[发明专利]一种固态锂电池及其制备方法

说明书

本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种固态锂电池及其制备方法。本发明的固态锂电池，包括正极、负极和固态电解质，所述固态电解质为MOFs基复合固态电解质；所述正极由改性正极材料制成，所述改性正极材料包括正极材料和包覆在所述正极材料表面的碳‑金属氧化物复合材料；所述碳‑金属氧化物复合材料由MOFs衍生得到。本发明将无定形结构的碳和金属氧化物均匀的协同包覆在正极表面，与MOFs基复合固态电解质组成固态锂电池，有效降低了界面电阻，促进了锂离子的传输，提升循环稳定性及倍率性能。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种固态锂电池及其制备方法。

背景技术

动力电池作为纯电动汽车的唯一能量来源，其性能直接影响整车性能。锂离子电池以其高比能量、长循环寿命、无记忆效应、安全可靠以及能快速充放电等优点而成为新型电源技术研究的热点。

传统液态锂电池存在热稳定性差、易燃、易漏液等安全问题。采用固态电解质代替液态电解质是解决上述问题的有效方法。

相对于液态锂电池受到整体结构、电化学窗口等的影响，固态锂电池更容易拥有高能量密度，然而传统的有机固体电解质由于电化学窗口有限以及室温电导率低等缺点不能满足实用。同时，传统的无机陶瓷类电解质具有界面阻抗大、与电极材料匹配性差等缺点。而且固体电解质与固态电极的界面的锂离子传输动力差，因此固态锂电池仍需要进一步改进，以提高电学性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种固态锂电池及其制备方法，通过改进正极材料，并配合固态电解质，提高固态锂电池的界面稳定性，循环稳定性及倍率性能。

本发明提供了一种固态锂电池，包括正极、负极和固态电解质，

所述固态电解质为MOFs基复合固态电解质；

所述正极由改性正极材料制成，所述改性正极材料包括正极材料和包覆在所述正极材料表面的碳-金属氧化物复合材料；

所述碳-金属氧化物复合材料由MOFs衍生得到。

优选地，所述正极的材料为富锂锰基材料，如式(I)所示；

xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂，

其中，M为Mn、Ni和Co中的至少一种，0＜x＜1。

优选地，所述MOFs基复合固态电解质为异丙醇锂@Mg₂(dobdc)、Li-IL@MOF、MIT-20-LiCl、MIT-20-LiBr、UIO/Li-IL、P@CMOF复合固态电解质、Li-IL@MOF-LZZO、或者MOF-LZZO。

优选地，所述碳-金属氧化物复合材料中的金属氧化物与正极材料的质量比为1:20～2000。

优选地，所述金属氧化物中的金属为还原电势小于-0.27V的金属。

优选地，所述负极为锂电极。

本发明公开了一种固态锂电池的制备方法，包括以下步骤：

将正极材料与MOFs混合均匀，得到混合物；

将所述混合物在氮气或者惰性气体保护下进行烧结，得到改性正极材料；所述改性正极材料包括正极材料和包覆在所述正极材料表面的碳-金属氧化物复合材料；

将所述改性正极材料形成的正极、与负极和MOFs基复合固态电解质组装，得到固态锂电池。

优选地，所述烧结的温度为300～800℃，所述烧结的时间为4～10小时。

优选地，所述混合物在氮气或惰性气体保护下放置0.5～3小时后再进行烧结。