[发明专利]一种石榴石型固态电解质的表面处理方法

说明书

本发明属于固态电解质制备的技术领域，具体涉及一种石榴石型固态电解质的表面处理方法，先通过对石榴石电解质粉体材料进行预处理，然后采用喷雾干燥技术在其表面形成厚度为1‑50nm的离子导电聚合物包覆层，本发明方法防止了石榴石固态电解质与空气之间发生不良反应，抑制了表面杂质的生成，同时又保证了不对电解质的离子导电性造成劣化，使得电解质能够在存储及使用过程中保持高度的稳定和电化学性能。

技术领域

本发明属于固态电解质制备的技术领域，具体涉及一种石榴石型固态电解质的表面处理方法。

背景技术

化石能源的日益枯竭、人们对环境保护问题的重视程度也在不断提高，寻找洁净的替代能源问题变得越来越迫切。锂电池以其极高的比能量和优良环境友好性受到人们的重点关注。然而传统锂电池中加入了可燃性的有机电解液，这使得电池存在着燃烧爆炸的风险。近期无论是手机还是电动车，都不断报出电池燃烧爆炸的新闻。因此对高能锂电池的安全问题亟需解决。

对此，以不可燃的固态电解质代替可燃的有机电解液成为了一条解决高能锂电安全问题的有效途径。固态电池中固态电解质是电池系统的核心，它自身离子电导率的高低以及电化学稳定窗口的大小将直接影响电池的充放电性能的好坏。石榴石型固体电解质因其高的室温离子电导率(10^-3～10^-4S/cm)和优异的对锂稳定性，成为备受关注的固体电解质之一。然而在对这种固态电解质进行应用及研究的过程中，人们发现其与空气中的CO₂和H₂O会发生反应，使得电解质表面形成Li₂CO₃杂质。这层Li₂CO₃具有很低的离子电导率(在200℃时仅为～10^-8S/cm)以及低的氧化电位(3.2V)，这严重阻碍了其在固态电池的规模化生产中的应用。

针对石榴石电解质的上述问题，人们通常采用化学或物理的方法去除电解质上的Li₂CO₃杂质层。H.Zheng小组(Adv.Funct.Mater.,2019,1906189)通过在惰性气氛下对Li_6.4La₃Zr_1.4Ta_0.6O₁₂(LLZTO)电解质片进行抛光，去除杂质层，减小了截面阻抗，但是电解质的抛光处理操作困难，不适合规模化大生产。H.Huo小组2019年发表一篇报道(NanoEnergy,2019,61,119-125)，采用1M HCl对Li_6.4La₃Zr_1.4Ta_0.6O₁₂(LLZTO)固态电解质片进行处理，快速去除了电解质片表面的Li₂CO₃。次年，他们再次公布一项工作(Nano Energy,2020,73,104836)，通过将Li_6.4La₃Zr_1.4Ta_0.6O₁₂(LLZTO)石榴石型电解质颗粒在Ar气氛中以600℃高温处理3h，去除Li₂CO₃杂质层，改善了PEO/LLZTO电解质薄膜的电化学性能。但是在除去Li₂CO₃杂质层之后，电解质本体依然会暴露在空气中，在电解质使用或者储存过程中都会与空气中的H₂O和CO₂进行反应，使得杂质层再次生成。