一种固态电池用固态电解质包覆负极及制备方法与流程

1.本发明涉及锂电池制造领域，尤其涉及一种固态电池用固态电解质包覆负极及制备方法。


背景技术：

2.锂离子电池作为一种新型储能装置，由于能源问题日益突出，因此越来越受人民的关注；锂离子电池具有高的能量密度、长的循环寿命、环境友好等优点，其已经广泛应用在电子设备、电动汽车等领域；现在商用锂离子电池随着技术的成熟已经得到300wh/kg的能量密度，然而进一步提高能量密度就需要新的技术出现；另外商用锂离子电池一般采用易燃、易爆的有机电解液，其给电池带来严重的安全隐患；因此固态电池因其高的安全特性和高的能量密度，成为下一代锂离子电池技术；然而现有的负极材料(石墨，硅碳，软碳，硬碳，硅负极)已经不能满足固态电池对材料的要求，因此开发一种固态电池用的负极材料势在必行。


技术实现要素：

3.针对现有技术中存在的缺陷，本发明目的是提供一种固态电池用固态电解质包覆负极及制备方法，通过固态电解质有效改善固态电池用固态电解质包覆负极的锂离子电导率，采用固态电池用固态电解质包覆负极应用于固态锂离子电池中，能够展现出高的放电容量、完美的倍率性能以及长的循环性能。
4.为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
5.本发明的第一方面提供一种固态电池用固态电解质包覆负极的制备方法，采用溶液法将固态电解质包覆在负极材料表面，再经热处理得到固态电池用固态电解质包覆负极。
6.优选地，包括以下步骤：
7.s1，采用溶液法制备固态包覆物，将固态电解质和负极材料分散于水溶液或有机溶剂-水溶液中，经搅拌后得到固态包覆物；
8.s2，将固态包覆物通过热处理得到固态电池用固态电解质包覆负极。
9.优选地，所述步骤s1中，所述固态电解质选自li3incl6、li3inbr6、li3ycl6、li3ybr6、li3sccl6、li3ercl6、li3tbcl6、li3ybcl6、li3lucl6、li
2.1
zr
0.9
sc
0.1
cl6、li
2.15
zr
0.85
sm
0.15
cl6、li
2.07
zr
0.82
i
0.21
cl6中的一种或多种。
10.优选地，所述步骤s1中，所述负极材料选自石墨、硅碳、软碳、硬碳、硅、锡、氧化亚硅、氧化锡、硅合金、锡合金中的一种。
11.优选地，所述步骤s1中，所述有机溶剂-水溶液中的有机溶剂选自乙醇、四氢呋喃、甲醇、异丙醇、氯仿、四氯甲烷、甲苯、丙酮、醋酸甲酯、醋酸乙酯、醋酸丙酯中的一种或多种。
12.优选地，所述步骤s1中，所述固态电解质和所述负极材料的的质量比为1：10～1：1000。
13.优选地，所述步骤s1中，所述搅拌时，搅拌温度为40～150℃，搅拌速率为100～2000转/分，搅拌时间为0.5～24h。
14.优选地，所述步骤s2中，所述热处理的气氛选自氮气、氩气、氦气、氢气中的一种或多种。
15.优选地，所述步骤s2中，所述热处理的气氛为真空气氛。
16.优选地，所述步骤s2中，所述热处理的温度为100～250℃，热处理的时间为1～48h。
17.本发明的第二方面提供一种固态电池用固态电解质包覆负极，根据第一方面所述的制备方法制备而成。
18.本发明的有益效果为：
19.1.本发明的固态电池用固态电解质包覆负极的制备方法，采用溶液法和热处理合成固态电池用固态电解质包覆负极，通过固态电解质有效改善固态电池用固态电解质包覆负极的锂离子电导率，从而有效的降低阻抗和极化程度，实现改善锂电池电化学性能的目的；
20.2.本发明的固态电池用固态电解质包覆负极，其锂离子电导率可以通过添加的固态电解质来控制；
21.3.本发明的固态电池用固态电解质包覆负极的制备方法，通过精确控制固态电解质的含量，从而实现规模化生产；
22.4.本发明的固态电池用固态电解质包覆负极的制备方法，成本低廉，工艺简便，易于大规模生产。
附图说明
23.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
24.图1为实施例1制备的固态电池用固态电解质包覆石墨负极的xrd光谱图；
25.图2为实施例1制备的固态电池用固态电解质包覆负极在200mag-1
电流密度下的充放电循环曲线图。
具体实施方式
26.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。
27.本发明所提供的一种固态电池用固态电解质包覆负极的制备方法，采用溶液法将固态电解质包覆在负极材料表面，再经热处理得到固态电池用固态电解质包覆负极；具体包括以下步骤：
28.s1，采用溶液法制备固态电解质包覆物，将固态电解质和负极材料分散于水溶液或有机溶剂-水溶液中，经搅拌处理溶剂挥发后得到固态电解质包覆物；
29.其中，固态电解质选自li3incl6、li3inbr6、li3ycl6、li3ybr6、li3sccl6、li3ercl6、li3tbcl6、li3ybcl6、li3lucl6、li
2.1
zr
0.9
sc
0.1
cl6、li
2.15
zr
0.85
sm
0.15
cl6、li
2.07
zr
0.82
i
0.21
cl6中的一种或多种；负极材料选自石墨、硅碳、软碳、硬碳、硅、锡、氧化亚硅、氧化锡、硅合金、锡
合金中的一种；有机溶剂-水溶液中的有机溶剂选自乙醇、四氢呋喃、甲醇、异丙醇、氯仿、四氯甲烷、甲苯、丙酮、醋酸甲酯、醋酸乙酯、醋酸丙酯中的一种或多种；固态电解质和负极材料的质量比为1：10～1：1000；搅拌时，搅拌温度为40～150℃，搅拌速率为100～2000转/分，搅拌时间为0.5～24h。
30.s2，将固态电解质包覆物通过热处理得到固态电池用固态电解质包覆负极。
31.其中，热处理的气氛选自氮气、氩气、氦气、氢气中的一种或多种，或者热处理的气氛采用真空气氛；热处理的温度为100～350℃，热处理的时间为1～48h。
32.下面结合具体例子进一步对本发明的固态电池用固态电解质包覆负极及其制备方法进行说明；
33.实施例1
34.s1，采用溶液法制备固态电解质包覆物，将固态电解质和负极材料分散于水溶液或有机溶剂-水溶液中，经搅拌后得到固态包覆物；
35.将li3incl6和石墨按2:100的比例分散于水溶液中，在100℃条件下搅拌12h挥发掉水分，搅拌速率为300转/分，得到粉末状的固态电解质包覆物；
36.s2，将固态电解质包覆物通过热处理得到固态电池用固态电解质包覆负极。
37.将粉末状的固态电解质包覆物放进管式炉中进行热处理，在250℃的真空气氛条件下处理12h，得到固态电池用固态电解质包覆石墨负极。
38.实施例2
39.s1，采用溶液法制备固态电解质包覆物，将固态电解质和负极材料分散于水溶液或有机溶剂-水溶液中，经搅拌后得到固态包覆物；
40.将li3incl6和硅碳按3:100的比例分散于水溶液中，在100℃条件下搅拌8h挥发掉水分，搅拌速率为500转/分，得到粉末状的固态电解质包覆物；
41.s2，将固态电解质包覆物通过热处理得到固态电池用固态电解质包覆负极。
42.将粉末状的固态电解质包覆物放进管式炉中进行热处理，在280℃的真空气氛条件下处理24h，得到固态电池用固态电解质包覆硅碳负极。
43.实施例3
44.s1，采用溶液法制备固态电解质包覆物，将固态电解质和负极材料分散于水溶液或有机溶剂-水溶液中，经搅拌后得到固态包覆物；
45.将li3ycl6和软碳按5:100的比例分散于水溶液中，在150℃条件下搅拌12h挥发掉水分，搅拌速率为200转/分，得到粉末状的固态电解质包覆物；
46.s2，将固态电解质包覆物通过热处理得到固态电池用固态电解质包覆负极。
47.将粉末状的固态电解质包覆物放进管式炉中进行热处理，在350℃的真空气氛条件下处理12h，得到固态电池用固态电解质包覆软碳负极。
48.实施例4
49.s1，采用溶液法制备固态电解质包覆物，将固态电解质和负极材料分散于水溶液或有机溶剂-水溶液中，经搅拌后得到固态电解质包覆物；
50.将li3ycl6和硬碳按10:100的比例分散于丙酮-水溶液中，在120℃条件下搅拌12h挥发掉溶剂，搅拌速率为250转/分，得到粉末状的固态包覆物；
51.s2，将固态电解质包覆物通过热处理得到固态电池用固态电解质包覆负极。
52.将粉末状的固态电解质包覆物放进管式炉中进行热处理，在150℃的真空气氛条件下处理6h，得到固态电池用固态电解质包覆硬碳负极。
53.实施例5
54.s1，采用溶液法制备固态电解质包覆物，将固态电解质和负极材料分散于水溶液或有机溶剂-水溶液中，经搅拌后得到固态电解质包覆物；
55.将li3ycl6和硅按4:100的比例分散于甲醇-水溶液中，在120℃条件下搅拌6h挥发掉溶剂，搅拌速率为350转/分，得到粉末状的固态电解质包覆物；
56.s2，将固态电解质包覆物通过热处理得到固态电池用固态电解质包覆负极。
57.将粉末状的固态电解质包覆物放进管式炉中进行热处理，在120℃的真空气氛条件下处理15h，得到固态电池用固态电解质包覆硅负极。
58.实施例6
59.s1，采用溶液法制备固态电解质包覆物，将固态电解质和负极材料分散于水溶液或有机溶剂-水溶液中，经搅拌后得到固态包覆物；
60.将li3ycl6和锡按4:100的比例分散于乙醇-水溶液中，在125℃条件下搅拌6h挥发掉溶剂，搅拌速率为450转/分，得到粉末状的固态包覆物；
61.s2，将固态电解质包覆物通过热处理得到固态电池用固态电解质包覆负极。
62.将粉末状的固态电解质包覆物放进管式炉中进行热处理，在160℃的真空气氛条件下处理18h，得到固态电池用固态电解质包覆锡负极。
63.如图1所示，实施例1中制备的固态电池用固态电解质包覆石墨负极的xrd光谱中显示的xrd衍射峰主要是石墨，表明固态电解质包覆没有改变石墨的晶体结构；如图2所示，实施例1中制备的固态电池用固态电解质包覆石墨负极作为负极，在200mag-1
电流密度下充放电，循环120次后，容量仍保持在394mahg-1
，库伦效率仍保持在100％。
64.综合实施例1～6，本发明的固态电池用固态电解质包覆负极的制备方法，采用溶液法和热处理合成固态电池用固态电解质包覆负极，通过添加高锂离子电导率的固态电解质可以增加活性物质与固态电解质之间接触面的作用，而且形成电子和锂离子的传输网络，有利于降低电极片中活性物质之间的界面阻抗和极化，实现改善锂电池电化学性能的目的；该固态电池用固态电解质包覆负极，其锂离子电导率可以通过添加的固态电解质来控制；该固态电池用固态电解质包覆负极的制备方法，通过精确控制固态电解质的含量，从而实现规模化生产；该固态电池用固态电解质包覆负极的制备方法，成本低廉，工艺简便，易于大规模生产。
65.综上所述，上述实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。