[发明专利]一种提高锂在固态电解质表面润湿性的方法及全固态电池

说明书

本发明提供一种提高锂在固态电解质表面润湿性的方法及全固态电池，所述提高锂在固态电解质表面润湿性的方法包括：对固态电解质的两侧进行打磨并抛光；将金属集流体进行打磨；对所述预处理金属集流体进行亲锂改性处理；将所述亲锂改性金属集流体覆盖于所述预处理固态电解质之上，然后将所述亲锂改性金属集流体焊接到所述预处理固态电解质上。本发明通过焊接的方式使固态电解质和金属集流体之间形成牢固的连接，由于金属集流体具有亲锂的特性，能够引导锂金属在固态电解质表面进行铺展润湿，从而能够显著降低锂金属与固态电解质之间的界面阻抗；同时，金属集流体能够提升界面兼容性，延长全固态电池的循环寿命。

技术领域

本发明涉及固态电池技术领域，具体而言，涉及一种提高锂在固态电解质表面润湿性的方法及全固态电池。

背景技术

随着时代的发展，各个国家均面临能源危机带来的影响，面对不断增加的储能需求，亟需高安全性、高能量密度、高环境适应性和高可靠性的电池系统。全固态锂离子电池采用固态电解质拥有较大的机械强度，可以防止锂晶枝刺穿，且具有高于5V的电化学稳定窗口，使得锂金属负极、高电压正极材料的使用成为可能，从而能够获得更高的能量密度，因此金属固态锂离子电池被认为是电池技术取得突破的重要方向。

但是，由于全固态锂离子电池采用了固态电解质，而固态电解质与锂金属之间的离子传导是通过固固界面物理接触实现的，由于固固接触面积有限，锂金属在固态电解质表面的润湿性较差，会导致界面的阻抗较大。同时，高活性的锂金属与固态电解质之间存在界面副反应，界面兼容性差，充放电过程中锂金属的体积变化也可能导致机械-化学-电化学的失效，影响全固态电池的循环寿命。

发明内容

本发明解决的问题是如何提高锂在固态电解质表面的润湿性，降低界面阻抗，提升锂与固态电解质接触的界面稳定性，从而延长全固态电池的循环寿命。

为解决上述问题中的至少一个方面，本发明提供一种提高锂在固态电解质表面润湿性的方法，包括以下步骤：

步骤S1、对固态电解质的两侧进行打磨并抛光，除去所述固态电解质表面的杂质，得到预处理固态电解质；

步骤S2、将金属集流体进行打磨，除去所述金属集流体表面的杂质，得到预处理金属集流体；

步骤S3、对所述预处理金属集流体进行亲锂改性处理，使所述预处理金属集流体表面氧化，得到亲锂改性金属集流体；

步骤S4、将所述亲锂改性金属集流体覆盖于所述预处理固态电解质之上，然后将所述亲锂改性金属集流体焊接到所述预处理固态电解质上，得到金属集流体-固态电解质复合材料。

优选地，所述固态电解质为LLZTO陶瓷片。

优选地，所述LLZTO陶瓷片的厚度为0.5-1mm。

优选地，所述金属集流体包括铜网或镍网。

优选地，所述金属集流体为100目的铜网。

优选地，所述步骤S2中，所述金属集流体经过打磨后，依次在去离子水、乙醇和丙酮中进行超声清洗，清洗时间均为10min。

优选地，所述步骤S3中，将所述预处理金属集流体在280-320℃条件下保温5-15min，使所述预处理金属集流体表面微氧化，从而对所述预处理金属集流体进行亲锂改性处理。

优选地，所述步骤S4中，将所述预处理金属集流体覆盖于所述固态电解质之上，置于真空焊接炉进行焊接，以3-7℃/min的升温速率升温至800-1200℃，其中，当温度升高至700℃时，对所述预处理金属集流体和所述固态电解质之间施加4-6MPa压力，保温2-4h后冷却至室温。