[发明专利]一种LiMn2O4/掺杂NASICON/Li4Ti5O12全固态薄膜电池及制备方法

权利要求书

1.一种LiMn₂O₄/掺杂NASICON/Li₄Ti₅O₁₂全固态薄膜电池及制备方法，其特征在于采用高压静电液体喷枪与超音速火焰喷枪层层喷射正负极活性物质前驱体与固体电解质构建全固态电池；另外在沉积正负极活性材料前驱体时，同时采用超音速火焰喷涂沉积固体电解质的方式，将通常的接触界面变成整个接触层，从而将正极材料|固体电解质及负极材料|固体电解质两个接触界面变为没有明显的接触界面，极大地降低正负极材料|固体电解质的界面阻抗，并能较大地提高正负极材料的离子电导率；最后经过热处理后得到全固态薄膜锂电池；其过程为：

1)将衬底放置于恒温200-500℃加热工作板表面，将衬底表面接地，液体喷枪A连接前驱溶液I，喷枪A距离加热工作板表面垂直距离8-20cm，与加热工作板表面形成50-85°交角并同时接负40-80kV电压；

2)将压力为10-30Kpa的载气作用于喷枪A，喷枪A雾化喷射前驱溶液I到衬底上，持续喷射1-30分钟，喷射流量为1-10mL/min；

3)在喷枪A开始喷射的同时，将固体电解质装载于超音速火焰喷枪B的料斗上，点燃喷枪B燃烧可燃气体，调节可燃气体和氧气的比例，使得火焰喷枪B发出明亮的蓝色光，火焰喷枪B产生的火焰末端距离加热工作板表面垂直距离15-30cm，火焰喷枪B与加热工作板表面形成70-90°交角向衬底喷射固体电解质，喷射流量为10-30mg/min，持续的时间为喷枪A结束喷射后再喷射2-10分钟；

4)保持喷枪B喷射，用喷枪A连接前驱溶液II，喷枪A距离加热工作板表面垂直距离8-20cm，喷枪A与加热工作板表面形成50-85°交角，重新将负40-80kV电压施加到喷枪A和衬底之间，将压力10-30Kpa的载气作用于喷枪A，喷枪A雾化喷射前驱溶液II到衬底上，前驱溶液II的流量为1-10mL/min，喷射时间持续5-30分钟，喷枪A结束喷射的同时结束喷枪B的喷射；

5)喷射结束后，待加热工作板表面冷却后，将加工后的衬底放入马弗炉在600-900℃下恒温5-10小时，即制得全固态薄膜锂电池。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于上述的前驱溶液I为：浓度为0.2-2mol/L的草酸锰、浓度为0.1-1mol/L乙酸锂及质量百分比浓度为0.1-5wt％的助剂水溶液；该助剂为乙二醇甲醚、正戊醇、平均分子量＜5000的聚乙烯醇PVA中的一种。

3.根据权利要求1所述的方法，固态电解质为掺杂NASICON固体电解质，具体制备方法为将符合通式Li_1+2x+2yAl_xMg_yTi_2-x-ySi_xP_3-xO₁₂，x＝0.1-0.5；y＝0.1-0.5；的正硅酸四乙酯TEOS、Al₂O₃、MgO、TiO₂、NH₄H₂PO₄、Li₂CO₃均匀混合，加入2％-6％的95％乙醇，在球磨机中以200-400转/分钟的转速球磨10-30小时，球磨结束后在60℃-80℃真空烘箱(真空度在10Pa-100Pa)中干燥10-20小时，取出后在玛瑙碾钵中重新研磨10-30分钟，研磨后的粉体以5-10℃/分钟的速率升温到600-800℃保温5-10小时制成固态电解质粉体。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于上述的前驱溶液II的组成为：浓度为0.1-1.6mol/L乙酸锂、浓度为0.125-2mol/L的钛酸正丁酯、浓度为0.1-1mol/L的醋酸及质量百分比浓度为0.1-5wt％的助剂水溶液；该助剂为乙二醇甲醚、正戊醇、平均分子量＜5000的聚乙烯醇PVA中的一种。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于上述的衬底为铜片、硅片、镍片中的一种。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于上述的该燃烧气体为氢气、乙炔和丁烷中的一种。