[发明专利]一种具有改良界面层的全固态电池及其电极界面改良方法

说明书

本发明公开了一种具有改良界面层的全固态电池及其电极界面改良方法。方法为将含有锂盐、催化剂和开环聚合单体的界面改良剂原位注入全固态电池的电极界面之间，室温下静置至反应结束，使电极界面之间形成凝胶状的界面层。所述开环聚合单体为1，3‑环氧戊烷、环氧丙烷、四氢呋喃、环氧丁烷、环氧异丁烷、环氧丙基甲基醚或苯基环氧丙烷中的至少一种。采用该方法改良后的界面层为无色透明凝胶态物质，具有较好的粘性，可以填充于陶瓷电解质与正负极之间的界面间隙，提高电极和固态电解质的接触性，降低界面阻抗，增加锂离子传输通道。

技术领域

本发明属于全固态电池技术领域，具体涉及一种具有改良界面层的全固态电池及其电极界面改良方法。

背景技术

随着新科技的发展,人类对具有高的能量密度和高安全性的二次电池的需求越发迫切，目前商业化的目前的锂离子电池(LIBS)还无法满足人们的生产需求。传统的液态电解质虽然具有较高的离子电导率，但是由于使用了有机的溶剂其具有可燃性等缺点在使用过程中存在安全性问题，固态电解质(SE)具有热稳定性、不易燃、无泄漏和无挥发等优点，且其有更高的热失控起始温度，大大提高了电池使用过程中的稳定性和安全性。

发展全固态锂离子电池对于全力推动锂离子电池的发展至关重要，固态电解质主要分为聚合物固态电解质和无机固态电解质，其中无机固态电解质又可以分为氧化物固态电解质和硫化物固态电解质。聚合物固态电解质具有柔性好、易加工等优良性能但电导率低、运行温度高和电化学窗口低等缺点使得聚合物电解质在固态锂电池中的应用受到限制。无机固态电解质，特别是硫化物电解质具有高离子电导率，宽电化学窗口，良好的稳定性受到了广泛关注。但是无机固态电解质存在空气稳定性差、界面稳定性差和正极、负极之间均存在界面问题，这限制着无机固态电解质的发展了应用。

从锂金属电池未来发展趋势来看，电池的安全性能越来越受到大家的关注，可以说安全性是电池最重要的一个标准。因此，全固态电池也将是未来发展的重点，但是在循环过程中，固态电解质可能与锂负极发生氧化还原反应，从而生成高阻抗的界面相积累在负极和固态电解质之间，影响锂离子传输；固态电解质和锂负极之间固固接触引发的不完整接触，会导致在循环过程局部电流密度过大；这些问题会严重影响固态电池的倍率性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种具有改良界面层的全固态电池及其电极界面改良方法，解决了上述背景技术中无机固态电解质、正极、负极之间均存在界面的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：提供了一种全固态电池电极界面改良方法，包括如下步骤：

1)将锂盐、催化剂和开环聚合单体混合得到界面改良剂；

3)将界面改良剂原位注入全固态电池的电极界面之间，室温下静置至反应结束，静置时间为20min-20h，使电极界面之间形成凝胶状的界面层；

其中，所述开环聚合单体为1，3-环氧戊烷、环氧丙烷、四氢呋喃、环氧丁烷、环氧异丁烷、环氧丙基甲基醚或苯基环氧丙烷中的至少一种；所述催化剂为LiPF₆、HF、BF₃、PF₅、LiFSI或LiBF₄；所述锂盐为LiClO₄、LiTFSI、LiBOB、LiFSI或LiDFOB。

在本发明一较佳实施例中，所述界面改良剂中，锂盐浓度为0.001-20M，催化剂浓度为0.001-20M，开环聚合单体的加入量为10-80vol％。

在本发明一较佳实施例中，所述步骤2)中，所述界面改良剂的注入量为5-500μL/cm²。

在本发明一较佳实施例中，所述全固态电池为组装好的全固态电池，包括依次层叠设置的正极、无机固态电解质和负极。

在本发明一较佳实施例中，所述电极界面包括正极与无机固态电解质之间界面、无机固态电解质和负极之间界面。