负极片与固态电解质复合组件及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种负极片与固态电解质复合组件及其制备方法和应用。所述负极片与固态电解质复合组件包括层叠的负极片、电解质层，其中电解质层包括依次层叠于所述负极片表面的第一固态氧化物或硫化物电解质层和第二固态聚合物电解质层。区别于传统以聚合物为主体的电解质，本申请无需引入额外的导电填料，避免团聚产生，从而使电解质内部的离子传输速度增加，使电池内阻降低，进而能够提高电池的循环性能。本发明专利技术的负极片与固态电解质复合组件可组装成锂电池，使固态锂电池电芯的循环性能得到提升。另外，本发明专利技术采用磁控溅射的方法制备负极片与固态电解质复合组件，靶材寿命长，可实现长时间自动化生产。可实现长时间自动化生产。

【技术实现步骤摘要】
负极片与固态电解质复合组件及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于固态电池
，具体地涉及一种负极片与固态电解质复合组件及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着锂离子电池在储能领域的广泛应用，人们对锂离子电池的能量密度和循环性能等提出了更高的要求。采用液态有机电解质的传统锂离子电池存在燃烧、爆炸和内部短路的风险。通过使用固态电解质是减少锂离子电池安全问题的有效方法，与采用液态有机电解质的传统锂离子电池相比较，全固态锂电池更安全并且具有更长的循环寿命，对封装的要求也更低。
[0003]目前，全固态锂电池可用的固体电解质主要有无机固体电解质、聚合物固体电解质和复合固体电解质。无机电解质导电颗粒分布均匀，充电时锂离子在负极片上均匀沉积，放电时锂在负极片上均匀溶解，不会产生枝晶；但其固态电解质颗粒与颗粒之间的联结力薄弱，在负极片厚度反复变化的过程中容易崩塌。与无机固体电解质不同，固态聚合物电解质支撑强，很难崩塌，且具有高度的灵活性，可以安装在任何形状的电池中，此外还具有良好的安全性和稳定性。但大多数聚合物电解质的离子电导率明显低于无机固体电解质和液体电解质，对应负极片的锂金属部位充电时不能沉积，放电时不能溶解，循环次数多了就会产生枝晶。复合电解质能够结合无机固态电解质和聚合物的优点。然而，目前的复合电解质最多的是以聚合物为主体，使用锂离子导体型颗粒作为填料，但锂离子导体型颗粒的增加会导致团聚，并破坏电解质内部的离子传输，使电池内阻增加，进而影响电池的循环性能。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种固态电解质
‑
负极复合组件及其制备方法和应用，该固态电解质
‑
负极复合组件离子传输性能好，内阻小，电池的循环性能好。
[0005]为达上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种负极片与固态电解质复合组件，所述复合组件包括层叠的负极片和电解质层，所述电解质层包括依次层叠于所述负极片表面的第一电解质层和第二电解质层；
[0007]所述第一电解质层的材料为固态氧化物或固态硫化物电解质层；所述第二电解质层的材料为固态聚合物电解质层。
[0008]在其中一个实施例中，所述固态氧化物电解质包括Li
1.3
Si
0.225
V
1.36
(PO4)3、Li
0.34
La
0.51
TiO
2.94
、Li7La3Zr2O
12
、Li
3.6
Ge
0.6
V
0.4
O4和Li
1.3
Al
0.3
Ti
1.7
(PO4)3的一种或多种，所述固态硫化物电解质包括Li2S
‑
P2S5、Li
10
GeP2S
12
、Li2S
‑
SiS2和Li2S
‑
SiS3的一种或多种。
[0009]在其中一个实施例中，所述固态聚合物电解质包括聚氧化乙烯、聚偏二氟乙烯、双氟磺酰亚胺锂和氧化镁的一种或多种。
[0010]在其中一个实施例中，所述第二电解质层的材料包括质量配比为(60～45)：(20～
30)：(10～20)：(10～5)的聚氧化乙烯、聚偏二氟乙烯、双氟磺酰亚胺锂和氧化镁。
[0011]在其中一个实施例中，所述第一电解质层单面厚度为2～4μm，所述第二电解质层单面厚度为2～4μm。
[0012]在其中一个实施例中，所述负极片为锂金属负极片。
[0013]本专利技术还提供一种负极片与固态电解质复合组件的制备方法，包括以下步骤：
[0014]以固态氧化物电解质或固态硫化物电解质作为靶材，通过磁控溅射至负极片的表面，形成所述第一电解质层；
[0015]将固态聚合物电解质加热熔融，所得熔融体喷涂到所述第一电解质层上，形成所述第二电解质层。
[0016]在其中一个实施例中，所述磁控溅射的过程中，负极片和靶材的距离为30～50mm，磁控溅射功率为3～6kW，磁控溅射真空度为(4～6)
×
10
‑3Pa。
[0017]在其中一个实施例中，所述固态聚合物电解质加热熔融温度为150～200℃。
[0018]在其中一个实施例中，所述熔融体喷涂的压力为5～12N。
[0019]本专利技术还提供一种全电池，所述全电池包括上述任一实施例所述的负极片与固态电解质复合组件，以及层叠于所述电解质层表面的正极片。
[0020]在其中一个实施例中，所述全电池包括锂金属电池、锂离子电池、锂空气电池和锂硫电池中的任意一种。
[0021]在其中一个实施例中，所述全电池的正极片包括依次层叠于正极集流体表面的正极材料层和氧化物或固态硫化物电解质层，所述正极片通过所述氧化物或固态硫化物电解质层层叠于所述电解质层的表面。
[0022]本专利技术还提供一种全电池的制备方法，包括以下步骤：
[0023]按照上述任一实施例所述的制备方法制备所述负极片与固态电解质复合组件；
[0024]将固态氧化物电解质或固态硫化物电解质作为靶材，通过磁控溅射至所述正极材料层表面，形成固态氧化物电解质或固态硫化物电解质层，制成所述正极片；
[0025]将所述负极片与固态电解质复合组件、所述正极片复合。
[0026]在其中一个实施例中，所述磁控溅射过程中，正极材料层和靶材的距离为30～50mm，磁控溅射功率为3～6kW，磁控溅射真空度为(4～6)
×
10
‑3Pa。
[0027]本专利技术还提供一种用电装置，包括上述任一实施例所述的负极片与固态复合组件。
[0028]与已有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0029]本专利技术提供了一种负极片与固态电解质复合组件，包括依次层叠的负极片、第一固态氧化物或固态硫化物电解质层、第二固态聚合物电解质层。区别于传统以聚合物为主体的电解质，本申请无需引入额外的导电填料，避免团聚产生，从而使电解质内部的离子传输速度增加，使电池内阻降低，进而能够提高电池的循环性能。本专利技术的负极片与固态电解质复合组件可组装成锂电池，使固态锂电池电芯的循环性能得到提升。
具体实施方式
[0030]以下结合具体实施例对本专利技术的负极片与固态电解质复合组件、负极片与固态电解质复合组件的制备方法、全电池以及全电池的制备方法作进一步详细的说明。本专利技术可
以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。
[0031]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负极片与固态电解质复合组件，其特征在于，所述复合组件包括层叠的负极片和电解质层，所述电解质层包括依次层叠于所述负极片表面的第一电解质层和第二电解质层；所述第一电解质层的材料为固态氧化物电解质或固态硫化物电解质；所述第二电解质层的材料为固态聚合物电解质。2.根据权利要求1所述的负极片与固态电解质复合组件，其特征在于，所述固态氧化物电解质包括Li
1.3
Si
0.225
V
1.36
(PO4)3、Li
0.34
La
0.51
TiO
2.94
、Li7La3Zr2O
12
、Li
3.6
Ge
0.6
V
0.4
O4和Li
1.3
Al
0.3
Ti
1.7
(PO4)3的一种或多种，所述固态硫化物电解质包括Li2S
‑
P2S5、Li
10
GeP2S
12
、Li2S
‑
SiS2和Li2S
‑
SiS3的一种或多种。3.根据权利要求1所述的负极片与固态电解质复合组件，其特征在于，所述固态聚合物电解质包括聚氧化乙烯、聚偏二氟乙烯、双氟磺酰亚胺锂和氧化镁的一种或多种。4.根据权利要求1所述的负极片与固态电解质复合组件，其特征在于，所述第二电解质层的材料包括质量配比为(60～45)：(20～30)：(10～20)：(10～5)的聚氧化乙烯、聚偏二氟乙烯、双氟磺酰亚胺锂和氧化镁。5.根据权利要求1～4任一项所述的负极片与固态电解质复合组件，其特征在于，所述第一电解质层单面厚度为2～4μm，所述第二电解质层单面厚度为2～4μm。6.根据权利要求1～4任一项所述的负极片与固态电解质复合组件，其特征在于，所述负极片为锂金属负极片。7.一种权利要求1～6任一项所述的负极片与固态电解质复合组件的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹志锋，唐赞谦，
申请(专利权)人：深圳市合壹新能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：