[发明专利]锂金属与石榴石型固态电解质之间界面修饰层的制备方法与固态锂金属电池

说明书

本发明公开锂金属与石榴石型固态电解质之间界面修饰层的制备方法与固态锂金属电池。方法包括步骤：提供石榴石型固态电解质；在所述石榴石型固态电解质表面沉积LiPON薄膜；使所述石榴石型固态电解质表面沉积的LiPON薄膜与熔融的锂金属原位反应，得到位于所述锂金属与石榴石型固态电解质之间的界面修饰层。石榴石型固态电解质表面包覆的LiPON薄膜与熔融的锂原位反应形成稳定的界面修饰层。所述的锂金属与石榴石型固态电解质之间的界面修饰层具备锂离子导通、电子绝缘的功能，有效的抑制了石榴石型固态电解质与锂金属之间的界面反应，确保了石榴石型固态电解质对锂金属的稳定性，有望促进全固态锂金属电池的发展。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种锂金属与石榴石型固态电解质之间界面修饰层的制备方法与固态锂金属电池。

背景技术

近年来，随着锂离子电池在电动汽车中的广泛应用，对锂离子电池的能量密度提出了更高的要求，传统的石墨负极(理论比容量为370mAh/g)已经无法满足实际应用的需求。锂金属具有高的理论比容量(3860mAh/g)和低的电化学电位(-3.04V)，适合替代广泛使用的石墨负极。尽管如此，金属锂在实际应用的过程中存在锂枝晶的形成以及与电解液反应等问题，这将造成极大的安全隐患。在使用有机液体电解质的传统锂离子电池中，科研工作者们已经提出了一些改善性研究，比如使用电解液添加剂来促进稳定的SEI膜形成、构造3D导电网络来促进锂离子的均匀电镀和剥离、构造人工SEI膜减少电解液与锂金属的不良反应等，但并没有从根本上解决安全性问题。

固态电池被视为下一代储能技术的有力候选者。固态电池利用不可燃和不泄漏的固态电解质来替代商用锂离子电池中的易燃液体电解质和隔膜，从而实现更高的安全性。同时，固态电解质具有更宽的电压窗口，可以匹配锂金属负极和高压正极材料。因此，固态电池的能量密度有望达到现有锂离子电池的2～5倍。

固态电解质是固态电池的核心部件，固态电解质主要分为无机固态电解质和聚合物固态电解质两大类。现在常见的无机固态电解质主要有石榴石型、NASICON型、LISICON型、钙钛矿型、硫化物和LiPON。大部分的无机固态电解质对锂金属是不稳定的，比如Nb掺杂的石榴石型电解质中Nb⁵⁺容易被锂金属还原，钙钛矿型电解质中Ti⁴⁺、Li_1.5Al_0.5Ge_1.5P₃O₁₂(LAGP)和Li_1.3Al_0.3Ti_1.7P₃O₁₂(LATP)中Ge⁴⁺和Ti⁴⁺也存在被锂还原的问题，硫化物固态电解质容易被锂金属分解。无机固态电解质和锂金属之间的这种界面反应将会带来极大界面阻抗，并且容易诱发锂枝晶的生长，最终导致电池失效。

由此可见，锂金属与无机固态电解质界面的稳定性问题将会是固态锂电池技术实用化的难点之一。解决这些问题对固态锂电池的发展显得尤为重要。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种锂金属与石榴石型固态电解质之间界面修饰层的制备方法与固态锂金属电池，旨在解决现有石榴石型固态电解质对锂金属不稳定的问题。

本发明的技术方案如下：

一种锂金属与石榴石型固态电解质之间界面修饰层的制备方法，其中，包括步骤：

提供石榴石型固态电解质；

在所述石榴石型固态电解质表面沉积LiPON薄膜；

使所述石榴石型固态电解质表面沉积的LiPON薄膜与熔融的锂金属原位反应，得到位于所述锂金属与石榴石型固态电解质之间的界面修饰层。