[发明专利]一种复合薄膜及其制备方法、固态锂电池

说明书

本发明涉及固态锂电池技术领域，提供了一种复合薄膜及其制备方法、固态锂电池。所述复合薄膜包括主体功能层，以及结合在所述主体功能层至少一侧表面的界面保护层，其中，所述主体功能层为固态电解质主体层或负极片，所述界面保护层的材料为熔点小于或等于700℃的无机锂离子导体材料。本发明提供的复合薄膜，可以有效提高固态电解质与负极之间的界面稳定性，保护固态电解质与负极特别是与锂负极接触时不被还原，从而使固态电解质保持较好的锂离子传导能力。此外，还可以降低对固态电解质锂离子传导能力的影响。

技术领域

本申请属于固态锂电池技术领域，尤其涉及一种复合薄膜及其制备方法，以及一种固态锂电池。

背景技术

锂二次电池作为一种清洁、高效的储能器件在能源储存领域拥有举足轻重的地位。商业化以来，锂二次电池就因其高能量密度、长循环寿命、无记忆效应等优点，快速占领了储能领域的市场。但是现有的商业化锂离子电池以有毒、易燃的有机液态电解质为电解液，容易引发漏液、火灾等安全隐患。无毒、不可燃的无机固体电解质代替液态电解液能够有效改善安全问题，并且其能安全的使用锂金属负极，大幅提升锂电池体系的能量密度。因此，无机固体电解质的制备与开发受到研究者的广泛关注。

无机固态电解质-锂金属负极组成的固态锂电池体系在能量密度上具有显著优势，但是诸多无机固体电解质难以与锂金属稳定存在。如NASICON(钠超离子导体)型的Li_1+yAl_yTi_2-y(PO₄)₃(LATP)或Li_1+zAl_zGe_2-z(PO₄)₃(LAGP)，其拥有较高的室温总离子电导率(10^-4S/cm)与室温晶粒电导率(10^-3S/cm)，且对水与空气都有良好的稳定性，但高价态的Ti⁴⁺与Ge⁴⁺易被锂金属负极还原而大幅降低电解质离子电导率，严重影响电池的电化学性能。钙钛矿型电解质如Li_0.34La_0.56TiO₃(LLTO)中高价Ti元素与LATP有着相似的问题。现有技术中对固体电解质进行保护的方法会降低固态电解质的锂离子传导能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合薄膜及其制备方法，以及一种固态锂电池，旨在解决现有的对固体电解质进行保护的方法会降低固态电解质的锂离子传导能力的问题。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明第一方面提供一种复合薄膜，包括主体功能层，以及结合在所述主体功能层至少一侧表面的界面保护层，其中，所述主体功能层为固态电解质主体层或负极片，所述界面保护层的材料为熔点小于或等于700℃的无机锂离子导体材料。

本发明提供的复合薄膜，在固态电解质主体层或负极片的至少一侧表面设置界面保护层，可以有效提高固态电解质与负极之间的界面稳定性，保护固态电解质与负极特别是与锂负极接触时不被还原，从而使固态电解质保持较好的锂离子传导能力。更重要的是，发明人发现，在固态电解质主体层表面施加界面保护层时需要经过热处理，而常规热处理会导致大量副反应的发生，通过研究发现，界面保护层的材料熔点小于或等于700℃，使无机锂离子导体材料得以在小于或等于700℃的低温条件下热处理，从而降低无机锂离子导体材料与固态电解质在高温条件下的副反应风险，进一步确保固态电解质的锂离子传导能力。