[发明专利]固态锂电池复合负极及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及锂电池技术领域，特别是涉及一种固态锂电池复合负极及其制备方法和应用。所述固态锂电池复合负极的制备方法，包括以下步骤：提供金属粉体分散液，所述金属粉体分散液中金属粉体的宏观最小结构单元的尺寸小于100nm，且所述金属粉体的熔点小于200℃；将所述金属粉体分散液涂覆在固态电解质表面，干燥后形成金属涂层；将锂金属片置于所述金属涂层上进行热压，热压温度为130℃～170℃，压力为0.5N/cm²～10N/cm²，热压时间为1min～50min。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，特别是涉及一种固态锂电池复合负极及其制备方法和应用。

背景技术

随着电动汽车与消费电子产品的发展，对基于锂的二次电池要求不断升高。尤其是对电池的能量密度和安全性有了更高的要求。传统的电池，使用液态电解液，其安全性存在一定隐患，且由于电解液与金属锂的副反应，无法使用能量密度更高的金属锂作为负极。

固态电解质是新一代电池材料的主要研发方向，其具有安全性高，能量密度高等优点，但其界面问题限制了其大规模使用，尤其是金属锂负极与固态电解质的界面问题。相关的界面问题，造成电池内阻升高，影响电池的性能。研究表明，在固态电解质与金属锂之间构建合金层，可以有效解决界面问题，降低界面电阻，进而降低电池内阻。

传统的构建界面合金层的方法主要有两种，一种是采用液相法在锂金属表面形成合金保护层，如将利用氯化铟、氮化铝等无机粉末配成的溶液涂覆在锂金属表面进行反应生成合金层，这种方法制备的合金保护层一般是在微米级，而且存在多种杂质，并不能很好地解决界面问题，降低界面电阻，还有可能增加整个电池的阻抗，以及影响充放电过程中锂离子的均匀沉积。另外一种是通过物理沉积法在固态电解质表面形成金属镀层，然后通过金属镀层和金属锂发生反应生成合金层，该方法金属镀层不能完全和金属锂反应形成合金层，合金层和固态电解质层之间还含有金属镀层，因此，对于界面电阻的降低程度较低。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够更有效地降低固态电解质与金属锂界面电阻的固态锂电池复合负极及其制备方法和应用。

本发明的一个方面，提供了一种固态锂电池复合负极的制备方法，包括以下步骤：

提供金属粉体分散液，所述金属粉体分散液中金属粉体的宏观最小结构单元的尺寸小于100nm，且所述金属粉体的熔点小于200℃；

将所述金属粉体分散液涂覆在固态电解质表面，干燥后形成金属涂层；

将锂金属片置于所述金属涂层上进行热压以使得所述金属粉体熔融并和锂金属反应形成合金，热压温度为130℃～170℃，压力为0.5N/cm²～10N/cm²，热压时间为1min～50min。

在其中一个实施例中，所述金属粉体为银粉、铟粉或锡粉中的任意一种。

在其中一个实施例中，所述固态电解质选自石榴石型固态电解质、NASICON型固态电解质、LISICON型固态电解质、硫化物固态电解质、氢化物固态电解质、卤化物固态电解质、磷酸盐固态电解质、硼酸盐固态电解质、高分子固态电解质、LiPON型电解质和掺杂的β-Al₂O₃固态电解质中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述金属粉体分散液中金属质量浓度为0.000001g/mL～10g/mL，所述金属粉体分散液的涂布量为0.0001mL/cm²～10mL/cm²。

在其中一个实施例中，所述金属粉体分散液中溶剂为醇类、醚类或酮类有机物中的一种或多种。