[发明专利]一种固态锂电池及其制备方法

说明书

本申请公开了一种固态锂电池，包括：锂负极层、固态电解质层、正极层、聚合物凝胶电解质层，以及滴加在锂负极层、固态电解质层、正极层、聚合物凝胶电解质层任一层中的电解液；所述固态电解质层位于所述锂负极层内，或位于所述固态电解质层内，或位于所述正极层内；所述锂负极层包括金属锂和涂覆于金属锂表面的储锂修饰层，所述储锂修饰层中含有碳材料或银材料。本申请还提供一种固态锂电池的制备方法。本申请提供的固态锂电池，兼具优异的安全性能、高的能量密度、及长的循环寿命。

技术领域

本申请涉及锂电池技术领域，特别是涉及一种固态锂电池及其制备方法。

背景技术

基于化石能源日益枯竭和环境问题日益严峻的考量，发展新能源汽车已是历史的必然趋势，但要使以锂电池为主的新能源车得到认可和普及，对其能量密度的要求越来越高。近年来，随着高镍正极、硅碳负极的推广，锂离子电池的能量密度得到较大提高，但同时也面临安全问题，特别是直接使用金属锂为负极，金属锂负极在循环过程中，由于局部锂离子浓度、电场不均匀等因素，使得金属锂表面生长锂枝晶，当锂枝晶生长到一定程度的时候就可能穿透隔膜，引发安全问题。

目前商业的锂离子电池使用基于碳酸酯类的有机液态电解液，这类液态电解液具有易燃性，引发严重的安全问题。解决锂电池安全问题的一个重要方法是使用固态电解质，特别是陶瓷电解质。但陶瓷固态电解质的锂离子电导率较低，且与正负极的界面的化学/电化学稳定性较差，导致循环过程中界面电阻快速增加，特别是当负极直接使用金属锂时，从而使电池性能快速衰减。另外，烧结陶瓷片由于其固有的脆性，直接使用陶瓷片作为电解质，会给电池组装带来困难，尤其是为了不降低电池能量密度，使用超薄型陶瓷片。而且，目前的锂离子电池的极片的孔隙率高达20～30％，在没有液态电解液浸润的情况下，会造成高的电池内阻。

因此，如何对固态电解质和固态锂电池的制造工艺进行改进，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的第一个目的为提供一种固态锂电池；本发明的第二个目的为提供一种固态锂电池的制备方法；本申请提供的固态锂电池，锂负极和正极均作表面修饰，结合使用宽电化学窗口的陶瓷颗粒，提高正负极和固态电解质层之间的界面相容性，从而使固体锂电池兼具优异的安全性能、高的能量密度、及长的循环寿命。

本发明提供的技术方案如下：

一种固态锂电池，包括：锂负极层、固态电解质层、正极层、聚合物凝胶电解质层，以及滴加在锂负极层、固态电解质层、正极层、聚合物凝胶电解质层任一层中的电解液；

所述固态电解质层位于所述锂负极层与所述正极层之间；

所述聚合物凝胶电解质层位于所述锂负极层内，或位于所述固态电解质层内，或位于所述正极层内；

所述锂负极层包括金属锂和涂覆于金属锂表面的储锂修饰层，所述储锂修饰层中含有碳材料或银材料。

优选地，所述储锂修饰层包括储锂材料和负极粘结剂，所述储锂材料为石墨、硬碳、软碳、纳米碳管、银中的任意一种或多种；所述负极粘结剂为聚氟化烃类粘结剂。

本申请提供的固态锂电池，锂负极层包括金属锂和涂覆于金属锂表面的储锂修饰层，优选储锂修饰层包括储锂材料和负极粘结剂。储锂修饰层呈多孔结构，且将金属锂表面完全、均匀覆盖，在充电过程中，从正极迁徙来的锂首先和修饰层中的储锂材料发生锂化反应，形成的锂化物可提高锂表面电场的均匀性，从而促进后续锂的均匀沉积和剥离，抑制锂枝晶和死锂的形成。

进一步优选储锂材料为石墨、硬碳、软碳、纳米碳管、银中的任意一种或多种，这类储锂材料均具有亲锂性，易和锂进行锂化反应，自身及锂化产物均具有高的电导率，促进锂表面电场的均匀性。

优选地，所述储锂材料与金属锂的容量比为1:20-1:5；和/或，

所述金属锂与所述正极层的容量比为10:1-1:1。