[发明专利]一种应用于固态电池的Li-Al负极材料的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种固态电池Li‑Al合金负极材料及其制备方法和在全固态电池中的应用，属于固态电池领域。Li‑Al合金成本低廉，制备方法简单，并且能够提高界面润湿性，降低界面阻抗，有效减少负极与电解质界面副产物的生成和锂枝晶的生长。所组装的固态电池具有循环性能好、循环效率高等优点。

技术领域

本发明涉及固态电池领域，具体涉及一种Li-Al负极材料的制备方法及其在全固态锂硫电池中的应用。

背景技术

硫化物全固态电池具有易加工、界面阻抗低，且其电解质与液态电解质离子电导率相近，安全性能高等优点，引起了国内外研究人员的广泛关注，是固态电池实现商业化应用极具希望的技术路线之一。

锂的使用是保证锂硫电池高能量密度的重要前提。原因是金属锂自身具有最负的电极电势，较低的密度和极高的理论比容量，并且使用金属锂作为负极无需添加导电剂、粘结剂与导电集流体等附加增重物质。因此金属锂相比硅碳负极与石墨负极等传统负极，可以达到更高的真实比容量，直接提高了电池的实际能量密度。但金属Li在循环过程中，锂的沉积和脱去过程并不是均匀的，这将导致锂枝晶的产生，锂枝晶的生长有可能刺穿隔膜导致电池短路等安全问题。同时，金属Li也容易和空气中的氧气和水分发生反应。

将Li金属合金化是改善上述缺陷的有效办法。锂合金负极可以提高界面润湿性，抑制界面副反应的发生，增强固态电解质界面的化学机械稳定性，避免锂枝晶生长造成的短路。同时相比于液态锂离子电池，合金负极在全固态电池中可以表现出更高的能量密度和更高的稳定性。

基于上述理由，提出本申请。

发明内容

基于上述理由，针对现有技术中存在的问题或缺陷，本发明的目的在于提供一种应用于固态电池的Li-Al负极材料的制备方法及其应用，解决或至少部分解决现有技术中存在的上述技术缺陷：该锂铝合金负极理论比容量高，电极工作电位低，可以实现高能量密度的全固态电池。

为了实现本发明的上述第一个目的，本发明采用的技术方案如下：

一种固态电池用Li-Al合金负极材料，所述负极材料是由锂箔和铝粒通过熔融法制备而成。

上述所述固态电池用Li-Al合金负极材料的制备方法，具体包括如下步骤：

步骤一：在惰性气氛下的手套箱中，预处理锂箔，去除表面的钝化层；使锂片表面光滑、平整、无杂质；

步骤二：在惰性气氛下的手套箱中，称取一定比例的锂箔和铝粒，加热熔融，并搅拌均匀，降温冷却，得到Li-Al合金。

优选地，上述技术方案，所述步骤一、二中的惰性气氛为O₂浓度小于0.01ppm、H₂O浓度小于0.01ppm的氩气环境。

优选地，上述技术方案，所述步骤二中，锂箔和铝粒的质量比为7：3～9：1。

优选地，上述技术方案，所述步骤二中，熔融温度为400℃～500℃。

优选地，上述技术方案，所述步骤二中，需等待锂箔完全熔融为液态，再将铝粒浸入熔融锂箔中，并通过药匙不断搅拌以确保Li-Al合金分布均匀。

本发明的目的之二是提供一种Li-Al合金负极所组装的固态电池。

一种全固态锂电池，包括正极层、负极层和电解质层；其中：

所述正极层由纳米复合正极材料制成，所述纳米复合正极材料包括活性物质、固体电解质和导电剂；所述负极层由上述Li-Al合金制成。

优选地，上述技术方案，所述纳米复合正极材料中的活性物质可以为S或硫的复合物，例如硫-石墨烯复合物。