一种连续制备及转移固态电解质膜的方法技术

本发明专利技术公开了一种连续制备及转移固态电解质膜的方法，该方法利用固态电解质膜成型装置实现电解质浆液的连续固化成型，集成了电解质调浆/注料、模具转移及烘干于一体，通过控制皮带转速、模具规格、烘干温度等参数，制备各种形状及厚度的固态电解质膜，且制备的固态电解质膜相对剪切电解质膜减少了毛刺的产生，增加了安全性能，同时兼顾降低界面阻抗的要求；该方法操作简单，效率较高，成本低，易于工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种连续制备及转移固态电解质膜的方法
本专利技术涉及一种连续制备电解质膜，以及实现电解质膜转移的方法，属于新能源锂电池领域。
技术介绍
随着新能源汽车的快速发展，锂离子电池在新能源领域占据越来越重要的地位，人们对锂电池的各项性能要求也越来越高。相比传统使用电解液型的锂离子电池，全固态锂电池由于使用固态电解质取代了电解液和隔膜，电池更薄且体积更小；并且适用的材料体系也更加灵活，譬如可以使用金属锂作为负极，从而提升整个电池的能量密度；此外杜绝了电解液泄露，提升了电池的安全性能。固态电解质膜的制备是全固态锂离子电池的关键技术之一。和液态电池不同，固态电池中的固态电解质与电极由于是固-固接触，电解质对于电极材料往往没有类似于液体电解液那样的浸润性，以至其界面阻抗一般大一个数量级以上，不利于锂离子传输，从而引起浓差极化，增加过电势，最终使电池无法大倍率充放电。针对电解质与电极之间界面阻抗过高的问题，产业界往往通过烧结法(201280054038.6)、浸渍法(201410019070.1)和涂覆法(201310674203.4)来进行解决。其共同之处都是先制备极片，然后将配制好的电解质浆料涂/挂在极片上，进而干燥得到附着固态电解质的极片，再进行下一步组装。这些方法要求电解质浆料具有一定的粘度，从而能使涂覆顺利进行。此外，在切片步骤，由于电解质膜和电极材料的面积基本相当，切片产生的毛刺容易在电池组装时接触另一电极，从而造成电池内部的微短路，留下安全隐患，且现有的方法步骤繁琐，难以实现机械化大规模生产。
技术实现思路
针对现有的锂离子固体电解质膜制备工艺存在的技术问题，本专利技术的目的是在于提供一种固态电解质膜的成型工艺，该工艺通过模具成型，不但可以通过设计模具形状来控制电解质的成膜形状，而且可以有效地避免现有涂布工艺对于电解质浆料粘度的要求(特别是低粘度下电解质容易流动的情况，难以采用涂布工艺)，还能够灵活控制电解质膜的面积并方便转移至极片，使得电解质膜能够覆盖电极材料，并减少了裁剪电解质导致产生的毛刺，增加了安全性能，同时兼顾降低界面阻抗的要求，特别是通过该方法可以实现电解质膜的连续生产，有利于降低工业化生产成本。为了实现上述技术目的，本专利技术提供了一种连续制备及转移固态电解质膜的方法，该方法将电解质浆料通过固态电解质膜成型装置实现连续成型；所述固态电解质膜成型装置包括注料机、传送系统及烘箱；所述传送系统包括传送带和传动轮组，传送带架设在传动轮组上；所述传送带上表面设有若干料槽，在各料槽内均设有模具；所述传送带在传送方向的上游上方设有注料机，所述传送带在传送方向的下游贯穿烘箱内部；在电解质膜成型过程中：先将电解质浆料通过注料机注入传送带表面凹槽的模具内，模具随传送带传送进入烘箱，在烘箱内烘干成型，利用机械手在烘箱出口转移模具。优选的方案，所述电解质浆料的固含量为2～20％。优选的固含量为2～10％。优选的方案，所述烘箱的长度设置为5～20m，传送带速度控制在0.1～200m/min，烘箱内温度控制在50～150℃。传送带速度优选为0.5～20m/min。烘箱内温度优选为60～120℃。烘箱的长度设置10～15m。在优选的条件下可以控制电解质浆料干燥成型。优选的方案，所述电解质浆料包括聚合物电解质、氧化物电解质、硫化物电解质、氮化物电解质、有机无机复合电解质其中至少一种电解质和溶剂。优选的方案，所述溶剂为水、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺、二氯甲烷、二甲亚砜、乙酸乙酯、乙酸丁酯、N-甲基吡络烷酮中至少一种。优选的方案，所述聚合物电解质包括聚氧乙烯、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、纤维素、聚氨酯、聚硅氧烷、聚丙烯酸、羟丙基甲基纤维素中至少一种与锂盐的混合物。优选的方案，所述氧化物电解质为锂镧钛氧、锂钽钛氧、锂镧钽锆氧、锂钛磷氧、锂锌锗氧、锂硅氧、锂铝硅氧、锂铝锗磷氧、锂钛锆磷氧中至少一种。优选的方案，所述硫化物电解质包括锂硅氧硫、锂硅磷硫、锂镓锗硫、锂锑磷硫、锂锗磷硫、锂锡磷硫、锂锌锆硫、锂磷硫中至少一种。优选的方案，所述氮化物电解质包括锂磷氧氮、氮化锂中至少一种。优选的方案，所述有机无机复合电解质包括含锂金属有机框架和/或金属有机框架-锂盐混合物。本专利技术可以利用机械手抓取传送带料槽中的模具，将干燥成型后的电解质膜带出，待用或直接装配在涂布好或进行切片后的极片上。所述极片包括三元正极、磷酸铁锂、钴酸锂、含硫正极、金属锂或含碳负极。本专利技术的电解质浆料中包含导离子材料、碱金属/碱土金属盐、溶剂、分散剂、粘结剂等添加剂。本专利技术的固态电解质膜成型装置结构如图1所示。固态电解质膜成型装置主体包括注料机2、传送系统及烘箱1。所述传送系统包括传送带5和传动轮组6，传动轮组包括主传动轮和从传动轮，主动轮按逆时针方向转动，带动皮带传送。传送带架设在主传动轮和从传动轮上。所述传送带上表面设有若干料槽4，料槽等间距均匀分布在传送带表面。在各料槽内均设有模具3，模具可以拆卸，模具的大小形状可以根据所需电解质膜的形状进行设计，模具材料可以采用常规的材料，如金属材料。所述传送带在传送方向的上游上方设有注料机，注料机内装有预先调配好的电解质浆液，注料机通过电脑程序控制，间歇式向料槽的模具内注射电解质浆料，电解质浆料的注入量根据所需的电解质膜厚度来确定。所述传送带在传送方向的下游贯穿烘箱内部，烘箱内部通过电热丝加热。相对现有技术，本专利技术技术方案带来的有益技术效果：本专利技术技术方案实现电解质膜的机械化连续生产，简化了工艺，提高了生产效率，降低生产成本。本专利技术技术方案对电解质膜的大小、厚度等尺寸容易控制，对电解质浆液的粘度没有要求，有效地避免现有涂布工艺对于电解质浆料粘度的要求，如特别是低粘度下电解质容易流动的情况，难以采用涂布工艺。本专利技术技术方案通过设计模具形状来控制电解质的成膜形状，够灵活控制电解质膜的面积并方便转移至极片，使得电解质膜能够覆盖电极材料，并减少了裁剪电解质导致产生的毛刺，增加了安全性能，同时兼顾降低界面阻抗的要求。本专利技术技术方案适应范围广，适应各种电解质膜的制备。附图说明图1为固态电解质膜成型装置示意图；其中，1为烘箱，2为注料机，3为模具，4为料槽，5为传送带，6为传动轮组；图2为实施例3的电化学阻抗对比图。具体实施方式以下实施例旨在结合附图对本
技术实现思路
进行详细说明，而不是限制本专利技术权利要求的保护范围。实施例1：配制5％固含的电解质浆料：将聚氧乙烯(1,000,000分子量)、硫化锂、LiTFSI按4:4:2质量比配置5kg电解质浆料并利用机械搅拌分散在一定量乙腈中，使其固含量为5％。将上述电解质浆料倒入注料机中，启动传动带，将25*25cm模具固定在传送带凹槽中，注料机往模具中下料，带有浆料的模具随传送带进入烘箱，在60℃下以20m/min的速度通过25m长的烘箱进行烘烤，去除溶剂。在烘箱出口处获得干燥的电解质膜，通过机械手将连有电解质膜的模具转移到切好的附有磷酸铁锂正极的铝箔上，再与石墨负极进行叠片，最后封装成软包电池。实施例2：配制10％固含的电解质浆料：将聚偏氟乙烯(200,000分子量)、MIL53(Cr)、LiBF4按6:1:3质量比配置8kg电解质浆料并利用机械搅拌分散在一定量DM本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种连续制备及转移固态电解质膜的方法，其特征在于：电解质浆料通过固态电解质膜成型装置实现连续成型；所述固态电解质膜成型装置包括注料机、传送系统及烘箱；所述传送系统包括传送带和传动轮组，传送带架设在传动轮组上；所述传送带上表面设有若干料槽，在各料槽内均设有模具；所述传送带在传送方向的上游上方设有注料机，所述传送带在传送方向的下游贯穿烘箱内部；在电解质膜成型过程中：先将电解质浆料通过注料机注入传送带表面凹槽的模具内，模具随传送带传送进入烘箱，在烘箱内烘干成型，利用机械手在烘箱出口转移模具。

【技术特征摘要】
1.一种连续制备及转移固态电解质膜的方法，其特征在于：电解质浆料通过固态电解质膜成型装置实现连续成型；所述固态电解质膜成型装置包括注料机、传送系统及烘箱；所述传送系统包括传送带和传动轮组，传送带架设在传动轮组上；所述传送带上表面设有若干料槽，在各料槽内均设有模具；所述传送带在传送方向的上游上方设有注料机，所述传送带在传送方向的下游贯穿烘箱内部；在电解质膜成型过程中：先将电解质浆料通过注料机注入传送带表面凹槽的模具内，模具随传送带传送进入烘箱，在烘箱内烘干成型，利用机械手在烘箱出口转移模具。2.根据权利要求1所述的一种连续制备及转移固态电解质膜的方法，其特征在于：所述电解质浆料的固含量为2～20％。3.根据权利要求1所述的一种连续制备及转移固态电解质膜的方法，其特征在于：所述烘箱的长度设置为5～20m，传送带速度控制在0.1～200m/min，烘箱内温度控制在50～150℃。4.根据权利要求1所述的一种连续制备及转移固态电解质膜的方法，其特征在于：所述电解质浆料包括聚合物电解质、氧化物电解质、硫化物电解质、氮化物电解质、有机无机复合电解质其中至少一种电解质和溶剂。5.根据权利要求4所述的一种连续制备及转移固态电解质膜的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海斌，
申请(专利权)人：浙江隆劲电池科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33