一种银碳复合负极和优化固态电池界面的方法与流程

本发明属于固态电池，尤其涉及一种银碳复合负极和优化固态电池界面的方法。

背景技术：

1、近年来，随着全球对可再生能源和高性能储能技术的需求不断增加，具有高能量密度和良好的循环稳定性的锂离子电池是目前应用最为广泛的储能体系之一。与液态锂离子电池相比，全固态电池体系具有更高的能量密度和安全性。

2、全固态电池作为下一代电池技术备受瞩目。在诸多固态电池中，银碳固态电池因其高效率、低成本和环保等优势而备受关注，被视为未来能源领域的新希望。

3、银碳固态电池是一种利用银和碳材料作为电极的固态电池，相较于传统的液态电池具有更高的安全性和稳定性。银作为电极材料具有优良的导电性和化学稳定性，碳材料则具有良好的循环稳定性和电化学性能，二者结合在一起，不仅提高了电池的能量密度和功率密度，还延长了电池的寿命。

4、银碳固态电池的优势不仅在于其性能表现，更在于其制备工艺的简单和成本的低廉。相较于传统的锂离子电池，银碳固态电池不需要稀有金属材料，而且生产过程中采用的是环保材料，减少了对环境的污染。除此之外，银碳固态电池还具有快速充放电速度和广泛的工作温度范围等特点，适用于各种应用场景。在电动汽车、智能手机、可穿戴设备等领域，银碳固态电池都有着巨大的应用潜力，可以提升设备的性能表现，延长使用时间，改善用户体验。

5、尽管银碳固态电池有着诸多优势，但也面临着一些挑战和问题。其中包括电解质的稳定性、界面问题、循环寿命等方面的挑战，如c对电解质的催化分解在很大程度上阻碍了固态电池锂金属负极的研究进展和在产业界的使用。该副反应主要引发了以下问题：ag-c与电解质反应生成阻碍锂离子有效传输的产物，金属锂难以实现在集流体上的致密均匀沉积，电池库伦效率偏低，易于发生内短路。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种银碳复合负极和优化固态电池界面的方法，本发明中的方法能够抑制固态电池中负极（指锂金属或现有技术中的银碳层）与电解质之间的界面副反应，均匀化锂离子在电解质和集流体之间的传输，使金属锂在集流体上沉积更加致密均匀，避免短路，延长电池的循环寿命。

2、本发明提供一种银碳复合负极，所述银碳复合负极为无锂负极；

3、所述无锂负极包括负极集流体和复合在所述负极集流体表面的纳米涂层；所述银碳层包括纳米氧化物、亲锂性单质和碳材料；

4、所述纳米氧化物包括纳米tio2、纳米sio2和纳米sno2中的一种或几种；

5、所述亲锂性单质包括ag、au、si、ge和sn中的一种或几种；

6、所述碳材料包括c65、c45、石墨烯、碳纤维、碳纳米管和superp中的一种或几种。

7、优选为，所述纳米氧化物、亲锂性单质和碳材料的质量比为（250~350）：100：（1~10）。

8、优选为，所述纳米氧化物的粒径为20~200nm；所述亲锂性单质的粒径为20~200nm；所述碳纳米管的长度为5~10μm。

9、本发明提供一种优化固态电池界面的方法，将含有纳米氧化物、亲锂性单质和碳材料的浆料涂覆在负极集流体上，干燥后与电解质和正极组装得到上文所述的固态电池；

10、所述纳米氧化物包括纳米tio2、纳米sio2和纳米sno2中的一种或几种；

11、所述亲锂性单质包括ag、au、si、ge和sn中的一种或几种；

12、所述碳材料包括c65、c45、石墨烯、碳纤维、碳纳米管和superp中的一种或几种。

13、优选为，所述浆料的固含量为15~30%。

14、优选为，所述浆料在负极集流体的涂覆厚度为30~100 μm。

15、优选为，所述干燥的温度为50~70℃；所述干燥的时间为5~15min。

16、优选为，所述固态电池的组装包括以下步骤：

17、1）涂覆、干燥后得到具有复合涂层的负极集流体；

18、2）在复合涂层表面涂覆电解质浆料，干燥后得到电解质复合负极片；

19、3）将电解质复合负极片与正极片贴合，进行等静压处理，得到固态电池。

20、优选为，所述步骤2）中干燥为真空干燥，干燥的温度为80~120℃；干燥的时间为8~15小时。

21、优选为，所述电解质浆料中包括电解质；所述电解质包括lpscl电解质、llzo电解质、llzto电解质或lic电解质。

22、优选为，所述正极片包括正极活性材料，所述正极活性材料包括ncm811或磷酸铁锂。

23、本发明提供了一种银碳复合负极，所述银碳复合负极为无锂负极；所述无锂负极包括负极集流体和复合在所述负极集流体表面的纳米涂层；所述银碳层包括纳米氧化物、亲锂性单质和碳材料；所述纳米氧化物包括纳米tio2、纳米sio2和纳米sno2中的一种或几种；所述亲锂性单质包括ag、au、si、ge和sn中的一种或几种；所述碳材料包括c65、c45、石墨烯、碳纤维、碳纳米管和superp中的一种或几种。本发明以ag/ti为代表的体系作为全固态锂金属电池的界面保护层，能够有效的将电解质和锂金属隔离开，进而抑制两者之间的副反应。以二氧化钛为代表的金属氧化物和以银为代表的亲锂性单质为主要材料能够起到三方面的作用：第一，二氧化钛等金属氧化物和金属银等亲锂性单质均具有良好的亲锂性，能够有效的诱导锂离子形核和生长；第二，两者的粒径均在纳米级，能够更好的调控负极与电解质之间的界面，通过提升界面的接触效果稳定锂离子的传输和均匀致密沉积；第三，二氧化钛等金属氧化物和银等亲锂性单质与电解质之间是相对稳定的，二者不会催化电解质的分解。根据上述原理的分析，本发明中以ag/ti为代表的体系相对ag-c体系具有明显的优势，能够更好的调控电解质与锂之间的界面。此外，ag/ti体系的存在能更好的提升锂金属全固态电池的循环稳定性。

技术特征：

1.一种银碳复合负极，所述银碳复合负极为无锂负极；

2.根据权利要求1所述的银碳复合负极，其特征在于，所述纳米氧化物、亲锂性单质和碳材料的质量比为（250~350）：100：（1~10）。

3.根据权利要求1所述的银碳复合负极，其特征在于，所述纳米氧化物的粒径为20~200nm；所述亲锂性单质的粒径为20~200nm；所述碳纳米管的长度为5~10μm。

4.一种优化固态电池界面的方法，其特征在于，将含有纳米氧化物、亲锂性单质和碳材料的浆料涂覆在负极集流体上，干燥后得到如权利要求1所述的银碳复合负极，然后将所述银碳复合负极与电解质和正极组装得到固态电池；

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述浆料的固含量为15~30%；所述浆料在负极集流体的涂覆厚度为30~100 μm。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述干燥的温度为50~70℃；所述干燥的时间为5~15min。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述固态电池的组装包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤2）中干燥为真空干燥，干燥的温度为80~120℃；干燥的时间为8~15小时。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述电解质浆料中包括电解质；所述电解质包括lpscl电解质、llzo电解质、llzto电解质或lic电解质。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述正极片包括正极活性材料，所述正极活性材料包括ncm811或磷酸铁锂。

技术总结本发明提供了一种银碳复合负极和优化固态电池界面的方法，所述银碳复合负极为无锂负极，包括负极集流体和复合在负极集流体表面的纳米涂层；所述纳米涂层包括纳米氧化物、亲锂性单质和碳材料；所述纳米氧化物包括纳米TiO2、纳米SiO2和纳米SnO2中的一种或几种；所述亲锂性单质包括Ag、Au、Si、Ge和Sn中的一种或几种；所述碳材料包括C65、C45、石墨烯、碳纤维、碳纳米管和SuperP中的一种或几种。本发明中以Ag/Ti为代表的体系相对Ag‑C体系具有明显的优势，能够更好的调控电解质与锂之间的界面，提升锂金属全固态电池的循环稳定性。技术研发人员：张潇潇,谭潇洒,请求不公布姓名,沈雪松,单爱荣,孙楠楠受保护的技术使用者：潍柴动力股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/2