一种固态电解质晶界面的处理方法、固态电解质及固态电池
阅读说明：本技术 一种固态电解质晶界面的处理方法、固态电解质及固态电池 (Solid electrolyte crystal interface processing method, solid electrolyte and solid battery ) 是由 李国啸 李文杰 杨春雷 钟国华 陆子恒 冯叶 陈明 李伟民 童佩斐 王楷 陈志勇 于 2021-08-03 设计创作，主要内容包括：本申请提供的固态电解质晶界面的处理方法,对固态电解质的表面进行处理,使其表面光滑,将表面处理过的所述固态电解质于H-(2)Se气体中进行退火处理,对退火处理后的所述固态电解质进行清洗,本申请提供的固态电解质晶界面的处理方法,通过对固态电解质晶界处的修饰,使其电势差降低,既得到的固态电解质将拥有更大的临界电流密度,更难以生成枝晶,即拥有更高的循环寿命。该方法实现了创新且快速高效的制备工艺,可做到规模化制备样品。另外,本申请还提供了一种固态电解质及固态电池。(The method for processing the crystal interface of the solid electrolyte provided by the application comprises the steps of processing the surface of the solid electrolyte to make the surface smooth, and putting the solid electrolyte with the processed surface into H 2 The solid electrolyte crystal interface processing method provided by the application reduces the potential difference through modifying the grain boundary of the solid electrolyte, so that the obtained solid electrolyte has higher critical current density and is more difficult to generate dendrites, namely has longer cycle life. The method realizes an innovative, rapid and efficient preparation process, and can realize large-scale preparation of samples. In addition, the application also provides a solid electrolyte and a solid battery.)
技术领域
本发明涉及固体电池技术领域，特别涉及一种固态电解质晶界面的处理方法、固态电解质及固态电池。
背景技术
现代社会电子，汽车，航空各个领域对高能量密度和高安全性电池的需求不断提高，这也使得固态锂电池的发展极为迫切。采用不易燃的无机固体电解质实现高性能固态电池(SSB)已被认为是解决锂离子电池安全问题的最终途径，而LLZTO正是目前性能较好，较常使用的固态电解质之一。但是其临界电流密度低的问题尤其突出，这也阻碍锂离子电池纯无机电解质发展的最突出的问题之一。
为了实现纯无机电解质的实际应用，研究者们已经开发了很多方法，比如对固态电解质的表面进行处理，优化电解质与电极的接触，从而提升其临界电流密度。但是，许多处理表面的方法，成本高、效率低、处理效果不显著。
发明内容
鉴于此，有必要提供一种可以提升固态电解质LLZTO临界电流密度的固态电解质晶界面的处理方法。
为解决上述问题，本发明采用下述技术方案：
本申请提供了一种固态电解质晶界面的处理方法，包括下述步骤：
对固态电解质的表面进行处理，使其表面光滑；
将表面处理过的所述固态电解质于H2Se气体中进行退火处理；及
对退火处理后的所述固态电解质进行清洗。
在其中一些实施例中，在对固态电解质的表面进行处理，使其表面光滑的步骤中，具体包括下述步骤：
将固态电解质用砂纸打磨至表面光滑，所述砂纸的型号为400～2000目。
在其中一些实施例中，在将表面处理过的所述固态电解质于H2Se气体中进行退火处理的步骤中，具体包括下述步骤：
将表面处理过的所述固态电解质置于退火炉中，并将所述退火炉炉腔内气压抽至1千帕以下；
将所述退火炉温度升至300～400摄氏度，并通入1000～2000千帕H2Se气体，保持所述退火炉温度在300～400摄氏度，持续时间10～30分钟；
将所述退火炉炉腔内气压抽至1千帕以下，并使其自然冷却至室温后取出。
在其中一些实施例中，在对退火处理后的所述固态电解质进行清洗的步骤中，具体包括下述步骤：
将所述固态电解质放入溶剂中，清洗1～3分钟后用无尘纸擦干。
在其中一些实施例中，所述溶剂为去离子水、无水乙醇、无水甲醇、丙酮中的任意一种。
在其中一些实施例中，所述固态电解质材料选自锂镧锆氧、锂铝钛磷、锂镧钛氧和锂铝锗磷中的至少一种。
另外，本申请还提供了一种固态电解质，由所述的固态电解质晶界面的处理方法处理得到。
此外，本申请还提供了一种固态电池，所述的固态电解质。
采用上述技术方案，本发明实现的技术效果如下：
本申请提供的固态电解质晶界面的处理方法，对固态电解质的表面进行处理，使其表面光滑，将表面处理过的所述固态电解质于H2Se气体中进行退火处理，对退火处理后的所述固态电解质进行清洗，本申请提供的固态电解质晶界面的处理方法，通过对固态电解质晶界处的修饰，使其电势差降低，既得到的固态电解质将拥有更大的临界电流密度，更难以生成枝晶，即拥有更高的循环寿命。该方法实现了创新且快速高效的制备工艺，可做到规模化制备样品。
本申请提供的固态电解质晶界面的处理方法，工艺简单，快速高效，制备得到的固态电解质可用于固态电池的制备，适合于工业化生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的固态电解质晶界面的处理方法的步骤流程图。
图2为本发明实施例1提供的未经H2Se处理的固态电解质CCD图。
图3为本发明实施例1提供的经过H2Se处理的固态电解质CCD图。
图4为本发明实施例1中经过H2Se处理的固态电解质XPS图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
请参阅图1，为本发明实施例提供的固态电解质晶界面的处理方法的步骤流程图，包括下述步骤：
步骤S110：对固态电解质的表面进行处理，使其表面光滑。
在其中一些实施例中，在对固态电解质的表面进行处理，使其表面光滑的步骤中，具体包括下述步骤：
将固态电解质用砂纸打磨至表面光滑，所述砂纸的型号为400～2000目。
在其中一些实施例中，所述固态电解质材料选自锂镧锆氧、锂铝钛磷、锂镧钛氧和锂铝锗磷中的至少一种。
步骤S120：将表面处理过的所述固态电解质于H2Se气体中进行退火处理。
在其中一些实施例中，在将表面处理过的所述固态电解质于H2Se气体中进行退火处理的步骤中，具体包括下述步骤：
将表面处理过的所述固态电解质置于退火炉中，并将所述退火炉炉腔内气压抽至1千帕以下；
将所述退火炉温度升至300～400摄氏度，并通入1000～2000千帕H2Se气体，保持所述退火炉温度在300～400摄氏度，持续时间10～30分钟；
将所述退火炉炉腔内气压抽至1千帕以下，并使其自然冷却至室温后取出。
步骤S130：对退火处理后的所述固态电解质进行清洗。
在其中一些实施例中，在对退火处理后的所述固态电解质进行清洗的步骤中，具体包括下述步骤：将所述固态电解质放入溶剂中，清洗1～3分钟后用无尘纸擦干。
在其中一些实施例中，所述溶剂为去离子水、无水乙醇、无水甲醇、丙酮中的任意一种。
本申请提供的固态电解质晶界面的处理方法，通过对固态电解质晶界处的修饰，使其电势差降低，既得到的固态电解质将拥有更大的临界电流密度，更难以生成枝晶，即拥有更高的循环寿命。该方法实现了创新且快速高效的制备工艺，可做到规模化制备样品。
本申请提供的固态电解质晶界面的处理方法，工艺简单，快速高效，制备得到的固态电解质可用于固态电池的制备，适合于工业化生产。
以下结合具体实施例对本申请上述技术方案进行详细说明。
实施例1
步骤1：将直径为12mm的LLZTO用400目砂纸打磨至光滑后，放入退火炉中。
步骤2：将炉腔内气压抽至1千帕以下后，再将退火炉温度升至300摄氏度，而后通入1000千帕的H2Se气体，保持退火炉温度在300摄氏度10分钟，之后再次将炉腔气压抽至1千帕一下。待退火炉自然冷却至室温后，将LLZTO取出。
步骤3：将取出的LLZTO立即放入无水乙醇中清洗1分钟，而后用无尘纸擦干。
实施例2
步骤1：将直径为12mm的锂铝钛磷用2000目的砂纸打磨至光滑后，放入退火炉中。
步骤2：将炉腔内气压抽至1千帕以下后，再将退火炉温度升至400摄氏度，而后通入2000千帕的H2Se气体，保持退火炉温度在400摄氏度30分钟，之后再次将炉腔气压抽至1千帕一下。待退火炉自然冷却至室温后，将锂铝钛磷取出。
步骤3：将取出的锂铝钛磷立即放入无水甲醇中清洗3分钟，而后用无尘纸擦干。
实施例3
步骤1：将直径为12mm的锂镧钛氧用1000目的砂纸打磨至光滑后，放入退火炉中。
步骤2：将炉腔内气压抽至1千帕以下后，再将退火炉温度升至350摄氏度，而后通入1500千帕的H2Se气体，保持退火炉温度在350摄氏度20分钟，之后再次将炉腔气压抽至1千帕一下。待退火炉自然冷却至室温后，将锂镧钛氧取出。
步骤3：将取出的锂镧钛氧立即放入丙酮中清洗2分钟，而后用无尘纸擦干。
对比例1
与实施例1相比对比例1省略了实施例1中的步骤2，即，对比例1仅仅将LLZTO表面打磨至光滑并将表面清洗干净，而省略了步骤2的使用H2Se气体退火处理的工艺，因而性能差了很多。
图2为未经H2Se退火处理的LLZTO临界电流密度测试图，其最大电流密度为0.3mAcm-2。
图3为经过H2Se退火处理的LLZTO临界电流密度测试图，其最大电流密度为0.6mAcm-2。
图4为经过H2Se退火处理并清洗后的LLZTO表面Se的XPS测试图，可以得知Se元素确实是参与了反应。
综上所述，本发明实施例提供处理固态电解质晶界面以提升其循环寿命的方法，能够快速高效地提升固态电解质的临界电流密度，抑制其锂枝晶的生长，提升其循环寿命。相比其他处理固态电解质的方法，此方法简单且新颖，可做到规模化制备。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，仅具体描述了本发明的技术原理，这些描述只是为了解释本发明的原理，不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处解释，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进，及本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其他具体实施方式，均应包含在本发明的保护范围之内。
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