一种锂金属固态电池制造技术

本发明专利技术提供了一种锂金属固态电池，所述锂金属固态电池包括锂金属阳极层、固态电解质层、阴极层，以及位于锂金属阳极层和固态电解质层之间的难熔金属层。本发明专利技术在锂金属阳极和固体电解质之间设置了一层超薄耐热耐磨的难熔金属，作为屏蔽层，可以保护固体电解质免受压力使得电流均匀分布。该难熔金属层不仅可以明显减少锂金属阳极与固态电解质之间空隙的形成，还可以延长研发的固态电池的寿命，且满足固态电池大电流快充的需求。足固态电池大电流快充的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种锂金属固态电池


[0001]本专利技术属于固态电池
，涉及一种锂金属固态电池。

技术介绍

[0002]在常规液态电池中，锂金属阳极由于锂枝晶的问题，往往循环几圈就难以支撑，且存在很大的安全隐患。因此研究者们用固态电解质代替传统的隔膜以及液态电解液来解决锂枝晶刺破隔膜的问题。然而，即便全固态电池可以实现锂金属阳极的使用，但其仍存在破坏固态电解质膜的可能性。
[0003]CN107615521A提出了一种复合阳极涂层技术，在负极表面涂覆一层包括聚合物和增强纤维的复合涂层混合物，该复合涂层是多孔或无孔的。复合涂层用于促进锂离子传输的溶剂填充通道，同时阻止了枝晶生长。该技术一定程度上延缓了锂枝晶的生长与刺破，但是在长期循环后，固态电池还是出现了循环失效跳水的问题。
[0004]CN100337362C公布了一种固态电解质，利用过渡金属元素比磷原子优先被还原，来可以抑制磷原子价数的减少。进而抑制因磷原子价数的减少而引起的固态电解质的分解，从而使得固态电解质膜更长久的起到保护阴阳极不接触的目的，延缓电池的失效降低电芯的安全风险。然而该技术无法忍受过大的电流，在大倍率下仍无法避免固态电解质的分解与副反应问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种锂金属固态电池，本专利技术在锂金属阳极和固体电解质之间设置了一层超薄耐热耐磨的难熔金属，作为屏蔽层，可以保护固体电解质免受压力使得电流均匀分布。该难熔金属层不仅可以明显减少锂金属阳极与固态电解质之间空隙的形成，还可以延长固态电池的寿命，且满足固态电池大电流快充的需求。
[0006]在本专利技术的描述中，需要说明的是，“包括”仅用于描述目的，而不能理解为限制于所列的包含内容，对于本领域的技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义，可理解为“包含但不限于”。
[0007]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]本专利技术提供了一种锂金属固态电池，所述锂金属固态电池包括锂金属阳极层、固态电解质层、阴极层，以及位于锂金属阳极层和固态电解质层之间的难熔金属层。
[0009]本专利技术所述锂金属固态电池包括但不限于一层锂金属阳极层、难熔金属层、固态电解质层和阴极层，所述锂金属固态电池的结构为锂金属阳极层
‑
难熔金属层
‑
固态电解质层
‑
阴极层
‑
固态电解质层
‑
难熔金属层
‑
锂金属阳极层
‑
难熔金属层
‑
固态电解质层
‑
阴极层，即每个锂金属阳极层和固态电解质层组合之间都设置难熔金属层，每个难熔金属层和阴极层组合之间都设置固态电解质层。
[0010]作为本专利技术所述锂金属固态电池的优选技术方案，所述难熔金属层包括耐热耐磨的金属单质、合金、金属盐、金属氧化物或复合金属材料中的任意一种或至少两种的组合。
[0011]作为本专利技术所述锂金属固态电池的优选技术方案，所述金属单质包括钨、钽、钼、铌、铼、铱、铂、钒、锆或钛中的任意一种或至少两种的组合，优选为铌和/或钨。
[0012]作为本专利技术所述锂金属固态电池的优选技术方案，所述合金包括Mo
‑
Nb、Mo
‑
Cu、Mo
‑
Zr、Mo
‑
Hf、Nb
‑
W、Nb
‑
MO、Nb
‑
Ti、Nb
‑
Ti
‑
Al、Nb
‑
Si、Ta
‑
W、Ta
‑
Hf、Ir
‑
Pt中的任意一种或至少两种的组合。
[0013]作为本专利技术所述锂金属固态电池的优选技术方案，所述金属盐包括稀土铝酸盐和/或稀土硅酸盐。
[0014]作为本专利技术所述锂金属固态电池的优选技术方案，所述金属氧化物包括HfO2、ZrO2或Al2O3中的任意一种或至少两种的组合。
[0015]作为本专利技术所述锂金属固态电池的优选技术方案，所述复合金属材料包括Gr
‑
Al2O3和/或MoSi2‑
Gr。
[0016]作为本专利技术所述锂金属固态电池的优选技术方案，所述难熔金属层的厚度为0.5～5μm，例如：0.5μm、1μm、2μm、3μm、4μm或5μm等，优选为1～2μm。
[0017]作为本专利技术所述锂金属固态电池的优选技术方案，所述固态电解质层包括聚合物固态电解质、氧化物固态电解质或硫化物固态电解质中的任意一种或至少两种的组合。
[0018]作为本专利技术所述锂金属固态电池的优选技术方案，所述聚合物固态电解质包括聚氧化乙烯(PEO)、聚氯乙烯(PVC)、环氧乙烷或环氧丙烷中的任意一种或至少两种的组合。
[0019]作为本专利技术所述锂金属固态电池的优选技术方案，所述氧化物固态电解质包括非薄膜型的LiPON、石榴石型固态电解质、钙钛矿型Li
3x
La
2/3
–
x
TiO3固态电解质、NASICON型Li
1+x
Al
x
Ti2–
x
(PO4)3或Li
1+x
Al
x
Ge2–
x
(PO4)3固态电解质中的任意一种或至少两种的组合，其中，x为0.01～2，例如：0.01、0.05、0.1、0.8、1或2等。
[0020]作为本专利技术所述锂金属固态电池的优选技术方案，所述硫化物固态电解质包括thio
‑
LISICON、LiGPS、LiSnPS、LiSiPS、Li2S
‑
P2S5、Li2S
‑
SiS2或Li2S
‑
B2S3中的任意一种或至少两种的组合。
[0021]作为本专利技术所述锂金属固态电池的优选技术方案，所述阴极层的活性物质包括镍钴锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、磷酸锰锂、钴酸锂、富锂锰基材料或富锂镍基材料中的任意一种或至少两种的组合。
[0022]本专利技术提供了一种如上述锂金属固态电池的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0023](1)将阴极浆料涂覆在阴极集流体表面得到阴极层，将金属锂阳极碾压到多孔阳极集流体表面得到锂金属阳极层；
[0024](2)在步骤(1)得到的锂金属阳极层表面复合难熔金属层得到复合阳极层；其中，在锂金属阳极层表面复合难熔金属层是指在锂金属阳极层的两个表面均复合一层难熔金属。
[0025](3)在第一复合阳极层的一侧涂覆熔融的固态电解质，得到第一固态电解质层，将步骤(1)制得阴极层叠放在第一固态电解质层表面，施加压力压合后，在阴极层表面涂覆所述熔融的固态电解质得到第二电解质层，将第二复合阳极层压覆在第二固态电解质层上；
[0026](4)重复步骤(3)N次得到所述锂金属固态电池，其中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂金属固态电池，其特征在于，所述锂金属固态电池包括锂金属阳极层、固态电解质层、阴极层，以及位于锂金属阳极层和固态电解质层之间的难熔金属层。2.如权利要求1所述的锂金属固态电池，其特征在于，所述难熔金属层包括耐热耐磨的金属单质、合金、金属盐、金属氧化物或复合金属材料中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述金属单质包括钨、钽、钼、铌、铼、铱、铂、钒、锆或钛中的任意一种或至少两种的组合，优选为铌和/或钨；优选地，所述合金包括Mo
‑
Nb、Mo
‑
Cu、Mo
‑
Zr、Mo
‑
Hf、Nb
‑
W、Nb
‑
MO、Nb
‑
Ti、Nb
‑
Ti
‑
Al、Nb
‑
Si、Ta
‑
W、Ta
‑
Hf或Ir
‑
Pt中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述金属盐包括稀土铝酸盐和/或稀土硅酸盐；优选地，所述金属氧化物包括HfO2、ZrO2或Al2O3中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述复合金属材料包括Gr
‑
Al2O3和/或MoSi2‑
Gr。3.如权利要求1或2所述的锂金属固态电池，其特征在于，所述难熔金属层的厚度为0.5～5μm，优选为1～2μm。4.如权利要求1
‑
3任一项所述的锂金属固态电池，其特征在于，所述固态电解质层包括聚合物固态电解质、氧化物固态电解质或硫化物固态电解质中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述聚合物固态电解质包括聚氧化乙烯、聚氯乙烯、环氧乙烷或环氧丙烷中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述氧化物固态电解质包括非薄膜型的LiPON、石榴石型固态电解质、钙钛矿型Li
3x
La
2/3
–
x
TiO3固态电解质、NASICON型Li
1+x
Al
x
Ti2–
x<...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹迎倩，李晓萍，高秀玲，李天龙，马华，刘峰，闾陈立，
申请(专利权)人：天津市捷威动力工业有限公司，
类型：发明
国别省市：