【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及二次电池的，具体涉及一种改性固态电解质、改性正极片、固态电解质复合正极及其制备方法和在电池中的应用。
技术介绍
1、目前，商业化锂离子二次电池中采用液态有机电解液存在着易燃烧和易爆炸的安全隐患，使用固态电解质代替有机电解液可以大幅提升锂电池的安全性。且固态锂离子电池具有高能量密度、宽使用温度范围以及长使用寿命等优势，在动力电池汽车和大规模储能电网领域具有广阔的应用前景。
2、然而，固态电解质的本征电化学性能及其与正、负极的界面稳定性等多个方面的问题限制了固态电池的实际应用。尤其在正极/电解质界面处的不良接触以及界面的稳定性限制了电池的容量发挥和循环寿命，是阻碍电池性能提升的主要瓶颈。不良的界面接触会阻碍li+在电极与电解质间的传输，使电池阻抗大幅增加，降低了电池的容量和循环寿命。界面热稳定性不佳导致正极材料和固态电解质在高温下容易发生分解和元素渗透，造成电极与电解质在高温下相变从而失效，限制了电池的装配工艺普适性。因此，提高固态电解质复合正极电解质固-固界面的润湿性和稳定性是提升固态锂离子电池电化学性能的关键。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种改性固态电解质、改性正极片、固态电解质复合正极及其制备方法和在电池中的应用，能够在正极与固态电解质连接界面充分润湿，还解决正极和固态电解质之间的界面稳定性差、容易发生副反应的问题，从而提高锂离子电池的电化学性能。
2、为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：>
3、第一方面，本专利技术提供一种改性固态电解质，包括表面一侧分布有碱性物质层的固态电解质和叠设于碱性物质层上的钛氧团簇层，所述固态电解质通过碱性物质层与钛氧团簇层键合。
4、本专利技术的改性固态电解质上固态电解质与钛氧团簇层无需经过粘结剂进行复合，钛氧团簇层表面富含羧酸基团，固态电解质表面分布的碱性物质层和所述羧酸基团发生中和反应，使得固态电解质与钛氧团簇层连接形成改性固态电解质。
5、优选地，所述钛氧团簇层在所述固态电解质表面的质量分布量为4.59～7.7mg/cm2。
6、优选地，所述固态电解质为石榴石电解质层。石榴石电解质能在常温下生成碳酸锂和氢氧化锂，即能形成碱性物质层。
7、优选地，所述碱性物质层为碳酸锂层、氢氧化锂层、碳酸锂层与氢氧化锂层复合层中的一种。具体地，钛氧团簇层的主要成分为钛氧团簇晶体，其中的羧酸基团能分别与碳酸锂和氢氧化锂进行反应。
8、第二方面，本专利技术提供一种改性正极片，包括正极片和叠设于正极片上钛氧团簇层，所述正极片包括集流体和设于集流体至少一侧的表面羟基化的正极材料层，所述正极材料层和钛氧团簇层通过羟基与钛氧团簇键合。
9、本专利技术的改性正极片上正极片与钛氧团簇层无需经过粘结剂进行复合，钛氧团簇层表面富含羰基基团，正极材料层表面经过羟基化处理，羟基和所述羰基基团反应，使得正极片与钛氧团簇层连接形成改性正极片。
10、所述羟基和所述羰基基团反应，使得所述正极片与所述钛氧团簇层连接。
11、优选地，所述钛氧团簇层在所述正极材料层表面的质量分布量为5.8～9.9mg/cm2。
12、优选地，所述正极材料层的制备原料为三元材料。更优选地，所述三元材料为ncm材料，具体可以为linixcoymnzo2，其中，x+y+z＝1，当然，还可以是其他可以进行表面羟基化的三元材料，如碳掺杂的ncm材料等。
13、第三方面，本专利技术提供了一种固态电解质复合正极，包括正极片、钛氧团簇层和表面分布有碱性物质层的固态电解质，所述正极片包括集流体和设于集流体至少一侧的表面羟基化的正极材料层，所述正极材料层和钛氧团簇层通过羟基与钛氧团簇层键合，所述固态电解质通过碱性物质层与钛氧团簇层键合。
14、本专利技术的一种固态电解质复合正极通过钛氧团簇层的设置能使得正极片与固态电解质接触的界面处稳定性更好，且正极片与固态电解质分别能与钛氧团簇层反应，使得三者能复合为一体。具体地，正极片表面的羟基和钛氧团簇层的羰基基团发生缩合反应，钛氧团簇层的羧酸基团和固态电解质表面的碱性物质层发生中和反应，从而构建稳定的固态电解质复合正极。
15、优选地，所述钛氧团簇层在所述正极材料层表面的质量分布量为5.8～9.9mg/cm2；所述钛氧团簇层在所述固态电解质表面的质量分布量为4.59～7.7mg/cm2。
16、第四方面，本专利技术提供了一种电池，包括改性固态电解质或改性正极片。
17、第五方面，本专利技术提供了一种改性固态电解质的构建方法，包括以下步骤：
18、(1)提供表面一侧分布有碱性物质层的固态电解质；
19、(2)提供钛氧团簇层；
20、(3)将钛氧团簇层复合至碱性物质层上，即得所述改性固态电解质。
21、优选地，钛氧团簇层的制备方法，包括以下步骤：
22、①先将四异丙氧基钛、丙酸和溶剂混合，反应生成钛氧团簇晶体，进一步优选地，所述四异丙氧基钛和所述丙酸的摩尔比为(2.5～2.8)：1。
23、②将所述钛氧团簇晶体制成钛氧团簇胶体；然后将钛氧团簇胶体滴在所述固态电解质的碱性钝化层表面，在所述固态电解质表面形成钛氧团簇层。具体地，将钛氧团簇晶体在在乙二醇二甲醚(dme)中搅拌2h分散，形成钛氧团簇胶体。更优选地，钛氧团簇晶体的质量为0.765～1.2949g，dme为5ml。钛氧团簇溶于dme中可以形成胶体，能够很好的扩散在陶瓷表面，从而连接了正极和固态电解质，能够促进锂离子的迁移。
24、优选地，所述钛氧团簇胶体中的所述钛氧团簇晶体的质量浓度为15～23％，更优选为16％；如果钛氧团簇晶体过少，则钛氧团簇层在所述固态电解质表面的质量分布量过少，会导致电池的极片/固态电解质的界面接触存在缺陷，造成在后续充放电过程中的界面副反应的发生，从而影响电池循环寿命。如果钛氧团簇晶体过量，则则钛氧团簇层在所述固态电解质表面的质量分布量过多，会阻碍了界面接触，导致电池内阻增加，这是由于该界面层不能有效的进行锂离子的运输，导致电池容量衰减，降低电池的循环寿命。
25、将所述钛氧团簇晶体制成钛氧团簇胶体；然后将钛氧团簇胶体滴在所述固态电解质的碱性钝化层表面，在所述固态电解质表面形成钛氧团簇层。
26、优选地，钛氧团簇层复合至碱性物质层的反应条件为85～95℃，更优选为90℃。在该温度下能使得钛氧团簇胶体中的溶剂挥发，使得钛氧团簇晶体中能附着在碱性物质层表面形成钛氧团簇层。
27、第六方面，本专利技术提供了改性正极片的构建方法，包括以下步骤：
28、(1)提供正极片，所述正极片包括集流体和设于集流体至少一侧的表面羟基化的正极材料层；
29、(2)提供钛氧团簇层；
30、(3)将钛氧团簇层复合至表面羟基化的正极材料层上，即得所述改性正极片。
31、优选地，所述表面羟基化的正本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种改性固态电解质，其特征在于，包括表面一侧分布有碱性物质层的固态电解质和叠设于碱性物质层上的钛氧团簇层，所述固态电解质通过碱性物质层与钛氧团簇层键合。
2.如权利要求1所述的改性固态电解质，其特征在于，所述钛氧团簇层在所述固态电解质表面的质量分布量为4.59～7.7mg/cm2。
3.一种改性正极片，其特征在于，包括正极片和叠设于正极片上钛氧团簇层，所述正极片包括集流体和设于集流体至少一侧的表面羟基化的正极材料层，所述正极材料层和钛氧团簇层通过羟基与钛氧团簇键合。
4.如权利要求3所述的改性正极片，其特征在于，所述钛氧团簇层在所述正极材料层表面的质量分布量为5.8～9.9mg/cm2；和/或，所述正极材料层的制备原料为三元材料。
5.一种固态电解质复合正极，其特征在于，包括正极片、钛氧团簇层和表面分布有碱性物质层的固态电解质，所述正极片包括集流体和设于集流体至少一侧的表面羟基化的正极材料层，所述正极材料层和钛氧团簇层通过羟基与钛氧团簇层键合，所述固态电解质通过碱性物质层与钛氧团簇层键合。
6.如权利要求5所述的固态
7.一种电池，其特征在于，包括权利要求1-2任一所述的改性固态电解质或权利要求3-4任一所述的改性正极片或权利要求5-6任一所述的固态电解质复合正极。
8.权利要求1或2所述的改性固态电解质的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.权利要求3或4所述的改性正极片的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.权利要求5或6所述的固态电解质复合正极的构建方法，其特征在于，
...【技术特征摘要】
1.一种改性固态电解质，其特征在于，包括表面一侧分布有碱性物质层的固态电解质和叠设于碱性物质层上的钛氧团簇层，所述固态电解质通过碱性物质层与钛氧团簇层键合。
2.如权利要求1所述的改性固态电解质，其特征在于，所述钛氧团簇层在所述固态电解质表面的质量分布量为4.59～7.7mg/cm2。
3.一种改性正极片，其特征在于，包括正极片和叠设于正极片上钛氧团簇层，所述正极片包括集流体和设于集流体至少一侧的表面羟基化的正极材料层，所述正极材料层和钛氧团簇层通过羟基与钛氧团簇键合。
4.如权利要求3所述的改性正极片，其特征在于，所述钛氧团簇层在所述正极材料层表面的质量分布量为5.8～9.9mg/cm2；和/或，所述正极材料层的制备原料为三元材料。
5.一种固态电解质复合正极，其特征在于，包括正极片、钛氧团簇层和表面分布有碱性物质层的固态电解质，所述正极片...
【专利技术属性】
技术研发人员：檀鹏飞，侯林涛，孙溢，廖添，胡志鹏，
申请(专利权)人：广州巨湾技研有限公司，
类型：发明
国别省市：
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