本發(fā)明屬于鋰電池，具體涉及一種耐高溫全固態(tài)鋰電池及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、耐高溫全固態(tài)鋰電池由于兼具高安全性和高能量密度，成為研發(fā)新一代動(dòng)力電池的重要選擇之一。其中的鹵化物固態(tài)電解質(zhì)不僅具有良好的空氣穩(wěn)定性和較高的離子電導(dǎo)率，而且具有相對(duì)較寬的電化學(xué)窗口，能夠與高壓正極材料良好地兼容。且熱力學(xué)分析表明，鹵化物固態(tài)電解質(zhì)與正極活性材料的穩(wěn)定性也明顯優(yōu)于硫化物，使得其與正極活性材料在高溫條件下也能具有較好的穩(wěn)定性。

2、傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為在高溫的環(huán)境下，電解質(zhì)離子電導(dǎo)率會(huì)隨著溫度的升高而增加，因而使得電池的電化學(xué)性能更加優(yōu)異。但實(shí)際在高于60℃時(shí)，界面反應(yīng)的活躍度將顯著增加，界面穩(wěn)定性急速下降，界面處發(fā)生大量副反應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致電池的性能出現(xiàn)快速的衰減。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種耐高溫全固態(tài)鋰電池及其制備方法和應(yīng)用，該耐高溫全固態(tài)鋰電池在高溫條件下具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供了一種耐高溫全固態(tài)鋰電池，包括：

4、依次層疊設(shè)置的負(fù)極層、電解質(zhì)層和正極層；

5、所述負(fù)極層的成分為鋰銦合金；

6、所述電解質(zhì)層包括依次層疊的硫化物層和鹵化物層；

7、所述硫化物層的成分為硫化物固態(tài)電解質(zhì)；所述鹵化物層的成分為第一鹵化物固態(tài)電解質(zhì)；所述硫化物層位于鹵化物層與負(fù)極層之間，形成負(fù)極層+硫化物層+鹵化物層+正極層的結(jié)構(gòu)；

8、所述正極層的成分包括正極活性材料和第二鹵化物固態(tài)電解質(zhì)。

9、優(yōu)選的，所述硫化物固態(tài)電解質(zhì)為li5.4ps4.4cl1.6、li6ps5cl、li6ps5cl0.5br0.5、li10gep2s12或li7p3s11。

10、優(yōu)選的，所述第一鹵化物固態(tài)電解質(zhì)和第二鹵化物固態(tài)電解質(zhì)獨(dú)立為li3incl6、li2zrcl6、li3ycl6、li3ybr3cl3或lialcl4。

11、優(yōu)選的，所述正極活性材料為ncm811、ncm83或ncm9。

12、優(yōu)選的，所述正極層中正極活性材料和第二鹵化物固態(tài)電解質(zhì)的質(zhì)量比為6～9:4～1。

13、優(yōu)選的，所述硫化物層中硫化物固態(tài)電解質(zhì)和所述鹵化物層中第一鹵化物固態(tài)電解質(zhì)的質(zhì)量比為2～8:8～2。

14、優(yōu)選的，所述鋰銦合金中鋰的質(zhì)量占比為3～6％。

15、優(yōu)選的，還包括：設(shè)置在所述負(fù)極層外側(cè)的負(fù)極集流體和設(shè)置在所述正極層外側(cè)的正極集流體；所述負(fù)極集流體為銅箔、不銹鋼或泡沫銅；所述正極集流體為鋁箔、不銹鋼或石墨烯。

16、本發(fā)明還提供了上述技術(shù)方案所述耐高溫全固態(tài)鋰電池的制備方法，包括以下步驟：

17、將正極活性材料和第二鹵化物固態(tài)電解質(zhì)混合，得到復(fù)合正極粉；

18、將硫化物固態(tài)電解質(zhì)進(jìn)行第一壓制，得到硫化物層；

19、將第一鹵化物固態(tài)電解質(zhì)置于所述硫化物層的一側(cè)上進(jìn)行第二壓制，得到硫化物層+鹵化物層；

20、將所述復(fù)合正極粉置于所述硫化物層+鹵化物層中鹵化物層不與硫化物層接觸的一側(cè)上進(jìn)行第三壓制，得到硫化物層+鹵化物層+正極層；

21、將鋰銦合金置于所述硫化物層+鹵化物層+正極層中硫化物層不與鹵化物層接觸的一側(cè)，進(jìn)行第四壓制，形成負(fù)極層+硫化物層+鹵化物層+正極層的結(jié)構(gòu)，得到所述耐高溫全固態(tài)鋰電池。

22、本發(fā)明還提供了上述技術(shù)方案所述耐高溫全固態(tài)鋰電池或上述技術(shù)方案所述制備方法制備的耐高溫全固態(tài)鋰電池在高溫環(huán)境中的應(yīng)用。

23、本發(fā)明提供了一種耐高溫全固態(tài)鋰電池，包括：依次層疊設(shè)置的負(fù)極層、電解質(zhì)層和正極層；所述負(fù)極層的成分為鋰銦合金；所述電解質(zhì)層包括依次層疊的硫化物層和鹵化物層；所述硫化物層的成分為硫化物固態(tài)電解質(zhì)；所述鹵化物層的成分為第一鹵化物固態(tài)電解質(zhì)；所述硫化物層位于鹵化物層與負(fù)極層之間，形成負(fù)極層+硫化物層+鹵化物層+正極層的結(jié)構(gòu)；所述正極層的成分包括正極活性材料和第二鹵化物固態(tài)電解質(zhì)。本發(fā)明通過將正極活性材料和鹵化物固態(tài)電解質(zhì)復(fù)合得到正極層，負(fù)極層為鋰銦合金，電解質(zhì)層采用鹵化物層加硫化物層的雙層電解質(zhì)結(jié)構(gòu)，組裝得到具有良好高溫穩(wěn)定性的耐高溫全固態(tài)鋰電池，鹵化物固態(tài)電解質(zhì)不僅具有良好的空氣穩(wěn)定性和較高的離子電導(dǎo)率，而且具有電化學(xué)窗口較寬和熱穩(wěn)定性良好的優(yōu)點(diǎn)，能與正極活性材料在高溫條件下具有較好地兼容。但由于鹵化物固態(tài)電解質(zhì)與鋰銦合金之間的穩(wěn)定性較差，本發(fā)明在鹵化物層與鋰銦合金之間增加硫化物層來提高穩(wěn)定性，從而使該耐高溫全固態(tài)鋰電池在高溫條件下依舊能夠穩(wěn)定循環(huán)。實(shí)施例結(jié)果表明，本發(fā)明提供的耐高溫全固態(tài)鋰電池在電解質(zhì)層采用不同質(zhì)量比的鹵化物和硫化物時(shí)，均有良好的高溫穩(wěn)定性，尤其是鹵化物和硫化物的質(zhì)量比為7:3時(shí)，電池的高溫容量保持率較高。

技術(shù)特征：

1.一種耐高溫全固態(tài)鋰電池，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐高溫全固態(tài)鋰電池，其特征在于，所述硫化物固態(tài)電解質(zhì)為li5.4ps4.4cl1.6、li6ps5cl、li6ps5cl0.5br0.5、li10gep2s12或li7p3s11。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐高溫全固態(tài)鋰電池，其特征在于，所述第一鹵化物固態(tài)電解質(zhì)和第二鹵化物固態(tài)電解質(zhì)獨(dú)立為li3incl6、li2zrcl6、li3ycl6、li3ybr3cl3或lialcl4。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐高溫全固態(tài)鋰電池，其特征在于，所述正極活性材料為ncm811、ncm83或ncm9。

5.根據(jù)權(quán)利要求1或3或4所述的耐高溫全固態(tài)鋰電池，其特征在于，所述正極層中正極活性材料和第二鹵化物固態(tài)電解質(zhì)的質(zhì)量比為6～9:4～1。

6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的耐高溫全固態(tài)鋰電池，其特征在于，所述硫化物層中硫化物固態(tài)電解質(zhì)和所述鹵化物層中第一鹵化物固態(tài)電解質(zhì)的質(zhì)量比為2～8:8～2。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐高溫全固態(tài)鋰電池，其特征在于，所述鋰銦合金中鋰的質(zhì)量占比為3～6％。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐高溫全固態(tài)鋰電池，其特征在于，還包括：設(shè)置在所述負(fù)極層外側(cè)的負(fù)極集流體和設(shè)置在所述正極層外側(cè)的正極集流體；所述負(fù)極集流體為銅箔、不銹鋼或泡沫銅；所述正極集流體為鋁箔、不銹鋼或石墨烯。

9.權(quán)利要求1～8任一項(xiàng)所述耐高溫全固態(tài)鋰電池的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

10.權(quán)利要求1～8任一項(xiàng)所述耐高溫全固態(tài)鋰電池或權(quán)利要求9所述制備方法制備的耐高溫全固態(tài)鋰電池在高溫環(huán)境中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于鋰電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種耐高溫全固態(tài)鋰電池及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明提供的耐高溫全固態(tài)鋰電池包括：依次層疊設(shè)置的負(fù)極層、電解質(zhì)層和正極層；所述負(fù)極層的成分為鋰銦合金；所述電解質(zhì)層包括依次層疊的硫化物層和鹵化物層；所述硫化物層的成分為硫化物固態(tài)電解質(zhì)；所述鹵化物層的成分為第一鹵化物固態(tài)電解質(zhì)；所述硫化物層位于鹵化物層與負(fù)極層之間，形成負(fù)極層+硫化物層+鹵化物層+正極層的結(jié)構(gòu)；所述正極層的成分包括正極活性材料和第二鹵化物固態(tài)電解質(zhì)。本發(fā)明提供的耐高溫全固態(tài)鋰電池具有良好的高溫穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：丁兵,茍?chǎng)|,凡贈(zèng)杰,方藝霆,何宇,李哲,張校剛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京航空航天大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6