[发明专利]全固态锂电子电池

说明书

本发明公开了一种全固态锂电子电池，包括金属管体，所述金属管体的上方左右两侧均插设有导体，且所述导体上设有阀门，所述金属管体内壁底部设有镍铁电极，所述金属管体的外壁底部设有碳氧电极，所述金属管体的内部下方设有铝管，且铝管的外壁设有铁粉，本发明电极以电位较负的金属铁作负极，以空气中的氧或纯氧作正极的活性物质，其环境相容性好、成本较低，采用廉价的铁作为电极材料，在进行加工、使用和回收过程中不会对环境造成危害，安全性较好，电极所用活性物质是空气中的氧，加之活性物质在电池之外，使其理论比能量比一般金属氧化物电极大得多，属于高能化学电源。

技术领域

本发明涉及一种可充电电池，具体为全固态锂电子电池。

背景技术

锂离子电池的诞生改变了人类的生活方式，无论是移动出行领域还是在移动数码电子产品设备的普及使用等方面，锂离子电池都担当着器件“发动机”功能。针对更高比能的电池体系目前也在不断的研发过程中，尤其是基于金属锂负极的全固态电池，锂硫电池、锂空气电池等研究。电池的发展离不开正负极电极材料的进步，而电极/电解质界面在电池的发展历程中也发挥着及其重要的作用，通过大量研究，人们分析出电极/电解质界面产生的原因：将电极放置在液态的电解液环境中，无论在电池的正极，还是负极都面临着共性的问题，电极/电解质固液会存在两相区域，随着电池充电/放电的进行，负极表面的电势在不断下降，部分溶剂分子或者锂盐开始发生还原分解，在负极表面形成固液电解质界面膜(Solid Electrolyte Interphase，SEI)；正极表面的电势在逐渐升高，伴随着溶剂分子或者锂盐等物质的氧化分解，在正极表面形成正极电解质界面膜，因此，电极/电解质界面产生的源头在于固液接触产生初始界面，且该界面在电池电压的变化过程中发生氧化还原反应转变成新物质。

无论传统锂离子电池还是全固态锂离子电池(又简称SSB)，电极/电解质界面的研究都是电池研究的一个重要分支，针对电极表面的电子传输、电解质的结构、锂离子的传输动力学行为等方面的探究可以促进电池基础科学研究尤其是功率密度、能量密度和安全性上的大幅进步，与液体电解质电池相比，SSB的独特优势在于，SSB可以灵活放大缩小，可拉伸和弯曲，并可直接安装在芯片上。因此，SSB有望与微电子电路集成，以制造自供电的可穿戴或可植入的微/纳米级器件。具体来讲，固态电池系统具有许多吸引人的优势，但现有的全固态锂离子电池任然存在大量的问题，固体电解质与LiCoO₂接触时，锂离子Li⁺将从电解质侧扩散到阴极侧，从而在电解质侧的界面上产生高电阻的Li耗尽层，空间电荷层是有害的，它严重影响了SSB的高倍率充放电能力，同时还充当了速率控制步骤，同时锂离子通过晶界传输通过电极，在充电/放电过程中阴极颗粒的体积变化将导致复合电极的接触失效。

发明内容

本发明的目的在于提供全固态锂电子电池，以解决上述背景技术中提出的严重影响了SSB的高倍率充放电能力，同时还充当了速率控制步骤，导致复合电极的接触失效的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

1.全固态锂电子电池，包括电池主体，其特征在于：所述电池主体内从左至右依次设有金属阳极(1)、固体电解质(2)与阴极材料(3)，所述阴极材料(3)的粒径小于10um，用于在第一个循环中提供接近满负荷的容量，所述固体电解质(2)与阴极材料(3)相背离的一端与金属阳极(1)贴合，所述固体电解质(2)的外壁包覆有薄氧化物缓冲涂层，所述涂层包括氧化钇稳定氧化锆YSZ或锆酸钆Gd₂ZrO₇。

2.根据权利要求1所述的全固态锂电子电池，其特征在于：所述阴极材料(3)由活性材料的颗粒组成，且活性材料包括钴酸锂LiCoO₂、锰酸锂LiMn₂O₄、镍钴锰酸锂LiNiMnCoO₂、镍钴铝酸锂LiNiCoAlO₂或磷酸铁锂LiFePO₄，所述阴极材料与固体电解质(2)、碳混合并通过粘合剂粘合。