[发明专利]一种含电子传导界面层的柔性固态电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含电子传导界面层的柔性固态电池及其制备方法。所述柔性固体电池包括正极层、柔性聚合物电解质层和金属锂负极层，其还包括电子传导界面层，所述电子传导界面层位于金属锂负极层和柔性聚合物电解质层之间，所述的电子传导界面层的材质为金、银、锌、镁、铝、铂、硅、锡、硒中至少一种，所述电子传导界面层的厚度为1‑15nm。本发明解决了固态聚合物电解质和金属锂负极的界面不稳定性，有效阻止了电池短路，增加了电池循环寿命。

(一)技术领域

本发明属于固态锂电池技术领域，涉及一种柔性固态电池及其制备方法。

(二)背景技术

固态电解质由于其固体本质，可代替传统易燃、易爆的有机电解液构筑安全的锂电池。而且，固态电解质有极大的潜力可以匹配金属锂负极形成全固态锂金属电池，其中金属锂负极具有极高的能量密度3861mAh g^-1和最低的还原电位(-3.04V)。这样一种下一代全固态锂金属电池既具有高能量密度又安全，有极大的应用前景。然而，金属锂负极与聚合物电解质界面的设计仍是阻碍全固态电池实际发展的关键问题。由于锂金属的高还原性，大多数的聚合物电解质会和金属锂反应经历化学键的断键，特别是含有碳酸酯或酯基的聚合物。比如聚合物聚氧化乙烯与双三氟甲烷磺酰亚胺锂接触锂负极，锂会立即被聚合物电解质中的活性氧基团氧化成氧化锂，造成锂离子和双三氟甲烷磺酰亚胺根阴离子在界面上的聚集，使离子传输的动力学减慢，而聚氧化乙烯会分解成乙烯和氢气。除此之外，电化学过程中锂表面会形成空位，由于锂原子填充空位的自扩散速度慢，锂表面的空位增多，会使得锂和电解质的界面接触差。两方面使得半电池和全电池的循环寿命下降。因此，如何降低锂和聚合物电解质的持续副反应，减少锂表面空位产生是柔性固态电池应用的极大挑战。

(三)发明内容

本发明的发明目的是提供一种高安全、高能量密度的柔性固态电池及其制备方法，以解决固态聚合物电解质和金属锂负极的界面不稳定性，有效阻止电池短路，增加电池循环寿命。

下面具体说明本发明的技术方案。

第一方面，本发明提供了一种柔性固体电池，其包括正极层、柔性聚合物电解质层和金属锂负极层，其还包括电子传导界面层，所述电子传导界面层位于金属锂负极层和柔性聚合物电解质层之间，所述的电子传导界面层的材质为金、银、锌、镁、铝、铂、硅、锡、硒中至少一种，所述电子传导界面层的厚度为1-15nm。

本发明中，电子传导界面层的加入，使界面上的电荷分布更均匀，局部电荷减小，促进锂的均匀沉积；且电子传导界面层的存在，可阻止聚合物电解质和金属锂持续的界面反应，阻止聚合物的还原分解，减少锂表面空位的产生。

作为优选，所述电子传导界面层的材质为金属铂或金，最优选为金属铂。

作为优选，所述电子传导界面层的厚度为2-11nm，最优选5nm。

本发明所述的正极层和柔性聚合物电解质层均可采用本领域的常规设计，并通过常规方法进行制备。

作为优选，所述的正极层通过如下方法制备：将由活性物质、导电剂和聚合物电解质组成的复合正极由刮刀涂敷在铝箔或涂炭铝箔上，干燥得到正极层，所述的活性物质为磷酸铁锂、钴酸锂或三元镍钴锰。

作为进一步的优选，所述聚合物电解质选自聚氧化乙烯-双三氟甲基磺酰亚胺锂(PEO-LiTFSI)，聚氧化乙烯-高氯酸锂(PEO-LiClO₄),聚氧化乙烯-双氟磺酰亚胺锂(PEO-LiFSI),聚氧化乙烯-双草酸硼酸锂(PEO-LiBOB),聚氧化乙烯-二氟草酸硼酸锂(PEO-LiDFOB),聚丙烯腈-双三氟甲基磺酰亚胺锂(PAN-LiTFSI),聚丙烯腈-双氟磺酰亚胺锂(PAN-LiFSI),聚丙烯腈-高氯酸锂(PAN-LiClO₄),聚丙烯腈-双草酸硼酸锂(PAN-LiBOB),聚丙烯腈-二氟草酸硼酸锂(PAN-LiDFOB)中任一种。