本发明涉及电池,尤其涉及一种碳包覆固态电解质、电池以及用电设备。
背景技术:
1、电池是一种能够储存电能以及释放电能的器件。锂离子电池是目前商业化应用最为广泛的电池体系。传统的锂离子电池中通常需要采用液态电解质,尽管其能够提供较高的离子电导率,但是也会带来电极副反应以及热稳定性较差的问题,导致电池的安全性能较差。固态电解质的引入不仅能够提高电池的安全性能,还能优化电池的整体性能,具有较高的应用潜力。
2、然而,目前固态电解质还存在容易与电极材料发生副反应以及离子电导率较低的问题,限制了固态电解质的进一步应用。
技术实现思路
1、基于此,有必要针对上述背景技术中的问题,提供一种碳包覆固态电解质,其在使得离子电导率得到有效提高的同时,还能够使得与电极材料之间的副反应得到抑制。
2、根据本公开的一些实施例,提供了一种碳包覆固态电解质,其包括电解质内核以及包覆于所述电解质内核表面的碳包覆层,所述碳包覆层的x射线光电子能谱测试结果中具有如下特征:碳元素具有对应于sp3杂化的第一峰位和对应于sp2杂化的第二峰位,所述第一峰位的强度与所述第二峰位的强度之比≥0.1。
3、在本公开的一些实施例中,在所述碳包覆层的x射线光电子能谱测试结果中,碳元素在284ev~287ev之间具有由所述第一峰位和所述第二峰位叠加形成的复合峰,所述复合峰经过分峰处理之后分别形成位于284~285ev之间的第一峰位和位于285~286ev之间的第二峰位。
4、在本公开的一些实施例中,所述碳包覆层中还包括氧元素,所述碳包覆层的x射线光电子能谱测试结果中还具有如下特征:氧元素在530ev~532ev和528ev~530ev之间均存在峰位。
5、在本公开的一些实施例中,碳包覆层的厚度为1nm~100nm。
6、在本公开的一些实施例中,电解质内核的材料包括氧化物固态电解质、卤化物固态电解质和聚合物固态电解质中的一种或多种;
7、氧化物固态电解质选自磷酸钛铝锂、磷酸锗铝锂、锂镧锆氧和锂磷氧氮中的一种或多种;
8、卤化物固态电解质选自锂铟氯、锂钇氯和锂锆氯中的一种或多种。
9、在本公开的一些实施例中,电解质内核的粒径为100nm~100μm。
10、本公开还提供了一种上述固态电解质的制备方法,其包括在电解质内核表面制备形成碳包覆层的步骤;
11、制备形成碳包覆层的步骤包括:将碳源前驱体与电解质内核混合,于保护性气体中采用微波加热处理以进行煅烧,在电解质内核表面形成碳包覆层;或者,
12、制备形成碳包覆层的步骤包括:将电解质内核设置于沉积腔室中,向沉积腔室中通入碳源气体,采用直接光化学气相沉积或等离子体增强化学气相沉积的方式,在电解质内核表面沉积形成碳包覆层。
13、本公开还提供了一种电池,其包括如上述任一实施例的碳包覆固态电解质。
14、在本公开的一些实施例中,所述电池的正极包括正极活性层,所述碳包覆固态电解质设置于所述正极活性层中;或者,
15、所述电池的正极包括层叠设置的正极活性层以及导离子层,所述碳包覆固态电解质设置于所述导离子层中;或者,
16、所述电池包括正极、负极以及设置于所述正极和所述负极之间的隔离膜,所述碳包覆固态电解质设置于所述隔离膜靠近所述正极的一侧。
17、在本公开的一些实施例中,电池为锂离子电池、固态电池或半固态电池。
18、本公开还提供了一种用电设备,用电设备包括功能主体以及如上述任一实施例的电池,电池用于为功能主体供能。
19、该碳包覆层中不仅含有以sp2杂化方式成键的碳原子,还含有以sp3杂化方式成键的碳原子。相较于sp2杂化的碳原子,sp3杂化方式成键的碳原子所形成的结构更为坚固,同时sp3杂化方式成键的碳原子促进离子传导的作用更为明显。采用第一峰位的强度与第二峰位的强度之比≥0.1的碳包覆层,能够有效避免电解质内核与电极活性材料接触所导致的变质,同时还能够提高固态电解质的离子电导率。
20、经过实验验证,采用该碳包覆固态电解质对于电池中的正极部分进行改性,能够有效提升电池的充放电比容量以及循环稳定性。
21、上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,并可依照说明书的内容予以实施,以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
1.一种碳包覆固态电解质,其特征在于,包括电解质内核以及包覆于所述电解质内核表面的碳包覆层,所述碳包覆层的x射线光电子能谱测试结果中具有如下特征:碳元素具有对应于sp3杂化的第一峰位和对应于sp2杂化的第二峰位,所述第一峰位的强度与所述第二峰位的强度之比≥0.1。
2.根据权利要求1所述的碳包覆固态电解质,其特征在于,在所述碳包覆层的x射线光电子能谱测试结果中,碳元素在284ev~287ev之间具有由所述第一峰位和所述第二峰位叠加形成的复合峰,所述复合峰经过分峰处理之后分别形成位于284~285ev之间的第一峰位和位于285~286ev之间的第二峰位。
3.根据权利要求1所述的碳包覆固态电解质,其特征在于,所述碳包覆层中还包括氧元素,所述碳包覆层的x射线光电子能谱测试结果中还具有如下特征:氧元素在530ev~532ev和528ev~530ev之间均存在峰位。
4.根据权利要求1~3任意一项所述的碳包覆固态电解质,其特征在于,所述碳包覆层的厚度为1nm~100nm。
5.根据权利要求1~3任意一项所述的碳包覆固态电解质,其特征在于,所述电解质内核的材料包括氧化物固态电解质、卤化物固态电解质和聚合物固态电解质中的一种或多种;
6.根据权利要求1~3任意一项所述的碳包覆固态电解质,其特征在于,所述电解质内核的粒径为100nm~100μm。
7.一种电池,其特征在于,包括如权利要求1~6任意一项所述的碳包覆固态电解质。
8.根据权利要求7所述的电池,其特征在于,所述电池的正极包括正极活性层,所述碳包覆固态电解质设置于所述正极活性层中;或者,
9.根据权利要求7~8任意一项所述的电池,其特征在于,所述电池为锂离子电池、固态电池或半固态电池。
10.一种用电设备,其特征在于,所述用电设备包括功能主体以及如权利要求7~9任意一项所述的电池,所述电池用于为所述功能主体供能。