CN110600808A - 一种氟化碳改善固态电解质界面锂枝晶的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氟化碳改善固态电解质界面锂枝晶的方法，所述方法包括如下步骤：步骤一、将石榴石型电解质片用砂纸打磨；步骤二、将氟化碳修饰在石榴石型电解质片的打磨面上，得到经氟化碳修饰处理的石榴石型电解质片。上述方法制备得到的经氟化碳修饰处理的石榴石型电解质片可用于组装基于无机固体电解质的全固态电池。相比于现有技术，本发明具有如下优点：(1)操作方法简单可靠，耗时短，不需要使用高端仪器。(2)改善效率优异，可大规模生产。

Description

一种氟化碳改善固态电解质界面锂枝晶的方法
技术领域
本发明属于固态电解质技术领域，涉及一种采用氟化碳作为中间层用于改善石榴石型固态锂离子电池性能的方法。
背景技术
基于无机固体电解质的全固态电池(ASSB)比传统的锂离子电池具有更高的安全性、更高的能量密度、更长的循环寿命和更低的成本。此外，由于此类电解质的高剪切模量，可能会抑制锂枝晶。在各种锂离子导电材料中，立方石榴石固态电解质对锂金属具有优异的稳定性和优越的锂离子导电性，在环境温度下接近1ms cm-1，因此特别具有吸引力。然而，固体-固体电极-电解质界面的高电阻和锂枝晶的穿透阻碍了它们的实际应用。在固态电解质和锂负极界面加入中间层是一个普遍且有效的方法。
发明内容
本发明针对固体-固体电极-电解质界面的高电阻和锂枝晶的穿透的问题，提供了一种氟化碳改善固态电解质界面锂枝晶的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种氟化碳改善固态电解质界面锂枝晶的方法，包括如下步骤：
步骤一、将石榴石型电解质片用砂纸打磨；
步骤二、将氟化碳修饰在石榴石型电解质片的打磨面上，得到经氟化碳修饰处理的石榴石型电解质片。
上述方法制备得到的经氟化碳修饰处理的石榴石型电解质片可用于组装基于无机固体电解质的全固态电池，所述全固态电池包括正极、负极、经氟化碳修饰处理的石榴石型电解质片和电解液。
本发明中，所述氟化碳的氟碳比小于等于1.25，使用量为1～10mg。
本发明中，所述石榴石型电解质片的直径为14mm。
本发明中，所述电解液包括锂离子二次电池的各种电解液，用量为0～20μL。
本发明中，所述氟化碳修饰方法包括人工涂抹、抛光、旋涂等方法中的至少一种。
本发明中，所述石榴石型固态电解质包括Li5La3M2O12(M＝Nb,Ta)，La、Li、M位的各种掺杂类型的石榴石固态电解质中的至少一种，例如：LLZO、LLZTO或LLZNO等。
氟化碳由于氟的引入，碳氟键能很大，高温、高压以及不同气体介质中很难被切断，无毒、不可燃、无腐蚀性、化学性质稳定，是一种很好的高能电极材料、绝缘材料、防水材料。本发明利用氟化碳低的绝缘性和具有锂的传导性能在Li-SSE界面构筑中间层，这样的中间层具有电子绝缘性和离子导电性，氟化碳与锂具有一定的反应性，这促进了锂负极与中间层的紧密接触，微量电解液的引入进一步减小界面阻抗，有利于锂枝晶的抑制和固态电池的性能提升。
相比于现有技术，本发明具有如下优点：
(1)操作方法简单可靠，耗时短，不需要使用高端仪器。
(2)改善效率优异，可大规模生产。
附图说明
图1为氟化碳修饰后电解质片的横截面照片，(a)放大3.5k倍，(b)放大2.0k倍，(c)放大1.5k倍，(d)放大1.3k倍；
图2为氟化碳修饰前后全电池性能对比图；
图3为氟化碳修饰后全电池不同圈数性能图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明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精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
对比例
将正极活性物质LFP、导电剂SP、粘结剂PVDF按8：1：1的质量配比溶于NMP一起匀浆后涂敷在铝箔上，经烘干、辊压、裁片制成正极片。
以锂片作负极，将未经修饰处理的Li6.5La3Zr1.8Ta0.2O12石榴石型电解质片、正极片和负极组装全电池，在正极片和电解质、电解质和负极界面滴加0～20μL锂离子电解液。
实施例
将正极活性物质LFP、导电剂SP、粘结剂PVDF按8：1：1的质量配比溶于NMP一起匀浆后涂敷在铝箔上，经烘干、辊压、裁片制成正极片。
使用1～10mg的氟化碳，使用抛光机或者手动将氟化碳涂在Li6.5La3Zr1.8Ta0.2O12石榴石型电解质片表面。
以锂片作负极，将经修饰处理的石榴石型电解质片、正极片和负极组装全电池，在正极片和电解质、电解质和负极界面滴加0～20μL锂离子电解液。
由图1可知，所修饰的氟化碳于电解质片接触紧密。由图2可知，未修饰前的固态电池在0.5C倍率下仅仅循环15圈左右，而修饰后的固态电池在0.5C倍率下能稳定循环200圈以上。由图3可知，氟化碳修饰后的固态电池性能得到大幅度提升。

Claims (9)

1.一种氟化碳改善固态电解质界面锂枝晶的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
步骤一、将石榴石型电解质片用砂纸打磨；
步骤二、将氟化碳修饰在石榴石型电解质片的打磨面上，得到经氟化碳修饰处理的石榴石型电解质片。
2.根据权利要求1所述的氟化碳改善固态电解质界面锂枝晶的方法，其特征在于所述石榴石型电解质片的直径为14mm。
3.根据权利要求1所述的氟化碳改善固态电解质界面锂枝晶的方法，其特征在于所述氟化碳的氟碳比小于等于1.25，使用量为1～10mg。
4.根据权利要求1所述的氟化碳改善固态电解质界面锂枝晶的方法，其特征在于所述氟化碳修饰方法为人工涂抹、抛光、旋涂方法中的至少一种。
5.根据权利要求1或2所述的氟化碳改善固态电解质界面锂枝晶的方法，其特征在于所述石榴石型固态电解质包括Li5La3M2O12，La、Li、M位的各种掺杂类型的石榴石固态电解质中的至少一种，M＝Nb或Ta。
6.一种权利要求1-5任一权利要求所述方法制备得到的经氟化碳修饰处理的石榴石型电解质片在组装基于无机固体电解质的全固态电池中的应用。
7.根据权利要求6所述的经氟化碳修饰处理的石榴石型电解质片在组装基于无机固体电解质的全固态电池中的应用，其特征在于所述全固态电池包括正极、负极、经氟化碳修饰处理的石榴石型电解质片和电解液。
8.根据权利要求7所述的经氟化碳修饰处理的石榴石型电解质片在组装基于无机固体电解质的全固态电池中的应用，其特征在于所述电解液为锂离子二次电池的电解液。
9.根据权利要求7或8所述的经氟化碳修饰处理的石榴石型电解质片在组装基于无机固体电解质的全固态电池中的应用，其特征在于所述电解液的用量为0～20μL。
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