[发明专利]一种固态锂电池电极/固体电解质界面用修饰层及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种固态锂电池电极/固体电解质界面用修饰层及其制备方法和应用，所述修饰层的组分包括：烯基功能化离子液体单体聚合形成的聚合物、锂盐、光引发剂；所述烯基功能化离子液体单体聚合形成的聚合物、锂盐和光引发剂的质量比为（10～20）:（5～10）:（0.2～2）。

技术领域

本发明涉及一种固态锂电池电极/固体电解质界面用修饰层及其制备方法和应用，属于固态锂电池领域。

背景技术

如今，锂离子电池在便携式电子产品中已经得到了广泛的应用，在智能电网以及电动汽车等领域也具有较为广阔的应用前景。然而，目前商业化的锂离子电池采用的电解质多为有机电解液，普遍存在易燃、易渗漏以及热稳定性差等缺点，在一定程度上限制了锂离子电池的发展和应用，而基于无机固体电解质的全固态锂电池具有良好的安全性。此外，与普通的液态电解液相比，无机固体电解质通常具有更高的电化学窗口(5V以上)，能够匹配高电压正极材料，从而使全电池拥有更高的能量密度。

在全固态锂电池中，界面性质是决定电池性能的关键因素。由于全固态锂电池中固体电解质取代液体电解质，导致电极与电解质之间的界面接触由固-液面接触转变为固-固点接触。由于固相无润湿性，因此固-固界面将形成更高的接触阻抗。此外，在循环的过程中，界面层的形成也会对界面电阻和全固态锂电池的电化学性能造成明显的影响。

在无机固体电解质中，氧化物陶瓷电解质一般具有较好的化学稳定性和较高的室温离子电导率。比如，石榴石型的固体电解质的室温锂离子导电率一般也可以达到3×10^-4S/cm，而且通常与金属锂有较好的电化学稳定性。钙钛矿型的固体电解质能够拥有三维的导电通道，在室温下的锂离子电导率一般可以高达1.4×10^-3S/cm；NASICON型的固体电解质的室温锂离子导电率一般可以高达7×10^-4S/cm，但是NASICON型的固体电解质如Li_1.5Al_0.5Ge_1.5(PO₄)₃和Li_1.5Al_0.5Ti_1.5(PO₄)₃由于Ge⁴⁺和Ti⁴⁺的存在，与金属锂的电化学稳定性差，充放电循环后电池性能会明显衰减。此外，采用合适的元素掺杂均能提高这几种固体电解质的锂离子导电率。由于无机氧化物固体电解质与正极材料(包括氧化物正极材料和硫正极材料)具有较好的兼容性，不存在空间电荷层的形成和元素互扩散的问题，所以在正极侧需要解决的是电极片本身的离子导电性不足以及与固体电解质之间界面阻抗大的问题，在负极侧需要考虑界面阻抗以及金属锂和电解质的之间的电化学稳定性。

对此，目前研究人员已经提出了一些方案。例如，采用ALD或者CVD等方法在Garnet型氧化物陶瓷电解质表面镀Si(Luo W,Gong Y,Zhu Y,et al.Journal of the AmericanChemical Society,2016,138(37):12258-12262.)、ZnO(Wang C,Gong Y,Liu B,etal.Nano letters,2016,17(1):565-571.)或者Al₂O₃(Han X,Gong Y,Fu K K,et al.Naturematerials,2017,16(5):572.)，以降低其与金属锂的界面阻抗，但是这些方法对正极侧界面并没有改善作用，而且成本较高。Li等人在钠金属固态电池中采用离子液体与正极材料和导电碳共混后涂覆于β-Al₂O₃电解质表面(Liu L,Qi X,Ma Q,et al.ACS appliedmaterialsinterfaces,2016,8(48):32631-32636.)，同时改善了正极片中离子、电子导电性差以及与电解质接触时界面阻抗大的问题，但是其需要使用大量的离子液体，所以成本较高。

发明内容