[发明专利]一种全固态电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种全固态电池及其制备方法。本发明的全固态电池包括：正极极片、固态电解质层和负极极片。其中，正极极片包括正极材料层和量子碳基膜/金属复合界面层，正极材料层的活性材料为银掺杂的石墨烯材料，固态电解质层包括固态电解质，固态电解质为钙钛矿型(ABO₃)氧化物固态电解质，负极极片包括负极材料层和量子碳基膜/金属复合界面层，负极材料层的活性材料为锰酸锂材料。本发明通过引入量子碳基膜/金属复合界面层有效解决了锂枝晶生长、低库仑效应与界面副反应这三大固态电池量产所面临的核心问题。

技术领域

本发明涉及一种钙钛矿型型固体电解质电池及其制备方法，属固态电池技术领域。

背景技术

全固态锂离子电池是针对液体电解质锂离子电池安全性能差的问题提出来的锂离子电池体系之一，它通过使用热稳定性更高的固体电解质材料来取代隔膜和有机电解质溶液，从根本上改善锂离子电池的安全问题。固体电解质又称超离子导体，是一类在固态时即呈现离子导电性的新兴电解质材料，不仅可以克服电池内部短路及漏液的缺点，还能彻底解决因可燃性有机电解液造成的电池安全问题，实现安全装置的简化，使制造成本和生产优异，此外还具有在电池内串联层积而实现高电压化的特征。另外，在这种固体电解质中，锂离子以外并不移动，因而可以期待不发生因阴离子的移动引起的副反应等安全性和耐久的提高。

无机固态锂离子电解质主要有钙钛矿型、NASICON型、LISICON型、石榴石型、Li3N型等。这些电解质中钙钛矿型电解质(LLTO)因具有水热性能好、机械强度高、电导率较高、原料价格低廉等优点而有望用于未来的全固态锂离子电池，受到研究者的广泛关注。

然而无机固体电解质存在着一个重要问题即锂枝晶生长问题，最早认为无机固体电解质强度高，锂枝晶无法将其刺穿，故不存在锂枝晶问题，但研究显示，通过LLZO电解质离子通道的锂离子抵达负极时的位置不均匀，固态电解质与负极界面之间也存在间隙，因此容易造成锂离子的不规则沉积，从而形成锂枝晶，而锂枝晶一旦出现，则意味着电池内部的锂离子出现了不可逆的减少，同时锂枝晶会不断吸附游离的锂离子实现生长，最终可能会刺破隔膜，导致电池正负极直接产生接触引发短路。

本发明的目的就是解决现有技术中存在的问题，通过在正极/电解质界面，负极/电解质界面添加银或锡纳米层，最终制备出高品质的钙钛矿型固体电解质电池，该电池展示出优异的电化学性能，同时还能够防止锂枝晶的出现。

发明内容

为了弥补上述现有技术的不足，本发明提出一种全固态电池及其制备方法，通过引入量子碳基膜/金属复合界面层有效解决了锂枝晶生长、低库仑效应与界面副反应这三大固态电池量产所面临的核心问题。

本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：

一种全固态电池，包括：正极极片、固态电解质层和负极极片，其特征在于，所述正极极片包括正极材料层和与其二面对称包夹的正极界面层，所述正极材料层的活性材料为银掺杂的石墨烯材料，所述正极界面层为量子碳基膜/金属复合界面层，所述固态电解质层材料为钙钛矿型(ABO₃)氧化物固态电解质，所述负极极片包括负极材料层和与其二面对称包夹的负极界面层，所述负极材料层的活性材料为锰酸锂材料，所述负极界面层为量子碳基膜/金属复合界面层。

所述的全固态电池，其特征在于，所述正极材料层的银掺杂的石墨烯材料，其制备方法为：首先将石墨烯粉体颗粒、硝酸银、硼氢化钠按照质量比溶解于水中，混合均匀后在烘干得到。

所述的全固态电池，其特征在于，所述正极材料层的银掺杂的石墨烯材料，其制备方法为：首先将石墨烯粉体颗粒、硝酸银、硼氢化钠按照质量比溶解于水中，将混合物超声处理两小时，然后倒入坩埚中，在氩气保护下，逐渐将温度从室温升到500℃，恒温1-3h，获得银掺杂的石墨烯正极活性材料层。

所述的全固态电池，其特征在于，所述石墨烯粉体颗粒、硝酸银、硼氢化钠的质量比为10:(1～2):(1～3)。