一种磷酸铁锂/凝胶电解质复合正极材料及其制备方法和一种固态锂电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种磷酸铁锂/凝胶电解质复合正极材料及其制备方法。本发明专利技术在制备复合正极材料过程中，将磷酸铁锂粉体和导电炭黑以及锂盐溶液等以均质浆料的形式涂覆在集流体上再进行紫外光固化，使得电解质均匀地包覆在磷酸铁锂纳米颗粒表面，实现了磷酸铁锂粉体表面均匀的包覆凝胶电解质，实现了正极材料与电解质分子级别的结合，从而显著增大了电解质和磷酸铁锂之间的接触面积，促进了锂离子的转移和传输，减小了电极的极化和界面阻抗。本发明专利技术还提供了一种采用上述技术方案所述正极得到的固态锂电池。

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸铁锂/凝胶电解质复合正极材料及其制备方法和一种固态锂电池及其制备方法
本专利技术属于固态锂电池
，尤其涉及一种磷酸铁锂/凝胶电解质复合正极材料及其制备方法和一种固态锂电池及其制备方法。
技术介绍
随着全球经济的不断发展，人民生活水平的不断提高，能源和环境问题也日益突出。作为电能储存的载体，锂离子二次电池具有能量密度高、循环寿命长、自放电效应小、对环境友好等优势，目前已被广泛应用在移动电话、数码便携产品等领域。电解质作为锂离子电池中的重要组成部分，在起着传输离子的重要作用。然而，传统锂离子电池电解液的泄露、燃烧甚至爆炸等安全问题近些年频繁发生，成为一种潜在的安全隐患。固态电解质相比与传统液态电解液，具有不易燃、不易挥发、无泄露等优势，能够从根本上解决锂离子电池的安全性问题；同时，固态电解质具有更宽的电势窗口，并且可以同时取代电解液和隔膜，可以显著提高电池的工作电压，提高电池的能量密度；此外，固态电解质还具有更高的热稳定性和机械强度，因而理论上能够使电池在更严苛的环境条件下工作并具有更长的循环寿命；固态电解质的上述优势，使得固态锂电池备受关注。然而，目前阻碍固态电解质应用的主要瓶颈是固态电极与固态电解质之间的界面问题，锂离子在电极与电解质之间的转移受到阻碍，严重影响电池的高倍率性能、循环稳定性等。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种磷酸铁锂/凝胶电解质复合正极材料及其制备方法和一种固态锂电池及其制备方法，本专利技术制备的磷酸铁锂/凝胶电解质复合正极材料与电解质之间接触良好，以此得到的锂电池循环稳定性优异。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种磷酸铁锂/凝胶电解质复合正极材料，包括集流体和在所述集流体表面的活性材料组合物；所述活性材料组合物包括磷酸铁锂粉体、导电炭黑以及包裹在磷酸铁锂粉体和导电炭黑表面的凝胶电解质；所述凝胶电解质含有聚合的聚乙二醇二丙烯酸酯和固化锂盐电解质。优选的，所述磷酸铁锂粉体和导电炭黑的质量比优选为(3～4):1；所述固化锂盐电解质中锂元素和聚合的聚乙二醇二丙烯酸酯中-CCO-链段的摩尔比为(7～9)：1；所述固化锂盐电解质中锂盐与磷酸铁锂粉体的质量比为1:(8～70)；所述活性材料组合物在集流体表面的包覆量为为0.6～1.8g/cm2。本专利技术还提供了一种磷酸铁锂/凝胶电解质复合正极材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将磷酸铁锂粉体、导电炭黑、聚乙二醇二丙烯酸酯、光引发剂、锂盐溶液和分散溶剂混合均质，得到均质浆料；(2)将所述步骤(1)中的均质浆料涂覆在集流体表面，得到极片；(3)将所述步骤(2)得到的极片进行紫外光固化，得到磷酸铁锂/凝胶电解质复合正极材料。优选的，所述磷酸铁锂粉体的粒径为200～800nm；所述聚乙二醇二丙烯酸酯的相对分子质量为400～1000；所述光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮；所述分散溶剂为无水乙腈。优选的，所述磷酸铁锂粉体和导电炭黑的质量比为(3～4):1；所述锂盐溶液中锂离子与聚乙二醇二丙烯酸酯中-CCO-链段的摩尔比为(7～9)：1；所述锂盐溶液中锂盐与磷酸铁锂粉体的质量比为1:(8～70)；所述光引发剂的质量为聚乙二醇二丙烯酸酯质量的1％～5％；所述分散溶剂的体积与磷酸铁锂粉体的质量比为(0.8～2)mL：1g。优选的，所述锂盐溶液中锂盐为LiTFSI、LiClO4和LiPF6中的一种或多种；所述锂盐溶液中溶剂包括碳酸乙烯酯和辅助溶剂，所述辅助溶剂为碳酸二乙酯、碳酸二甲酯和聚碳酸酯中的一种或多种。优选的，所述步骤(2)中涂覆的涂覆量以均质浆料中磷酸铁锂粉体、导电炭黑、聚乙二醇二丙烯酸酯、光引发剂和锂盐溶液的总质量计，为0.6～1.8g/cm2。本专利技术提供了一种固态锂电池，包括依次设置的正极、纤维素膜和金属锂负极，所述正极的材质为上述技术方案所述的磷酸铁锂/凝胶电解质复合正极材料或上述技术方案所述制备方法制备得到的磷酸铁锂/凝胶电解质复合正极材料；所述正极和金属锂负极之间含有电解质，所述电解质为包括聚乙二醇二丙烯酸酯、引发剂和锂盐溶液的电解质溶液的固化物。本专利技术还提供了上述技术方案所述的固态锂电池的制备方法，包括以下步骤：(I)以上述技术方案所述的磷酸铁锂/凝胶电解质复合正极材料或上述技术方案所述制备方法制备得到的磷酸铁锂/凝胶电解质复合正极材料作为正极，以金属锂作为负极，将所述正极、纤维素膜和金属锂负极依次设置，得到电池基体；(II)在所述电池基体的正极和金属锂负极之间注入所述电解质溶液后，进行封装得到扣式电池；所述电解质溶液包括聚乙二醇二丙烯酸酯、引发剂和锂盐溶液；(III)将所述步骤(II)得到的扣式电池进行加热处理，得到固态锂电池。优选的，所述步骤(III)中加热处理的温度为60～70℃，加热处理的时间为2～6h。本专利技术提供了一种磷酸铁锂/凝胶电解质复合正极材料，包括集流体和在所述集流体表面的活性材料组合物；该活性材料组合物包括磷酸铁锂粉体、导电炭黑以及包裹在磷酸铁锂粉体和导电炭黑表面的凝胶电解质，而凝胶电解质含有聚合的聚乙二醇二丙烯酸酯和固化锂盐电解质。本专利技术提供的磷酸铁锂/凝胶电解质复合正极实现了电解质均匀地包覆在磷酸铁锂纳米颗粒表面，从而显著增大了两者的接触面积，促进了锂离子的转移和传输，减小了电极的极化和界面阻抗。本专利技术还提供了一种磷酸铁锂/凝胶电解质复合正极材料的制备方法，本专利技术在制备复合正极材料过程中，将磷酸铁锂粉体和导电炭黑以及锂盐溶液等以均质浆料的形式涂覆在集流体上再进行紫外光固化，使得电解质均匀地包覆在磷酸铁锂纳米颗粒表面，实现了磷酸铁锂粉体表面均匀的包覆凝胶电解质，实现了正极材料与电解质分子级别的结合，显著增大了电解质和磷酸铁锂之间的接触面积，促进了锂离子的转移和传输，减小了电极的极化和界面阻抗，避免固态电解质流动性不好，难以渗入到正极的孔隙中所导致的传输效果差的问题。实施例的结果表明，采用本专利技术制备得到的磷酸铁锂/凝胶电解质复合正极材料制备的固态锂电池倍率性能优异，固体锂电池循环100次后仍有87.3％的容量保持，库伦效率保持在99.5％以上，表现出良好的循环稳定性。另外，本专利技术通过原位固化的方法制备固态锂电池，使电极与电解质层紧密地接触，确保足够的锂离子传输通道，可以满足电池在较大电流密度下的进行充放电。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1为实施例1所制备的磷酸铁锂/凝胶电解质复合正极的不同倍数SEM图；图2为实施例1得到的磷酸铁锂/凝胶电解质复合正极的TEM图。图3为实施例1得到的固态锂电池中磷酸铁锂/凝胶电解质复合正极与凝胶电解质界面的SEM图；图4为实施例1得到的固态电池的倍率性能图；图5为实施例1得到的固态电池在1C电流密度下的循环性能图；图6为实施例1得到的固态电池在循环前和循环不同次数后的电化学阻抗图谱。具体实施方式本专利技术提供了一种磷酸铁锂/凝胶电解质复合正极材料，包括集流体和在所述集流体表面的活性材料组合物；所述活性材料组合物包括磷酸铁锂粉体、导电炭黑以及包裹在磷酸铁锂粉体和导电炭黑表面的凝胶电解质；所述凝胶电解质含有聚合的聚乙二醇二丙烯酸酯和固化锂盐电解质。本专利技术提供的磷酸铁锂/凝胶电解质复合正极材料包括集流体和在集本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磷酸铁锂/凝胶电解质复合正极材料，包括集流体和包覆在所述集流体表面的活性材料组合物；所述活性材料组合物包括磷酸铁锂粉体、导电炭黑以及包裹在磷酸铁锂粉体和导电炭黑表面的凝胶电解质；所述凝胶电解质含有聚合的聚乙二醇二丙烯酸酯和固化锂盐电解质。

【技术特征摘要】
1.一种磷酸铁锂/凝胶电解质复合正极材料，包括集流体和包覆在所述集流体表面的活性材料组合物；所述活性材料组合物包括磷酸铁锂粉体、导电炭黑以及包裹在磷酸铁锂粉体和导电炭黑表面的凝胶电解质；所述凝胶电解质含有聚合的聚乙二醇二丙烯酸酯和固化锂盐电解质。2.根据权利要求1所述的磷酸铁锂/凝胶电解质复合正极材料，其特征在于，所述磷酸铁锂粉体和导电炭黑的质量比优选为(3～4):1；所述固化锂盐电解质中锂元素和聚合的聚乙二醇二丙烯酸酯中-CCO-链段的摩尔比为(7～9)：1；所述固化锂盐电解质中锂盐与磷酸铁锂粉体的质量比为1:(8～70)；所述活性材料组合物在集流体表面的包覆量为为0.6～1.8g/cm2。3.一种磷酸铁锂/凝胶电解质复合正极材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将磷酸铁锂粉体、导电炭黑、聚乙二醇二丙烯酸酯、光引发剂、锂盐溶液和分散溶剂混合均质，得到均质浆料；(2)将所述步骤(1)中的均质浆料涂覆在集流体表面，得到极片；(3)将所述步骤(2)得到的极片进行紫外光固化，得到磷酸铁锂/凝胶电解质复合正极材料。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述磷酸铁锂粉体的粒径为200～800nm；所述聚乙二醇二丙烯酸酯的相对分子质量为400～1000；所述光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮；所述分散溶剂为无水乙腈。5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述磷酸铁锂粉体和导电炭黑的质量比为(3～4):1；所述锂盐溶液中锂离子与聚乙二醇二丙烯酸酯中-CCO-链段的摩尔比为(7～9)：1；所述锂盐溶液中锂盐与磷酸铁锂粉体的质量比为1:(8～70)；所述光引发剂的质量为聚乙二醇二丙烯酸酯质量的1％～...

【专利技术属性】
技术研发人员：王秀丽，张晟昭，涂江平，夏新辉，谷长栋，
申请(专利权)人：浙江大学山东工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：山东,37