[发明专利]一种复合固态电解质片及其制备方法和应用、一种固态电池

说明书

本发明涉及新能源材料领域，公开了一种复合固态电解质片及其制备方法和应用、一种固态电池，该复合固态电解质片的制备方法包括：（1）在含氧气氛下，将原料电解质片进行煅烧，得到电解质片I；（2）在第一气氛下，将所述电解质片I进行等离子体活化处理，得到电解质片II；（3）将正极浆料和负极浆料分别涂覆在所述电解质片II的两侧，以分别形成正极涂层和负极涂层，得到所述复合固态电解质片。本发明提供的复合固态电解质片能够有效降低固态电解质与电极之间的界面电阻，具有高离子电导率，采用本发明提供的复合固态电解质片制备得到的固态电池具有阻抗低、高循环稳定性和高倍率性。

技术领域

本发明涉及新能源材料领域，具体涉及一种复合固态电解质片及其制备方法和应用、一种固态电池。

背景技术

二次电池作为一种重要的储能手段，历经多年已发展出包括镍氢、镍铬、铅酸、锂离子电池、液流电池等多种体系，应用遍布于各种领域。其中锂离子电池因其高能量密度、长循环寿命、无记忆效应、长储存寿命等优势，在消费电子、家用电器领域已获得广泛商用；在电动汽车、航空航天领域已获得逐步推广；在大规模可再生能源储存领域、智能信息新兴技术领域已具有较好的应用示范。

然而，在商业化锂离子电池中，为了使正负极间获得较快的离子传导，含有碳酸乙烯酯（EC）、碳酸二甲酯（DEC）等的液态电解质被用作离子导体注入至电池中，这些低热力学稳定性的组分使得传统液态电解质锂离子电池在发生热失控时易燃易爆，具有较大的安全隐患。此外，常规液态电解质和隔膜受限于机械强度低，电化学窗口、电极/电解质界面稳定性差等缺点，难以配合高能量电极如高镍氧化物正极、金属锂负极等进行稳定工作，电池能量密度提升受限。

鉴于此，将液态电解质和隔膜用高离子电导、高稳定性、高机械性能的固体电解质取代，从而获得兼顾高安全性、高能量密度的全固态锂电池，成为当前的研究热点。

目前固体电解质与电极间的界面问题是阻碍固态电池性能提升的关键因素。以实现高能量密度、高安全性的全固态锂电池为目标，通过表面修饰改性、界面结构调控等手段，针对固体电解质对电极的界面特性与应用改性进行研究，具有非常大的研究价值和现实意义。

例如，CN113690483A公开了一种等离子体改性钠超离子导体型固态电解质的方法，在固态电解质颗粒阶段对其进行等离子体活化，增强表面能，然后与聚合物进行混合干燥，得到复合固态电解质膜。该现有技术虽然在一定程度上提升电池的循环寿命和电化学性能，但是，将活化后的固态电解质颗粒与有机聚合物直接进行混合干燥，有机聚合物的离子电导率较低，添加一定比例的有机聚合物会降低氧化物固态电解质的离子电导率。

发明内容

本发明的目的之一是为了提供一种能够有效降低固态电解质与电极之间的界面电阻，具有高离子电导率的复合固态电解质片；

本发明的目的之二是为了提供一种具有高循环稳定性和高倍率性的固态电池。

为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种制备复合固态电解质片的方法，包括以下步骤：

（1）在含氧气氛下，将原料电解质片进行煅烧，得到电解质片I；

（2）在第一气氛下，将所述电解质片I进行等离子体活化处理，得到电解质片II，所述等离子体活化处理的条件包括：电压为10-150V，电流为0.2-2A，时间为1-60min；

（3）将正极浆料和负极浆料分别涂覆在所述电解质片II的两侧，以分别形成正极涂层和负极涂层，得到所述复合固态电解质片。

优选地，在步骤（1）中，所述原料电解质片选自NASICON型、LISICON型、钙钛矿型、石榴石型中的至少一种。

优选地，在步骤（1）中，所述含氧气氛中的氧含量≥20v%。

优选情况下，在步骤（1）中，所述煅烧的条件包括：温度为600-1300℃，时间为1-24h。