[发明专利]一种固态硅复合锂电池

说明书

本发明具体公开了一种固态硅复合锂电池，包括含有锂基的复合正极层、含有硅基的复合负极层和复合固体电解质层；含有锂基的复合正极层和含有硅基的复合负极层均含有聚氧化乙烯，复合固体电解质层含有铈掺杂的锂钛金属氧化物和聚氧化乙烯，将含有锂基的复合正极层、含有硅基的复合负极层和复合固体电解质层加工成所需要的形状，在手套箱中压紧密封组装成全固态电池。本发明公开的固态硅复合锂电池，通过聚氧化乙烯贯穿整个固态电池，同时聚合物电解质中引入铈掺杂的锂钛金属氧化物，解决了电池循环过程中硅基负极的膨胀和收缩导致界面分离问题，提高了电池的首次放电容量和电池的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及全固态电池技术领域，具体为一种固态硅复合锂电池。

背景技术

硅是最自然的元素，其理论容量是石墨基阳极的10倍。然而，实施硅阳极的实用性受到不稳定的固体/电解质界面和连续锂化/脱锂期间阳极破裂的限制。

中国专利CN 110233282 A公开了一种带有硅负极和硫化物固体电解质的全固态电池，其包括电芯，电芯包括负极、固体电解质层和正极，负极包括集流体和叠压固定于集流体侧面上的嵌锂层，嵌锂层由包括有硫化物电解质粉粒和含硅负极粉体的混合粉料压制而成，混合粉料中硅含量为40～53wt％，硫化物电解质粉粒的粒径为10～100nm，含硅负极粉体的粒度为10～100nm，嵌锂层的孔隙率为15～23％，但是，在长期的循环过程中，由于硅在锂化/脱锂过程中，不断地发生体积变化，会导致硫化物电解质和硅之间的界面分离，进而影响循环性能。

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种固态硅复合锂电池，以合成的含有锂基的复合正极层、含有硅基的复合负极层和复合固体电解质层制得全固态电池，解决固态硅复合锂电池中存在的电化学性能差，尤其是循环性能差的问题。

技术方案

针对以上技术问题，本发明提供一种固态硅复合锂电池，其特征在于：包括含有锂基的复合正极层、含有硅基的复合负极层和复合固体电解质层。

所述含有锂基的复合正极层含有铈掺杂的锂钛金属氧化物和聚氧化乙烯；所述含有硅基的复合负极层含有聚氧化乙烯，所述复合固体电解质层含有铈掺杂的锂钛金属氧化物和聚氧化乙烯，其中聚氧化乙烯贯穿整个固态电池。

将所述含有锂基的复合正极层、含有硅基的复合负极层和复合固体电解质层加工成所需要的形状，在手套箱中压紧密封组装成全固态电池。

本发明所述的含有锂基的复合正极层的制备方法是：

(a1)将铈掺杂的锂钛金属氧化物和聚氧化乙烯加入到无水乙腈中，研磨，再加入锂基活性材料和导电碳材料，搅拌，得到含有锂基的复合正极浆液；

(b1)将步骤(a1)制备的浆料倾倒在模具上，干燥后得到含有锂基的复合正极层。

优选的，所述锂基活性材料为Li₂S颗粒，粒径为10～15nm。

优选的，所述铈掺杂的锂钛金属氧化物、聚氧化乙烯、锂基活性材料、导电碳材料和无水乙腈的质量比例为5:65～75:110～130:1～2:600～650。

本发明所述的含有硅基的复合负极层的制备方法是：

(a2)将铈掺杂的锂钛金属氧化物和聚氧化乙烯加入到无水乙腈中，研磨，再将硅基活性材料和导电碳材料加入，搅拌，得到均匀硅基的复合负极浆液；

(b2)将步骤(a2)制备的浆料倾倒在模具上，干燥后得到含有硅基的复合负极层。

优选的，所述步骤(a2)中铈掺杂的锂钛金属氧化物、聚氧化乙烯、硅基活性材料、导电碳材料和无水乙腈的质量比例为5:65～75:40～85:1～2:400～450。