[发明专利]一种以锂离子固体电解质片为隔膜钮扣锂电池及制备方法

说明书

本发明的一种以锂离子固体电解质片为隔膜钮扣锂电池及制备方法，电池包括锂离子固体电解质片、正极片、正极壳、锂片、负极壳、电解液LiPF₆、滤纸片、不锈钢片和弹片。制法为：按化学计量对原料进行称量，取原料Li₂CO₃、SrCO₃、ZrO₂和Nb₂O₅混合球磨后，将湿料烘干后研磨至磨细，将细干料放入氧化铝坩埚中，并放于箱式电阻炉中，升温至1100℃并保温10小时煅烧，使碳酸盐充分分解后冷却；研磨压片得到锂离子固体电解质片隔膜样品后，进行固相合成反应后冷却，生成锂离子固体电解质片，制备正极片后进行电池装备，封装制成成品。该锂离子电解质片离子电导率高，电子电导率低，致密度高，锂枝晶不易刺穿，制得锂电池循环性能好。

技术领域

本发明涉及固体电解质和电化学领域，适用于以锂离子固体电解质片为隔膜的钮扣电池，具体地涉及一种以锂离子固体电解质片为隔膜钮扣锂电池及制备方法。

背景技术

锂电池是目前广泛应用的储能器件，其具有高比容量、长循环寿命、无记忆效应的特性，又具有安全、可靠且能快速充放电等优点，得到了广大的研究人员的关注，是新能源领域研究的热点。锂电池通常是由以下部件组成：正极材料，负极材料，电解质，隔膜以及电池外壳等组成。锂电池的隔膜主要的作用是隔绝正负极使得电子不能够通过以防止短路，另外可以通过锂离子进行充放电过程。目前隔膜主要是聚乙烯和聚丙烯为主，在以金属锂为负极充电过程中，锂枝晶会刺穿隔膜造成电池短路，会引发燃烧和爆炸的危险。所以开发一种可以降低锂枝晶生长的负极或者限制锂枝晶刺穿的隔膜成为了发展锂电池的关键。

锂离子固体电解质最初是用来制备全固态电池使用的，它属于一种功能陶瓷。但是目前来说，锂离子固体电解质存在着锂离子电导率低和固固界面阻抗大的瓶颈。因此，若要做成全固态锂离子电池仍然要有很长的路要走。然而锂离子固体电解质具有较强的硬度和一定的机械性能，可以防止锂枝晶的刺穿，因此能够提高锂电池的安全性能。锂离子电池的固体电解质主要包括LISICON/Thio-LISICON、NASICON、石榴石型固体电解质、钙钛矿型/反钙钛矿型固体电解质。其中石榴石型和钙钛矿型固体电解质受到了学者的广泛关注。这两类固体电解质锂离子电导率均能达到～10^-4S·cm^-1，接近于液体电解质的电导率。而且固体电解质的电子电导率极低，一般是离子电导率的万分之一。

Bing Huang与Chang-An Wang发表的Li-Ion Conduction and Stability ofPerovskite L_i3/8Sr_7/16Hf_1/4Ta_3/4O₃，利用高温固相法合成了具有钙钛矿型结构的锂离子固体电解质，25摄氏度时固体电解质的锂离子电导率为3.8×10^-4S cm^-1。通过对电解质制备正极进行循环伏安测试，结果显示该固体电解质对金属锂不稳定，在1.4V时锂离子可以嵌入到电解质中。

发明内容

本发明的目的针对现有技术的问题，提供一种以锂离子固体电解质片为隔膜钮扣锂电池及制备方法，该锂电池以锂离子固体电解质片为固体隔膜，LiFePO₄作为正极，金属锂作为负极，两端添加LiPF₆来降低界面阻抗，然后在手套箱中装备纽扣电池。该电池以0.2C的速度进行首次充放电，其容量为101.0mAh g^-1。在进行50次充放电后，其容量仍能保持95％以上的容量。以上都说明了，以锂离子固体电解质片为隔膜的纽扣电池性能优良，可以应用到锂电池中。