[发明专利]一种利用锌盐稳定固态电解质/金属负极界面的方法

说明书

一种利用锌盐稳定固态电解质/金属负极界面的方法，所述方法包括如下步骤：(1)制备聚合物电解质层；(2)在聚合物电解质的制备过程中加入Zn盐，随溶剂烘干，得到Zn盐修饰的聚合物电解质，其中Zn盐的质量含量控制在0.1‑3％；(3)将步骤(2)制备的Zn盐修饰的聚合物电解质复合到步骤(1)制备的聚合物电解质层表面组成复合电解质层，以复合电解质层作为固态电解质组装固态金属电池，其中使Zn盐修饰的聚合物电解质位于聚合物电解质层与金属电极之间；所述的Zn盐选自三氟甲烷磺酸锌、高氯酸锌、丙森锌、二甲基丙烯酸锌、三氟甲磺酰亚胺化锌、硬脂酸锌中的一种或多种。本发明所述方法能使固态金属电池表现出高容量、超长的循环寿命和循环稳定性。

(一)技术领域

本发明属于固态电池领域，涉及一种利用锌盐稳定固态电解质/金属负极界面的方法。

(二)背景技术

固态金属电池是指由固态电解质和金属负极组成的二次电池体系，除去固态电解质特别是聚合物电解质本身离子电导率、机械性能的优化和提升，金属负极和聚合物电解质的界面对于提升固态金属电池的循环寿命也至关重要。但聚合物电解质/金属负极界面仍存在诸多问题：第一，金属和聚合物电解质的界面接触，聚合物电解质较难润湿金属负极表面，使金属和聚合物电解质之间的实际接触面积有限，因固-固接触能力远小于固-液接触能力，造成较大的界面阻抗；第二，聚合物电解质与电极材料间的界面应力，金属在充放电过程中会发生体积变化，因而界面上会产生应力，导致固-固界面接触恶化，电池内阻增大；第三，聚合物电解质对金属的界面稳定性，聚合物电解质与金属之间的化学/电化学势差极易导致界面元素的扩散，界面上会形成一层覆盖于金属负极表面的钝化膜。钝化膜的厚度随着时间延长不断增加，界面阻抗增大，导致电池容量衰减，循环性能下降，且造成金属沉积-溶出过程中电流分布不均匀，影响性能。因而导致电池的安全性和能量密度受限，限制了固态锂电池的大规模应用。金属负极表面修饰、聚合物电解质优化等多手段都可用来稳定聚合物电解质/金属负极的界面。

(三)发明内容

本发明的目的是提供一种利用锌盐稳定固态电解质/金属负极界面的方法，通过物理抑制和化学改变组分的方法使界面表现出良好的相容性，最终使固态金属电池表现出高容量、超长的循环寿命和循环稳定性。

下面具体说明本发明的技术方案。

本发明提供了一种利用锌盐稳定固态电解质/金属负极界面的方法，所述方法包括如下步骤：

(1)制备聚合物电解质层；

(2)在聚合物电解质的制备过程中加入Zn盐，随溶剂烘干，得到Zn盐修饰的聚合物电解质，其中Zn盐的质量含量控制在0.1-3％；

(3)将步骤(2)制备的Zn盐修饰的聚合物电解质复合到步骤(1)制备的聚合物电解质层表面组成复合电解质层，以复合电解质层作为固态电解质组装固态金属电池，其中使Zn盐修饰的聚合物电解质位于聚合物电解质层与金属电极之间；

所述的Zn盐选自三氟甲烷磺酸锌、高氯酸锌、丙森锌、二甲基丙烯酸锌、三氟甲磺酰亚胺化锌、硬脂酸锌中的一种或多种。

作为优选，所述聚合物电解质层的厚度为70-100微米。

作为优选，所述Zn盐修饰的聚合物电解质形成的膜层厚度小于20微米，更优选为10-15微米。