[发明专利]一种LATP基全固态锂电池用增强型聚合物界面层的制备方法

说明书

一种LATP基全固态锂电池用增强型聚合物界面层的制备方法；属于固态锂电池领域。本发明解决了LATP电解质和锂电极不兼容的问题。本发明方法如下：一、将聚合物和锂盐加入乙腈中，完全溶解，然后加入锂离子固态电解质粉末，惰性气氛下搅拌至完全溶解，得到聚合物凝胶溶液；二、LATP固态电解质抛光后，将聚合物凝胶溶液滴在LATP固态电解质的一侧，真空干燥后；三、再将聚合物凝胶溶液滴在LATP固态电解质的另一侧，真空干燥；即完成。本发明在具有高能量密度的全固态锂电池中的广阔应用前景。

技术领域

本发明属于固态锂电池领域；具体涉及一种LATP基全固态锂电池用增强型聚合物界面层的制备方法。

背景技术

全固态锂电池与传统的液态锂电池相比具有固有的显著优势，比如更高的安全性和更宽的工作温度范围。固态电解质通常被认为能够抑制Li枝晶，从而使锂金属负极的使用成为可能。此外，固态电解质的宽电化学窗口允许高压正极的使用，当与Li负极组合使用时，可以实现高的能量密度，因为Li具有高的理论容量(3860mAh g^-1)和低的氧化还原电势(-3.04V vs.SHE)。

在各种固态电解质中，石榴石，硫化物和NASICON型等无机陶瓷电解质备受关注。硫化物电解质具有较高的离子电导率(高达10^-2S cm^-1)，但是对氧气和水分的极端敏感性使其难以合成。此外，石榴石型Li₇La₃Zr₂O₁₂(LLZO)电解质因其较高的对锂电化学稳定性和较高的离子电导率而备受关注，但仍遭受高温烧结(>1200℃)以及对H₂O和CO₂敏感的缺点。相反，NASICON结构的Li_1.3Al_0.3Ti_1.7(PO₄)₃(LATP)由于具有高离子电导率(室温下接近1mScm^-1)、低密度(～2.9g/cm³)和在水和空气中具有优异的稳定性(由于LATP结构中牢固的P-O键)，使其具备应用于全固态锂电池的条件。但是，当与Li直接接触时，LATP中的Ti⁴⁺会立即被还原为Ti³⁺，生成混合离子/电子导电中间相(MCI)，由于MCI可以提供离子和朝向界面两侧的电子通路，很容易引起锂枝晶。为了解决这些问题，迫切需要引入具有低电子电导率和高锂离子电导率的界面层，在减小界面阻抗的同时避免LATP与Li之间的副反应。固态聚合物电解质，例如基于聚环氧乙烷(PEO)的电解质，具有可有效减轻Li沉积/剥离过程中体积变化、在界面处提供均匀的Li⁺流动、良好的成膜能力等优点，使聚合物电解质成为LATP基全固态锂电池中界面层的选择之一。但是，PEO基聚合物电解质较差的机械强度、较低的锂离子迁移数(t_Li+约为0.2-0.5)和较低的离子电导率(室温下<10^-5S cm^-1)使其不适合实际应用。据报道，PEO基聚合物电解质不能有效抑制锂枝晶，特别是在高温(80-100℃)下。

发明内容

本发明要解决现有固态锂电池中LATP固态电解质和锂电极不兼容的技术问题，而提出了一种LATP基全固态锂电池用增强型聚合物界面层的制备方法。

本发明实现了界面层的柔韧性和机械强度之间的平衡，同时实现较低的界面电阻和锂枝晶的有效抑制。本发明聚合物界面层中Li⁺不仅可以在聚合物链段之间跳动，而且可以沿着锂离子导电颗粒与聚合物链之间的界面移动，大大提高聚合物电解质的离子电导率。

为解决上述技术问题，本发明中LATP基全固态锂电池用增强型聚合物界面层的制备方法是通过下述步骤完成的：

步骤一、将聚合物和锂盐加入乙腈中，磁力搅拌至完全溶解，然后加入锂离子固态电解质粉末，在惰性气体保护下搅拌至完全溶解，得到聚合物凝胶溶液；