式Sb
m
Bi
n
表示，m+n＝1；锑铋锂合金的组成可以以通式Li
z
Sb
m
Bi
n
表示，其中，m+n＝1，0<z≤3。
[0028]通过在固态电解质本体101的表本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于电池负极的复合固态电解质材料，其特征在于，包括固态电解质本体和包覆在所述固态电解质本体表面的包覆层，所述包覆层的材质包括锑、铋、锑铋合金、锑锂合金、铋锂合金、锑铋锂合金中的一种或者多种。2.如权利要求1所述的复合固态电解质材料，其特征在于，所述包覆层的厚度为5nm
‑
1μm。3.如权利要求1所述的复合固态电解质材料，其特征在于，所述复合固态电解质材料中，所述包覆层的质量占比为0.5％
‑
30％。4.如权利要求1所述的复合固态电解质材料，其特征在于，所述固态电解质本体的粒径为100nm
‑
5μm。5.如权利要求1
‑
4任一项所述的复合固态电解质材料，其特征在于，所述复合固态电解质材料在室温下的离子电导率在1
×
10
‑6S
·
cm
‑1至2.5
×
10
‑2S
·
cm
‑1的范围内。6.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：历彪，郭姿珠，易观贵，张桐，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：