[发明专利]一种固态锂电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种固态锂电池及其制备方法，该固态锂电池包括正极片、负极片和固态电解质，所述固态电解质设置于所述正极片和所述负极片之间，在所述负极片内部、所述负极片和所述固态电解质之间、所述固态电解质内部、所述固态电解质和所述正极片之间，以及所述正极片内部中的至少一处还设置有聚合物凝胶电解质。该固体电池中的聚合物凝胶电解质可抑制固态电解质与正负极之间的界面反应，也可提高固态电解质的机械韧性和降低陶瓷颗粒之间的界面内阻。该电池设计可以有效降低固态锂电池的内阻，提高电池的安全性和电化学性能。

技术领域

本发明涉及新型固态电池领域，具体涉及一种固态锂电池及其制备方法。

背景技术

出于化石能源日益枯竭和环境问题日益严峻的考量，发展新能源汽车已是必然趋势，但要使以锂电池为主的新能源汽车得到认可，对其能源密度的要求越来越高。近年来，随着高镍正极、硅碳负极的推广，锂离子电池的能量密度得到较大提高，但同时也面临安全问题。

目前商业的锂离子电池使用基于碳酸酯类的有机液态电解液，这类液态电解液具有易燃性，引发安全问题。解决锂电池安全问题的一个根本途径是使用固态电解质，特别是陶瓷电解质。但陶瓷固态电解质的锂离子电导率较低，且与正负极的界面的化学/电化学稳定性较差，导致循环过程中界面电阻快速增加，特别是当负极直接使用金属锂时，从而使电池性能快速衰退。另外，陶瓷电解质由于其固有的脆性，直接使用烧结的陶瓷片作为电解质，会造成电池组装的困难，特别是为不降低电池的能量密度，使用超薄型陶瓷电解质。再者，目前的锂离子电池的正负极极片的孔隙率高达20～30％,在没有液态电解液润湿的情况下，易造成电池内阻的明显增加。以上因素不利于用现有液态锂离子电池的工艺和设备制造固态锂电池。

鉴于此，确有必要提供一种解决上述技术问题的技术方案。

发明内容

本发明的目的之一在于：提供一种固态锂电池，能够解决使用液态电解液降低电池安全性能的问题，又能提高固态电解质和电极之间界面的化学/电化学稳定性，避免了使用高密度固态电解质带来的电池能量密度的下降，同时又可利用现有的液态锂离子电池的制造工艺和设备。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种固态锂电池，包括正极片、负极片和固态电解质，所述固态电解质设置于所述正极片和所述负极片之间，在所述负极片内部、所述负极片和所述固态电解质之间、所述固态电解质内部、所述固态电解质和所述正极片之间，以及所述正极片内部中的至少一处还设置有聚合物凝胶电解质。

作为本发明所述的固态锂电池的一种改进，所述聚合物凝胶电解质包括聚合物、锂盐和有机溶剂，所述聚合物由丙烯酸酯类单体经原位聚合而成。

作为本发明所述的固态锂电池的一种改进，所述固态电解质包括陶瓷电解质，所述陶瓷电解质包括陶瓷颗粒和粘结剂，所述陶瓷颗粒包括纳米级石榴石型氧化物，所述石榴石型氧化物的结构通式为Li_7-x-3yAl_yLa₃Zr_2-xM_xO₁₂，式中，0.1≤x≤0.7，0.05≤y≤0.25，M包括Nb和Ta中的至少一种。

作为本发明所述的固态锂电池的一种改进，所述正极片的正极活性材料包括正极活性颗粒和包覆于所述正极活性颗粒表面的包覆层，所述包覆层包括NASICON型氧化物或金属氯化物；所述NASICON型氧化物的结构通式为Li_1+xAl_xM_2-x(PO₄)₃式中，0.1≤x≤0.7，M包括Ti、Ge和Zr中的至少一种；所述金属氯化物的结构通式为Li_3-xM_1-xZr_xCl₆，式中，0.1≤x≤0.7，M包括Y、In、Er和Sc中的至少一种。