本申请公开了一种复合硅酸盐全固态电池及其制备方法。本申请的复合硅酸盐全固态电池包括正极片、固体电解质薄膜和负极片，正极片中含有正极活性材料、导电材料和含固体电解质的粘结剂，固体电解质薄膜由聚合物固体电解质制备；正极活性材料为碳包覆的通式为Li2MSiO4的纳米级复合硅酸盐，或者碳包覆复合硅酸盐与其它正极材料的混合物。本申请的复合硅酸盐全固态电池，正极片中采用的纳米级复合硅酸盐，不仅可改善正极活性物质电子导电率；而且，碳材料构成的导电网络，还利于复合硅酸盐的能量发挥和倍率性能提高。本申请的制备方法中，采用高温低倍率预活化处理，使得聚合物固体电解质与正极颗粒充分接触，提高了电池的工作性能。
【技术实现步骤摘要】
本申请涉及锂离子电池领域，特别是涉及。
技术介绍
随着石油、天然气、煤炭等石化能源的不断消耗，能源危机变成了二十一世纪的重大战略问题之一。大到动力设备，小到便携式器件，人们对能源的需求越来越严苛。由于锂离子电池具有容量高、循环寿命长以及绿色无污染等特点，迅速在能源存储领域占据一席之地，并广泛用于通讯、计算机等领域。目前，虽然有很多科学研宄，对正极材料和电解液进行不断的开拓创新；但是，锂离子电池在动力汽车领域的应用仍然遇到瓶颈，特别是高温下电解液存在安全隐患。因此，提高锂离子电池在高温运行时的安全性能至关重要。以高温用高性能固态锂离子电池为例，其电极所采用的活性物质要具有高的比容量，以及高温下的结构稳定性，同时其内部需要有优越的导电网络，提高电极中的电子导电率和离子导电率，从而使每个颗粒都尽可能发挥其容量；有机固体电解质方面，在高温下，应具有良好的离子电导率，迀移数以及较宽的电化学工作窗口。这样的电池配置，才能够拥有优越的电化学性能以及高温稳定性。目前，硅酸盐是锂离子正极材料中备受关注的材料之一，一方面，硅酸盐具有较高比容量，例如硅酸亚铁锂的比容量高达322mAh/g，另一方面由于S1-O键具有更强的稳定性，使得该材料晶体结构更加趋于稳定。但是，硅酸盐低的锂离子扩散系数，使其在常温工作时难以发挥其本身的大容量特性。硅酸盐材料本身，其离子导电率和电子导电率随温度变化明显。聚氧化乙烯(缩写PEO)基固体电解质在固体电解质中也是研宄热门之一，PEO基电解质不仅拥有较宽的电化学工作窗口，虽然低温时导电率低，工作性能差，但是，高温时具有高的导电率以及热稳定性，而且该类电解质的合成方法容易，成本低，更容易实现产业化。同时，PEO基电解质，相比于现使用的液态电解液无污染更绿色。
技术实现思路
本申请的目的是提供一种新配方组合的复合硅酸盐全固态电池及其制备方法。本申请采用了以下技术方案:本申请公开了一种复合硅酸盐全固态电池，包括正极片、固体电解质薄膜和负极片，正极片中含有正极活性材料、导电材料和含固体电解质的粘结剂，固体电解质薄膜由聚合物固体电解质制备而成；正极活性材料为碳包覆的通式为Li2MS14的纳米级复合硅酸盐，或者正极活性材料为碳包覆的通式为Li2MS14的纳米级复合硅酸盐与其它正极材料的混合物，其中M为过渡金属。本申请的复合硅酸盐全固态电池对电池的正极片、固体电解质薄膜和负极片进行整体优化改进，特别是正极片中，碳包覆的纳米级复合硅酸盐能改善正极活性物质的电子导电率，同时，通过包覆纳米级复合硅酸盐的碳创造导电网络，更有利于纳米级复合硅酸盐的能量发挥以及倍率性能的提高；可以理解，正极片中含有碳包覆的纳米级复合硅酸盐即具有改善功能，因此，正极活性材料也可为碳包覆的纳米级复合硅酸盐与其它正极材料的混合物。正极材料中掺杂的PVDF-HFP、PEO、PEG、PVC、PEGDMA和PMMA等含固体电解质的粘结剂，可以有效解决正极极片与聚合物固体电解质之间固固界面相容性的问题。需要说明的是，本申请首次将复合硅酸盐应用于固态锂离子电池中，利用其理化特性制备出本申请所需的性能改善的固态电池。本申请的一种优选实施方式中，对组装好的电池预先进行高温低倍率预活化处理，使得聚合物固体电解质与正极颗粒充分接触，提高了电池的工作性能。还需要说明的是，本申请中，负极片采用常规的固体电池的负极片即可；导电材料也可以使用常规材料，但是，本申请的优选方案中，为了达到更好的效果，对导电材料和粘结剂进行了具体限定。优选的，通式Li2MS14中，M为Fe、Mn、N1、Co中的至少一种。优选的，混合物中，其它正极材料为LiFexMnyP04、LiCoO2, LiN12, LiMn2O4, LiVOjPLiNixMnyCozO2中的至少一种，其中，O < x < 1，0 < y < 1，0 < z < I。优选的，含固体电解质的粘结剂选自PVDF-HFP、PEO、PEG、PVC、PEGDMA和PMMA中的至少一种。优选的，固体电解质薄膜由聚合物、填料和锂盐组成；其中，聚合物选自聚氧乙烯、硅氧烷，以及聚氧乙烯或硅氧烷修饰后的衍生物中的至少一种。优选的，锂盐选自LiB0B、LiTFS1、LiC104、LiPF#P LiBF 4中的至少一种。优选的，填料选自沸石、三氧化二铝、二氧化钛和二氧化硅中的至少一种。优选的，导电材料选自金属导电材料、无机非金属材料和导电有机高分子材料中的至少一种。优选的，金属导电材料选自金、银、铜、销、络、铁、锰和钛中的一种或者几种。优选的，无机非金属材料选自碳材料、金属氧化物，或几种金属氧化物构成的合金，或复合材料中的一种或者几种；所述金属氧化物包括金、银、铜、铝、铬、铁、锰或钛中的至少一种的金属氧化物。优选的，碳材料选自Super-P、BP-2000、导电炭黑XC-72和科琴黑中的一种或者几种。优选的，导电有机高分子材料选自聚乙炔、聚苯胺、多巴胺和聚吡咯中的一种或者几种。本申请的另一面公开了本申请的复合硅酸盐全固态电池在高温环境中的应用，该高温环境的温度为80°C?120°C，优选的温度为100°C。需要说明的是，本申请的复合硅酸盐全固态电池能够适应80°C以上的高温环境，最高可以适应120°C的高温环境；并且，根据试验测试数据显示，本申请的复合硅酸盐全固态电池在100°C的高温环境下，电池的性能反而优于室温环境；也就是说，本申请的复合硅酸盐全固态电池不仅可以耐高温工作，而且性能反而更好。本申请的另一面公开了本申请的复合硅酸盐全固态电池的制备方法，具体的，包括在复合硅酸盐全固态电池组装好后，在其正式投入使用之前，预先对其进行高温低倍率预活化处理；其中，高温低倍率预活化处理具体包括，先将电池将放在80 V或者更高温度的环境下静置I?10小时，进行温度活化，然后，使电池处于该温度下，在低倍率0.01?0.2C下进行至少一个周期的充放电，即进行电化学活化，其中，充电到4V以上，再放电到2V以下，为一个周期。需要说明的是，本申请的高温低倍率预活化处理中，高温加热的目的在于软化电解质膜，改善电极与电解质薄膜固-固界面的相容性，然后再进行0.2C低倍率电化学活化，以提高电池的性能。本申请的有益效果在于:本申请的复合硅酸盐全固态电池，其正极片由正极活性材料、导电材料和含固体电解质的粘结剂组成，固体电解质薄膜为聚合物固体电解质。正极片中采用的碳包覆纳米级复合硅酸盐或碳包覆纳米级复合硅酸盐与其它正极材料的混合物，不仅可以改善正极活性物质的电子导电率；而且，碳材料所构成的导电网络，还有利于硅酸亚铁锂的能量发挥和倍率性能的提高。正极片中采用的含固体电解质的粘结剂，能有效的解决正极片和聚合物固体电解质之间的固固界面相容性的问题。本申请的一种实现方式中，采用高温低倍率预活化处理，使得聚合物固体电解质与正极颗粒充分接触，提高了电池的工作性能。本申请的硅酸亚铁锂全固态电池电子导电率性能好、倍率性能高，且高温稳定性强，可以提高电池的高温工作上限，提高电池的工作稳当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种复合硅酸盐全固态电池，包括正极片、固体电解质薄膜和负极片，其特征在于：所述正极片中含有正极活性材料、导电材料和含固体电解质的粘结剂，所述固体电解质薄膜由聚合物固体电解质制备而成；所述正极活性材料为碳包覆的通式为Li2MSiO4的纳米级复合硅酸盐，或者正极活性材料为碳包覆的通式为Li2MSiO4的纳米级复合硅酸盐与其它正极材料的混合物，其中M为过渡金属。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：谭瑞，杨金龙，郑家新，王凯，潘锋，
申请(专利权)人：北京大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东;44
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