[发明专利]一种复合固态电解质的制备方法

说明书

本发明公开了一种抑制锂枝晶生长的复合固态电解质的制备方法，先将固态电解质放入等离子体增强化学气相沉积装置加热，通入氮气、氢气、甲烷的混合气开启射频等离子体源，关闭射频等离子体后停止通入氢气和甲烷，维持通入氮气冷却取出样品，选择纯铜靶进行预溅射以清洁靶材的表面，采用直流溅射方式，将氮气与氩气混合，生长反应结束后，将样品与金属锂制备成对称电池，在充放电过程中，样品与Li⁺发生反应生成Li₃N和铜纳米粒子，分散良好的铜纳米粒子在界面处形成了均匀的电场，石墨烯作为基底的三维立体结构界面，具有高比表面积和多孔结构，也能够有效地降低电流密度，缓解体积效应，使得金属锂均匀沉积，有效地抑制锂枝晶的生长。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种抑制锂枝晶生长的复合固态电解质的制备方法。

背景技术

固态电解质由于其较高的机械强度，被认为是解决锂金属负极中枝晶问题的重要方法。但众多的研究工作表明，固态电池中依然存在着锂枝晶的问题，而且在一些具有超高机械强度的固态电解质中，枝晶生长刺穿电解质的速度比在液态电池中更快，这表明机械强度并不是影响枝晶问题的唯一因素。核心在于调控锂离子的沉积行为。

三维石墨烯具有高外/内表面积、高机械应力，形成的三维立体结构界面，也能够有效地降低电流密度，使得金属锂均匀沉积。同时Li₃N具有高离子电导率，较低的电子电导率和良好的电化学稳定性，能够有效地抑制锂枝晶的生长。通过在固态电解质表面生成负载Li₃N石墨烯三维网状结构，能够有效地抑制锂枝晶的生长。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种抑制锂枝晶生长的复合固态电解质的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种复合固态电解质的制备方法，制备过程如下

（1），用激光清洗方法对电解质进行表面处理：利用高能纳秒激光器对固态电解质进行清洗；

（2），将清洗后的固态电解质放入等离子体增强化学气相沉积装置内，抽真空至4～5Pa；

（3），从室温加热至750～800℃，加热速度为2～3℃/min，保温4～5h；

（4），通入氮气、氢气、甲烷的混合气，其中氢气的流量为10～15mL/min，管内压力50～60pa；

（5），开启射频等离子体源，调节高功率为200～300W，生长时间控制在30～60分钟内；

（6），关闭射频等离子体，停止通入氢气和甲烷，维持通入氮气，在惰性气体下冷却后取出样品；

（7），将样品放入冷壁腔化学气相沉积系统腔体样品台；

（8），选择纯铜靶进行预溅射以清洁靶材的表面，腔内压力抽至1.5×10^-4～2.0×10^-4Pa；

（9），采用直流溅射方式，将作为反应气体的氮气与作为载气的氩气以 1：1的体积比混合，压力0.4～0.5Pa，生长时间10～15秒，反应结束后待冷却取出样品；

（10），在氧压、水压均低于0.01ppm的手套箱内，将样品与同尺寸的金属锂制备成Li/样品/Li三明治结构对称电池；

（11），采用压力磨具施加1～3MPa的压力，以0.1～0.5mA/cm²的电流密度对所述的对称电池进行充放电，反应时间3～5小时后，待冷却后取出样品；

（12），将对称电池置于石英管式炉内，通入氮气，其中氮气的流量为10～15mL/min，以5～10℃升温速率至高温500～600℃，保温5～8小时，反应结束后随炉冷却，得到复合固态电解质。

所述的一种复合固态电解质的制备方法，其固态电解质的种类是硫化物或氧化物或二者混合物。

所述的一种复合固态电解质的制备方法，其氮气、氢气、甲烷的流量比为2:1:1。