一种固态锂电池负极界面的改性方法

1.本发明属于固态电池技术领域，具体涉及一种固态锂电池负极界面的改性方法。


背景技术：

2.基于无机固体电解质的全固态电池(assb)比传统的锂离子电池具有更高的安全性、更高的能量密度、更长的循环寿命和更低的成本。此外，固态电解质材料具有高的剪切模量，理论上可以阻止锂枝晶的穿刺。在各种锂离子导体材料中，立方石榴石固态电解质具有优异的稳定性和优越的锂离子传导性，室温离子电导率接近1mscm-1
，因此特别具有吸引力。然而，立方石榴石型固体电解质与锂负极的界面阻抗较高，电流密度分布不均，极易诱发锂枝晶，且锂枝晶可沿电解质晶界生长，进而造成电池短路失效。


技术实现要素：

3.本发明针对石榴石型固体电解质与锂负极界面的阻抗高、锂枝晶易生长穿刺的问题，提供了一种固态锂电池的负极界面改性方法。
4.为了实现上述目的，本发明采取下述技术方案：
5.一种固态锂电池的负极界面改性方法，包括以下步骤：
6.步骤一、对固态电解质片的表面进行打磨；
7.步骤二、将含有-so
3-的聚合物修饰在打磨后的固态电解质片表面，得到经含有-so
3-的聚合物修饰的固态电解质片；
8.步骤三、将锂负极与经含有-so
3-的聚合物修饰的固态电解质片复合，50～400℃下加热1～120min，得到经含有-so
3-的聚合物修饰的固态电解质/锂负极界面。
9.进一步的，步骤二中，含有-so
3-的聚合物修饰在打磨后的固态电解质片表面的方法为将含有-so
3-的聚合物溶液涂覆在固态电解质片上。
10.进一步的，所述涂覆的方式为涂抹、滴涂、旋涂中的至少一种。
11.进一步的，所述含有-so
3-的聚合物溶液为质量分数为0.01％～3％的水溶液。
12.进一步的，单位面积固态电解质片表面所使用的含有-so
3-的聚合物溶液的质量为0.001～15mg/cm2。
13.进一步的，所述固态电解质为石榴石型固态电解质li
7-x
la3zr
2-xmxo12
，及其掺杂化合物中的至少一种，其中m为nb、ta，其中0≤x＜2。
14.进一步的，所述含有-so
3-的聚合物包括含有-so3li的聚合物。
15.进一步的，所述含有-so3li的聚合物包括不同分子量的聚(4-苯乙烯磺酸锂)、聚萘甲醛磺酸锂盐、聚茴脑磺酸锂、聚(4-苯乙烯磺酸-共聚-马来酸)锂盐中的一种或多种的组合。
16.进一步的，将所述的方法制备的经含有-so
3-的聚合物修饰的固态电解质片组装在固态电池中。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
18.含有-so
3-的聚合物中含有大量的-so
3-官能团，其中的s和o原子可以与固态电解质表面的li、la、zr等金属原子形成配位作用，基于这种配位作用可以在固态电解质/涂层之间形成快速的离子通道和紧密的界面接触，从而降低界面阻抗，同时，含有-so
3-的聚合物所具有的电子绝缘性可以阻止电子攻击固态电解质和锂枝晶在固态电解质内部形成，基于以上两点的协同作用，可以使所制备的固态电池具有低界面阻抗和优异的抑制锂枝晶生长能力。
19.本发明操作方法简单可靠，耗时短，不需要使用高端仪器；改善效率优异，可大规模生产。
附图说明
20.图1为对比例中未经聚(4-苯乙烯磺酸锂)plss修饰的对称电池阻抗图；
21.图2为实施例1中经plss修饰的对称电池阻抗图；
22.图3为实施例1中plss修饰后对称电池的长循环性能图。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.实施例1
25.一种固态锂电池的负极界面改性方法，包括以下步骤：
26.步骤一、对固态电解质片的两个表面进行打磨；所述固态电解质为li
6.5
la3zr
1.5
ta
0.5o12
；
27.步骤二、将2μl质量分数为0.3％的plss水溶液使用旋涂机涂覆在打磨后的直径为14mm的固态电解质片表面，得到经聚(4-苯乙烯磺酸锂)修饰的固态电解质片；
28.步骤三、将两个锂片分别放在经聚(4-苯乙烯磺酸锂)修饰的固态电解质片上下两个表面组装对称电池，并放置在加热台上280℃下加热15min，得到经聚(4-苯乙烯磺酸锂)修饰的固态电解质/锂负极界面。
29.实施例2
30.一种固态锂电池的负极界面改性方法，包括以下步骤：
31.步骤一、对固态电解质片的两个表面进行打磨；所述固态电解质为li
6.5
la3zr
1.5
ta
0.5o12
；
32.步骤二、将2μl,质量分数为0.01％的聚萘甲醛磺酸锂盐水溶液使用旋涂机涂覆在打磨后的直径为14mm的固态电解质片表面，得到经聚萘甲醛磺酸锂盐修饰的固态电解质片；
33.步骤三、将两个锂片分别放在经聚萘甲醛磺酸锂盐修饰的固态电解质片上下两个表面组装对称电池，并放置在加热台上280℃下加热30min，得到经聚萘甲醛磺酸锂盐修饰的固态电解质/锂负极界面。
34.实施例3
35.一种固态锂电池的负极界面改性方法，包括以下步骤：
36.步骤一、对固态电解质片的两个表面进行打磨；所述固态电解质为li
6.5
la3zr
1.5
ta
0.5o12
；
37.步骤二、将2μl,质量分数为1.5％的聚茴脑磺酸锂水溶液使用旋涂机涂覆在打磨后的直径为14mm的固态电解质片表面，得到经聚茴脑磺酸锂修饰的固态电解质片；
38.步骤三、将两个锂片分别放在经聚茴脑磺酸锂修饰的固态电解质片上下两个表面组装对称电池，并放置在加热台上280℃下加热45min，得到经聚茴脑磺酸锂修饰的固态电解质/锂负极界面。
39.实施例4
40.一种固态锂电池的负极界面改性方法，包括以下步骤：
41.步骤一、对固态电解质片的两个表面进行打磨；所述固态电解质为li
6.5
la3zr
1.5
ta
0.5o12
；
42.步骤二、将2μl,质量分数为3％的聚(4-苯乙烯磺酸-共聚-马来酸)锂盐水溶液使用旋涂机涂覆在打磨后的直径为14mm的固态电解质片表面，得到经聚(4-苯乙烯磺酸-共聚-马来酸)锂盐修饰的固态电解质片；
43.步骤三、将正积极片、锂片分别放在经聚(4-苯乙烯磺酸-共聚-马来酸)锂盐修饰的固态电解质片上下两个表面组装固态电池，并放置在加热台上300℃下加热10min，得到经聚(4-苯乙烯磺酸-共聚-马来酸)锂盐修饰的固态电解质/锂负极界面。
44.对比例
45.本对比例与实施例1的区别在于：将两个锂片分别放在未经修饰处理的li
6.5
la3zr
1.5
ta
0.5o12
固态电解质片的上下两个表面组装对称电池。
46.图2与图1对比表明经plss修饰后的对称电池阻抗明显降低。图3表明经plss修饰后的对称电池长循环性能优异和具有良好的抗锂枝晶生长能力。
47.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。