[发明专利]固态锂电池用双功能界面修饰层及锂电池

说明书

本发明涉及一种固态锂电池用双功能界面修饰层及锂电池，所述双功能界面修饰层包括聚合物电解质层及锂合金层，聚合物电解质层用于和锂电池的电解质接触，锂合金层用于和锂电池的锂负极接触；所述锂合金层中的锂合金至少包括含锂二组分合金、含锂三组分合金、含锂四组分合金中的一种；聚合物电解质层包括聚合物基体和锂盐。本发明提供了一种双功能界面修饰层，该双功能界面修饰层可应用于固态锂金属电池中，能够显著提升电解质/锂负极的界面兼容性，抑制锂枝晶的生长，且制备方法简便，容易操作。

技术领域

本发明属于固态锂电池技术领域，具体涉及一种固态锂电池用双功能界面修饰层及锂电池。

背景技术

现有液态锂离子电池具有容量大，工作电压高，无记忆效应等优点，然而其能量密度已经接近极限。而采用固体电解质的固态电池避免了电池在服役过程中产生的安全隐患，有望彻底解决电池的安全性问题，将成为下一代锂电池的新技术。更为重要的是，固态锂电池可以使用比容量高的金属锂替代石墨作为电池的负极材料，这样可以明显减少负极材料的用量，提高电池的能量密度。另外，与传统锂离子电池堆内部结构不同，固态电池可以采用双极堆叠的串联结构，减少集电器数量，增加电池单元的电压，而且不需要冷却系统。这种设计可以减少包装的重量和体积，能够实现能量密度的大幅度提升。

采用固体电解质替代传统液态电解质使得电极材料表面缺少液体的浸润，电极材料与电解质的界面阻抗变大。通常固体电解质作为锂离子传输介质具有较强的力学性能，可在循环过程中有效抑制锂枝晶的生长，提高电池安全性。然而金属锂还原性强，极易与电解质产生副反应，生成高阻抗的界面相，降低电极/电解质界面稳定性。另外，与固/液接触不同，固体电解质与锂金属负极界面浸润性差，固固接触会导致界面阻抗增加。

目前，已经有一些可行的解决方案，例如：对固体电解质进行一定程度的掺杂改性增加对金属锂负极的稳定性，具体如：在硫化物电解质中掺杂少量的氧化物成分；或在固体电解质与锂金属负极引入稳定的中间层，具体如：采用原子层沉积的方法制备一层Al₂O₃，或者利用分子沉积在锂金属表面沉积具有塑性的有机无机复合层。这些方法在一定程度上改善了界面稳定性与相容性，但是整体制备工艺较为复杂且成本较高，不适宜大规模工业化应用。到目前为止，已经实现的性能与实际的商业化应用要求相距仍然较大。

发明内容

针对目前电解质/锂负极界面接触差及界面阻抗大的问题，本发明提供一种固态锂电池用双功能界面修饰层及锂电池。该双功能界面修饰层可应用于固态锂金属电池中，能够显著提升电解质/锂负极的界面兼容性，抑制锂枝晶的生长，且制备方法简便，容易操作。

本发明具体是通过以下技术方案来实现的，依据本发明提出的一种固态锂电池用双功能界面修饰层，包括聚合物电解质层及锂合金层，所述聚合物电解质层用于和锂电池的电解质接触，所述锂合金层用于和锂电池的锂负极接触；

所述聚合物电解质层包括聚合物基体和锂盐；

所述锂合金层中的锂合金至少包括含锂二组分合金、含锂三组分合金、含锂四组分合金中的一种；所述的含锂二组分合金至少包括铝锂合金、镁锂合金、锂硅合金、锂铟合金、锂硼合金、锂锡合金、锂镓合金、锂锌合金、锂铋合金中的一种，含锂三组分合金至少包括铝镁锂合金、铝硅锂合金中的一种，含锂四组分合金至少包括铝镁锂锌合金、铝镁锂铜合金中的一种。

本发明还提供一种固态锂电池用双功能界面修饰层的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)配置一定浓度的MCl_x(0＜x≤1)溶液，将配置好的溶液采用喷涂或旋涂或喷雾的方式喷在锂负极表面，喷涂或旋涂或喷雾的时间为10s～10min，之后用溶剂将其表面冲洗干净，真空干燥10h-48h，在锂负极表面形成锂合金层Li_xM(0＜x≤1)，得到Li@Li_xM负极；其中，M为As、In、Zn、Mg、Si、B、Sn、Bi其中的一种或多种；