[发明专利]改善固态电解质和负极界面稳定性的保护膜及其制备方法、固态电池

说明书

本申请提供一种改善固态电解质和负极界面稳定性的保护膜及其制备方法、固态电池，涉及固态锂电池技术领域。该保护膜位于固态电解质与负极之间；保护膜的原材料包括氧化石墨烯、碳导电剂和修饰剂。该保护膜的制备方法包括：将所述保护膜的原材料与溶剂混合制成前体浆料；将前体浆料涂布在基底上，烘干，再与蒸汽进行还原处理，得到中间膜；将中间膜进行热处理，得到所述保护膜。本申请的保护膜具有良好的化学/电化学稳定性，能有效阻止负极与固态电解质的直接接触，保证了界面的稳定性，提高了固态电池的的能量密度。

技术领域

本申请涉及固态锂电池技术领域，尤其涉及一种改善固态电解质和负极界面稳定性的保护膜及其制备方法、固态电池。

背景技术

全固态锂电池具有安全性好、能量密度高、工作温度区间宽等优势，被认为是锂离子电池的未来发展趋势。固态电解质作为固态电池的核心部分，决定了固态电池的性能。目前，常见的固态电解质体系有氧化物固态电解质、硫化物固态电解质和聚合物固态电解质，其中硫化物固态电解质具有锂离子电导率高、机械加工性能好等优势，被认为具有巨大的商业化前景。此外，在全固态电池中使用锂金属作为负极在理论上具有很高的能量密度，但是在与锂金属负极进行适配时，硫化物固态电解质很容易被还原，造成其晶体结构的破坏，锂离子电导率下降，影响电池性能。另外，在电池的循环工作过程中，界面不断恶化，会引发锂枝晶的生长，锂枝晶穿透固态电解质层到达正极，造成电池的短路失效，引发安全问题。

对此，为了改善硫化物固态电解质与金属锂负极的适配性，研究人员尝试了各种方法。其中，被证明最直接有效的方法就是在两者之间增加保护层，该保护层理想状态下应具备以下特点：1、能够有助于锂金属的均匀沉积/脱出；2、具有良好的化学/电化学稳定性；3、具有良好的成膜性，能够在尽量做薄的同时兼顾机械强度和柔性。然而，能完全满足上述要求的材料很少，这就使得高性能保护层的制备问题一直未能解决。

发明内容

本申请的目的在于提供一种改善固态电解质和负极界面稳定性的保护膜及其制备方法来解决上述问题。

为实现以上目的，本申请的技术方案如下：

本申请提供了一种改善固态电解质和负极界面稳定性的保护膜，所述保护膜位于固态电解质与负极之间；所述保护膜的原材料包括氧化石墨烯、碳导电剂和修饰剂。

优选地，所述氧化石墨烯、所述碳导电剂和所述修饰剂的质量比为(1-5)：(0.1-1)：(0.1-1)。

优选地，所述碳导电剂包括碳纳米管、导电炭黑中的至少一种；

所述修饰剂包括I₂、LiI、NH₄I中的至少一种。

优选地，所述固态电解质包括硫化物固态电解质；

所述负极为锂金属负极或负极集流体。

本申请还提供了上述改善固态电解质和负极界面稳定性的保护膜的制备方法，包括：

将所述保护膜的原材料与溶剂混合，制成前体浆料；

将所述前体浆料涂布在基底上，烘干，再与蒸汽进行还原处理，得到中间膜；

将所述中间膜进行热处理，得到所述保护膜。

优选地，所述溶剂包括H₂O、EtOH、NMP、DMF中的至少一种；

优选地，所述保护膜的原料总质量与所述溶剂的质量之比为(1.2-7)：(93-98.8)；

优选地，所述混合包括：在真空行星式匀浆机中以1200rpm-1800rpm的转速搅拌5min-10min。

优选地，所述基底的材质包括不锈钢、PP、HDPE、FEP、PET、PVDF、PTFE中的任意一种；