一种固态电池及其制备方法

本发明涉及固态电池，特别涉及一种固态电池及其制备方法。

背景技术：

1、在使用液体电解质的锂离子电池中，锂金属阳极表面很容易形成锂枝晶，这些枝晶通常会刺穿隔膜，导致燃烧。采用高容量锂金属阳极的固态电池(ssbs)被认为是液态锂离子电池的最终替代品，它不仅具有更高的能量密度，而且由于使用不易燃的固态电解质从根本上解决了液体电池存在的安全问题。

2、与液态电解质相比，固态电解质是完全不浸润的，因此电解质不能浸入正极来构建锂离子的传输路径，从而减缓了锂离子在正极内部颗粒之间的扩散。固态锂电池正极内部缓慢的离子传输动力学严重制约了其性能发挥，因此通过添加离子导体构建正极内部锂离子传导网络是设计性能良好的固态电池体系需要考虑的关键问题。因混合方式简易、抑制高电压下副反应、降低电极的极化等优势，添加无机氧化物固态电解质是目前复合正极内部离子传导网络构建的常用策略。

3、另外固态电解质与电极之间的固固点接触导致全固态电池存在较大的界面阻抗，较差的界面兼容性使电极与固态电解质界面处出现元素互扩散、电极体积膨胀、空间电荷层等问题，界面处离子传输势垒较大，界面电阻高，导致全固态锂离子电池的倍率性能降低、循环稳定性变差。目前，为了降低电池的界面阻抗，现有固态电解质在应用时往往也需要滴加少许电解液改善界面接触，仍然存在安全隐患，若是在固态电池中，引入原位生成的缓存层，就可以避免电解液的使用，同时增大界面接触面积，降低界面阻抗。但原位引入的缓冲层还存在与固态电解质接触差、与固态电解质发生反应以及界面层疏松不致密，粘性低，容易脱落等问题。

4、因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种固态电池及其制备方法，旨在解决现有固态电池中，正极内部锂离子传输缓慢，以及固态电解质与正极接触界面不稳定的问题。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种固态电池的制备方法，其中，包括步骤：

4、将正极活性材料与无机电解质颗粒进行球磨处理，烘干后得到混合物料；

5、对所述混合物料进行固相烧结处理，冷却后得到复合正极材料；

6、将所述复合正极材料进行涂覆，制得复合正极极片；

7、将含腈基晶体、锂盐和添加剂进行加热融化处理，搅拌均匀后得到含腈基固化液；

8、对所述复合正极极片以及选择的固态电解质进行预热处理后，将所述含腈基固化液分别滴加到所述复合正极极片和固态电解质的上表面；

9、将所述复合正极极片的上表面覆盖到所述固态电解质的上表面，将负极片覆盖到所述固态电解质的下表面，封装后冷却固化制得所述固态电池。

10、所述固态电池的制备方法，其中，所述正极活性材料与无机电解质颗粒的质量比为1-10:100。

11、所述固态电池的制备方法，其中，所述正极活性材料为磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂和镍钴铝酸锂中的一种或多种；所述无机电解质颗粒为石榴石型固态电解质、钙钛矿型固态电解质、nasicon型固态电解质和硫化物固态电解质中的一种或多种。

12、所述固态电池的制备方法，其中，烘干的温度为80-100℃，时间为12-24h。

13、所述固态电池的制备方法，其中，固相烧结处理的温度为400-600℃、时间为5-10h、升温速率为1-10℃/min。

14、所述固态电池的制备方法，其中，将含腈基晶体、锂盐和添加剂进行加热融化处理的步骤中，所述含腈基晶体所占重量百分比为80-90wt％，所述锂盐所占重量百分比为7-19wt％，所述添加剂所占重量百分比为1-3wt％。

15、所述固态电池的制备方法，其中，所述含腈基晶体为丙二腈、丁二腈、戊二腈、己二腈和庚二腈中的一种或多种；所述锂盐为双三氟甲烷磺酰亚胺锂、二氟二草酸磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、二氟草酸硼酸锂、二草酸硼酸锂、高氯酸锂、六氟磷酸锂和四氟硼酸锂中的一种或多种；所述添加剂为氟代碳酸乙烯酯、3,3,3-三氟丙酸乙酯和硝酸锂中的一种或多种。

16、所述固态电池的制备方法，其中，所述固态电解质为石榴石型固态电解质、钙钛矿型固态电解质、nasicon型固态电解质和硫化物固态电解质中的一种或多种。

17、所述固态电池的制备方法，其中，所述负极片为金属锂片、金属锂合金、石墨、石墨烯、硅碳负极和锂硅合金的一种。

18、一种固态电池，其中，采用本发明所述固态电池的制备方法制得。

19、有益效果：本发明通过在正极材料中引入离子导体并利用腈基对金属离子键的配位构建双向金属键配位锚定界面层，制备全固态电池，正极的极化有了明显的降低，能量密度提高，固态电解质与正极界面接触稳定性加强，循环稳定性与倍率性能显著提升，有着优异的电化学性能。

技术特征：

1.一种固态电池的制备方法，其特征在于，包括步骤：

2.根据权利要求1所述固态电池的制备方法，其特征在于，所述正极活性材料与无机电解质颗粒的质量比为1-10:100。

3.根据权利要求1或2所述固态电池的制备方法，其特征在于，所述正极活性材料为磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂和镍钴铝酸锂中的一种或多种；所述无机电解质颗粒为石榴石型固态电解质、钙钛矿型固态电解质、nasicon型固态电解质和硫化物固态电解质中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述固态电池的制备方法，其特征在于，烘干的温度为80-100℃，时间为12-24h。

5.根据权利要求1所述固态电池的制备方法，其特征在于，固相烧结处理的温度为400-600℃、时间为5-10h、升温速率为1-10℃/min。

6.根据权利要求1所述固态电池的制备方法，其特征在于，将含腈基晶体、锂盐和添加剂进行加热融化处理的步骤中，所述含腈基晶体所占重量百分比为80-90wt％，所述锂盐所占重量百分比为7-19wt％，所述添加剂所占重量百分比为1-3wt％。

7.根据权利要求1或6所述固态电池的制备方法，其特征在于，所述含腈基晶体为丙二腈、丁二腈、戊二腈、己二腈和庚二腈中的一种或多种；所述锂盐为双三氟甲烷磺酰亚胺锂、二氟二草酸磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、二氟草酸硼酸锂、二草酸硼酸锂、高氯酸锂、六氟磷酸锂和四氟硼酸锂中的一种或多种；所述添加剂为氟代碳酸乙烯酯、3,3,3-三氟丙酸乙酯和硝酸锂中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述固态电池的制备方法，其特征在于，所述固态电解质为石榴石型固态电解质、钙钛矿型固态电解质、nasicon型固态电解质和硫化物固态电解质中的一种或多种。

9.根据权利要求1所述固态电池的制备方法，其特征在于，所述负极片为金属锂片、金属锂合金、石墨、石墨烯、硅碳负极和锂硅合金的一种。

10.一种固态电池，其特征在于，采用权利要求1-9任一所述固态电池的制备方法制得。

技术总结
本发明涉及固态电池技术领域，公开了一种固态电池及其制备方法，其中，制备方法包括步骤：将正极活性材料与无机电解质颗粒进行球磨处理，烘干后得到混合物料；对混合物料进行固相烧结处理，得到复合正极材料；将复合正极材料制成复合正极极片；将含腈基晶体、锂盐和添加剂进行加热融化处理，得到含腈基固化液；对复合正极极片和固态电解质进行预热处理后，将含腈基固化液分别滴加到复合正极极片和固态电解质的上表面；将复合正极极片的上表面覆盖到固态电解质的上表面，将负极片覆盖到固态电解质的下表面，封装后冷却固化制得固态电池。本发明制得的固态电池能量密度高，固态电解质与正极界面接触稳定性加强，循环稳定性与倍率性能显著提升。

技术研发人员：吴孟强,朱佳俊,方梓烜,徐自强
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24