[发明专利]一种固态电解质及其制作方法与全固态锂电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种固态电解质及含有此固态电解质的全固态锂电池，具体涉及一种具有良好的界面接触和稳定性的固态电解质及含有此固态电解质的全固态锂二次电池。

背景技术

目前中小型汽车的主要动力来源是靠燃烧汽油，然而随着石油资源的枯竭和环境的日益恶化，人们迫切需要找到一种绿色能源进行替代。在目前较多的能源替代品种，锂离子电池以较高的能量密度、良好的循环性能、无记忆效应等特点逐步进入人们的视线，并成为近几年来研究者们关注的焦点。

然而现在市售的锂二次电池由于使用易燃易爆的有机碳酸酯类电解液作为有机电解质溶液，这导致电解质泄漏和由此引发的电池爆炸、火灾时有发生。要提高锂电池的安全性，最有效的方法就是不使用易燃易爆的有机碳酸酯类电解液，采用不燃的全固态电解质，既实现了电池安全装置的简化，又使得制造成本大幅降低。

氧化物固态电解质具有良好的离子导电性。例如：非专利文献（Ramaswamy Murugan et al等，“Fast lithium ion conduction in garnet-TypeLi₇La₃Zr₂O₁₂”，Angew.Chem.Int.Ed.，2007,46,7778-7781）公开了一种石榴石型氧化物固态电解质，其中Li₇La₃Zr₂O₁₂的锂离子导电率较高，可以提高电池的输出功率。然而，由于石榴石型氧化物固态电解质粒子较硬，因而粒子与粒子之间只能发生点接触，存在晶粒之间电阻较大的问题。此外，对全固态电池而言，其中固态电解质与电极之间的界面接触状态极大影响电池的性能。如固态电解质与电极间的接触状态较差，不仅增大了固态电解质与电极之间的接触电阻最终导致电池内阻增大，而且锂离子无法以理想的状态在固态电解质与电极之间穿梭迁移，降低电池的容量,因此，具有较低的耐久性和较高的界面电阻。

日本专利文献（JP-A-2008-270137）公开了一种通过对无机固态电解质材料和活性层材料混合物进行加压模塑制备复合电极材料层。此外，该日本专利文献公开了一种不低于玻璃化转变温度的条件下对加压模塑复合材料进行退火处理。这种方法工艺条件复杂，设备费用高昂，不利于成本的降低和工业化应用。

在非专利文献（Taro Inada等，“All solid-state sheet battery using lithium inorganic solid electrolyte,thio-LISICON Journal of Power Sources，194（2009）1085–1088一文中，公开使用Li_3.25Ge_0.25P_0.75S₄固体电解质表面包覆硅酮（Silicone)，可使硅酮填充到固体电解质的孔隙中去，在加热加压形成层状物，从而增加电解质与正负极的接触致密性，降低界面电阻。这种方法制备的电池的循环性能不佳，同时需要对电池进行高压、高温退火处理，工艺条件复杂，难以控制。

因此，有必要提供一种可以有效降低固固界面阻抗和晶粒间电阻、制造简便、性能可靠的新型结构的全固态锂电池，已成为该领域科研人员急需开发的课题之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种界面进过修饰和改性的固态电解质及其制备方法与全固态锂离子电池。

解决本发明的技术问题所采取的一技术方案是：提供一种固态电解质，其包括一基体，所述基体为石榴石型快离子导体Li₇M₃Zr₂O₁₂或者Li₅Ta₃M₂O₁₂，其中M为La，Al，Sr，Sc，Cr，Ba，Fe，Mo，Y中的一种或几种，在所述基体表面包覆有可发生塑性形变的表面修饰层，所述表面修饰层为非晶态硅酸锂、硫酸锂、或者钨酸锂中的一种。

解决本发明的技术问题所采取的另一技术方案是：提供一种固态电解质的制备方法，该制作方法包括如下步骤：