[发明专利]一种全固态锂电池及其制备方法

说明书

本公开涉及一种全固态锂电池及其制备方法，该全固态锂电池包括正极片、负极片和固态电解质层，所述正极片包括正极活性物质，所述正极活性物质包括正极材料颗粒和包覆在所述正极材料颗粒表面的氟化修饰层，所述氟化修饰层的F/O原子比为0.05‑500。本公开提出的采用气态的氟源与正极材料在密闭容器中接触进行反应制备正极材料表面包覆有氟化修饰层的正极活性物质的方法，可以对正极材料的表面进行均匀地氟化修饰，得到表面氟含量和氟化修饰层厚度可控的正极材料，将该正极材料用于全固态锂电池时可以避免正极材料与固态电解质尤其是硫系固态电解质之间发生界面反应或元素扩散，降低界面阻抗。

技术领域

本公开涉及固态锂电池领域，具体地，涉及一种全固态锂电池及其制备方法。

背景技术

全固态锂电池由于正极材料与固态电解质之间会发生严重的界面效应以及在界面出现的元素扩散问题，导致正极与固态电解质之间的界面阻抗大大增加，从而大大影响了电池的性能，现有技术中通常采用对正极材料进行表面包覆的方法来解决上述技术问题，其中包覆物通常为氧化物、含锂的过渡金属氧化物或氟化物等。正极材料通常选用LiNbO₃、LiTaO₃、Li₄Ti₅O₁₂、Al₂O₃、BaF₂或CaF₂等，其中以对LiNbO₃进行表面包覆的正极材料应用最为广泛；包覆的方法一般采用液相法或者高温固相法进行包覆；一方面，上述方法很难对正极材料表面进行均匀包覆，如果包覆太薄，部分裸露的材料表面仍会与固态电解质材料发生界面反应及元素扩散，如果包覆太厚，包覆物将会导致正极与固态电解质之间的界面阻抗增加，同时正极材料的能量密度也会降低；另一方面，在正极材料表面形成包覆层后，虽然能够在一定程度上改善界面效果，但同时也对电池的能量密度造成了一定程度的降低。

发明内容

本公开的目的是提供一种全固态锂电池及其制备方法，该全固态锂电池及制备方法可以解决现有技术中正极与固态电解质尤其是硫系固态电解质之间的界面阻抗大以及正极材料密度低的问题。

为了实现上述目的，本公开提供一种全固态锂电池，包括正极片、负极片和固态电解质层，所述正极片包括正极活性物质，所述正极活性物质包括正极材料颗粒和包覆在所述正极材料颗粒表面的氟化修饰层，所述氟化修饰层的F/O原子比为0.05-500。

本公开还提供一种制备全固态锂电池的方法，所述全固态锂电池包括正极片、负极片和固态电解质层，该方法包括如下步骤：

(1)使正极材料在密闭容器中与气态氟源接触进行反应，得到在正极材料表面包覆有氟化修饰层的正极活性物质；

(2)使含有固态电解质的固态电解质层和负极片依次压制于含有所述正极活性物质的正极片上，得到所述全固态锂电池。

本公开还提供上述的方法制备得到的全固态锂电池。

本公开的发明人经过无数次实验，在无意中发现，通过采用气态氟源与正极材料在密闭容器中接触，对正极材料进行氟化处理，能够在正极材料颗粒的表面形成一层厚度均匀的氟化修饰层，经过该氟化处理后的正极材料，不仅能维持正极材料高能量密度，同时能够避免正极材料与固态电解质尤其是硫系固态电解质之间发生界面副反应，阻止界面间的元素扩散，大大降低正极材料与固态电解质尤其是硫系固态电解质之间的界面阻抗。而本公开提出的采用气态的氟源与正极材料在密闭容器中接触进行反应制备正极材料表面包覆有氟化修饰层的正极活性物质的方法，可以对正极材料的表面进行均匀地氟化修饰，得到表面氟含量和氟化修饰层厚度可控的正极材料，将该正极材料用于全固态锂电池时可以避免正极材料与固态电解质尤其是硫系固态电解质之间发生界面反应或元素扩散，降低界面阻抗。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式