[发明专利]一种复合锂、一种固态锂电池

说明书

本发明提供了一种复合锂，由熔融锂和金属氟化物原位反应得到，或由熔融锂和金属氮化物原位反应得到。本申请还提供了一种固态锂电池。本申请提供的复合锂与陶瓷固体电解质界面具有良好的界面接触，且展现出高的首次库伦效率和放电比容量。

技术领域

本发明涉及固态锂电池技术领域，尤其涉及一种复合锂、一种固态锂电池。

背景技术

金属锂负极具有高的理论比容量(3860mAh·g^-1)，是下一代固态锂电池的关键负极材料之一。但是金属锂负极存在最大的问题是：与锂镧锆氧体系(LLZO)陶瓷固体电解质相接触的金属锂负极在充电过程中会优先剥离，从而在金属锂负极表面形成孔洞，使得金属锂负极内部的锂无法得到有效利用；此外，锂离子会在锂镧锆氧体系陶瓷固体电解质的表面缺陷或微孔处与电子结合，在不均匀电场条件下沿晶界形成锂枝晶并穿透锂镧锆氧体系陶瓷固态电解质。上述问题最终会导致金属锂的利用率低甚至导致所构建的固态电池无法正常工作。

目前研究主要聚焦于改性涂层来解决锂镧锆氧体系陶瓷固体电解质与金属锂负极之间的界面接触问题。尽管两者间界面亲锂性得到了有效改善，但是这并不能改善金属锂电极内部的离子/电子传输动力学。此外，在金属锂负极中引入各种添加剂，如BN、g-C₃N₄、Si₃N₄等，这种方法虽然解决了锂镧锆氧体系陶瓷固体电解质与金属锂负极之间的界面接触问题，同时也在形成了各种复合金属锂负极；但是其仍然难以在复合金属锂负极内部形成稳定的“电子-离子”传输通路。因此，目前的复合金属锂负极工艺方法难以满足实际应用环境下的技术需求。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种复合锂，本申请提供的复合锂可与固态电解质形成良好的界面接触，且可展现出高的首次库伦效率和放电比容量。

有鉴于此，本申请提供了一种复合锂，由熔融锂和金属氟化物原位反应得到，或由熔融锂和金属氮化物原位反应得到。

优选的，所述金属氟化物选自氟化铝、氟化钙、氟化铜、氟化铁、氟化锌、氟化钴、氟化锰、氟化钛、氟化锆和氟化铌中的一种或多种。

优选的，所述金属氮化物选自氮化铝、氮化钛、氮化锰、氮化铌和氮化锆中的一种或多种。

优选的，所述原位反应的原料为金属氟化物时，所述原位反应的过程具体为：

将金属锂加热至熔融状态，再加入金属氟化物混合，反应，得到复合锂。

优选的，所述原位反应的原料为金属氮化物时，所述原位反应的过程具体为：

将金属锂加热至熔融状态，再加入金属氮化物混合，反应，得到复合锂。

优选的，所述加热的温度为200～300℃，所述混合的时间为5～10min。

本申请还提供了一种固态锂电池，包括正极、负极和石榴石型固态电解质，所述负极为复合锂，所述复合锂为上述方案所述的复合锂。

优选的，所述石榴石型固态电解质选自LLZO固态电解质或金属元素掺杂的LLZO固态电解质。

优选的，所述石榴石型固态电解质选自锂镧锆钽氧或锂镧锆铌氧。

优选的，所述固态锂电池选自固态金属锂电池、固态锂离子电池或固态锂-硫电池。