一种包含固态电解质的固态锂离子电池的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种包含固态电解质的固态锂离子电池的制备方法，包括步骤：第一步、将聚合物单体1,3‑二氧戊环和第一锂盐溶于小分子溶剂中，配制成第一混合溶液；第二步、将聚合反应引发剂和第二锂盐溶于小分子溶剂中，配制成聚合反应引发液；第三步、将原硅酸四乙酯和第三锂盐，溶于甲酸中配制成第二混合溶液；第四步、将第一混合溶液、聚合反应引发液与第二混合溶液进行混合，获得固态电解质溶液；第五步、将固态电解质溶液注入预先制备的尚未封口和未注入电解液的固态锂离子电池中，然后烘干，在封口后得到完成组装的固态锂离子电池。本发明专利技术能够提升固态电解质的室温电导率，并有效解决固态电解质存在的界面接触不良问题。

A preparation method of solid-state lithium-ion batteries containing solid-state electrolytes

【技术实现步骤摘要】
一种包含固态电解质的固态锂离子电池的制备方法
本专利技术涉及锂离子电池
，特别是涉及一种包含固态电解质的固态锂离子电池的制备方法。
技术介绍
目前，锂离子电池具有电压高、比能量高、循环使用次数多、存储时间长等优点，广泛应用于消费类电子、新能源汽车及储能等领域，锂离子电池的电性能、使用寿命及安全性能的研究及其重要。对于固态锂离子电池，其具有高能量密度和高安全性，使其备受关注。传统的锂离子电池，在电芯的安全性能方面，存在漏液、易起火燃烧甚至爆炸的安全风险，而固态锂离子电池使用固态或者固态化的电解质，降低了漏液、易起火燃烧甚至爆炸的安全风险。因此，沸点高且不易燃烧的固态电解质，成为解决锂离子电池安全问题的重要技术选择。目前，被广泛研究的固态锂离子电池的固态电解质，包括氧化物电解质、硫化物电解质及聚合物电解质。其中，聚合物固态电解质弹性好、易成膜、机械加工性能好，易于工业化生产。但是，聚合物固态电解质具有较低的室温离子电导率以及存在异质界面接触差的问题，始终制约着聚合物电解质的发展前景，不能得到大规模的应用。另外，聚合物电解质在固态电池中的应用，一般采用、印刷、涂布及卷对卷技术，分别在正负极极片上涂布聚合物电解质，然后使其固化，在将正极和负极极片紧密压合在一起，最后进行裁剪叠片制备电极。因为固态电解质中成分对水分很敏感，所述固态电池制备工艺对干燥环境要求比较苛刻。所以，针对固态电池中使用的聚合物固态电解质存在的电导率低、界面接触不良等问题，亟需一种固态电解质技术，提升固态电解质的室温电导率，并实现固态电解质与电极活性材料之间，以及固态电解质与电极之间的软接触，解决固态电解质与电极活性材料之间以及固态电解质与电极之间存在的固-固界面问题。另外，固态电池制备工艺的苛刻制备环境亟需改进。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种包含固态电解质的固态锂离子电池的制备方法，其能够提升固态电解质的室温电导率，并实现固态电解质与电极活性材料之间，以及固态电解质与电极之间的软接触，解决固态电解质与电极活性材料之间以及固态电解质与电极之间存在的固-固界面问题，具有重大的实践意义。为此，本专利技术提供了一种包含固态电解质的固态锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：第一步、将聚合物单体1,3-二氧戊环和第一锂盐，溶于易挥发的小分子溶剂中，配制成第一混合溶液；第二步、将聚合反应引发剂和第二锂盐，溶于易挥发的小分子溶剂中，配制成聚合反应引发液；第三步、将原硅酸四乙酯和第三锂盐，溶于甲酸中，配制成第二混合溶液；第四步、按照预设的质量配比，将第一步获得的第一混合溶液、第二步获得的聚合反应引发液与第三步获得的第二混合溶液进行混合，搅拌均匀，获得固态电解质溶液；第五步、将固态电解质溶液注入预先制备的尚未封口和未注入电解液的固态锂离子电池中，然后将注液后的固态锂离子电池放置于干燥气氛中负压静置进行原位反应，再进行第一次烘干，然后放置于真空箱中进行第二次烘干，在封口后最终得到完成组装的固态锂离子电池。其中，在第一步中，所述第一混合溶液中，1,3-二氧戊环的质量含量为20％～100％，第一锂盐的质量含量为0～30％，小分子溶剂的质量含量为0～50％。其中，在第一步和第二步中，所述小分子溶剂包括氮甲基吡咯烷酮NMP、碳酸二甲酯DMC和甲酸中的至少一种。其中，在第一步中，所述第一锂盐包括LiTFSI、LiPF6、LiBO3和LiClO4中的至少一种。其中，在第二步中，所述聚合反应引发剂包括过氧化苯甲酰、过氧化二碳酸二异丙酯、偶氮二异丁腈和三(三氟甲基-磺酸)铝中的至少一种；在第二步中，在所述聚合反应引发液中，聚合反应引发剂的摩尔浓度为0～0.01M；在第二步中，所述第二锂盐包括LiTFSI、LiPF6、LiBO3、LiClO4和LiFSI中的至少一种；在聚合反应引发液中，第二锂盐的质量含量为0～30％。其中，在第三步中，所述第三锂盐包括LiTFSI、LiPF6、LiBO3、LiClO4和LiFSI等锂盐中的至少一种。其中，在第三步中，在第二混合溶液中，第三锂盐的质量含量为0～30％，原硅酸四乙酯的质量含量为1％～20％，甲酸的质量含量为50％～99％。其中，在第四步中，第一步获得的第一混合溶液、第二步获得的聚合反应引发液与第三步获得的第二混合溶液，它们之间进行混合时，分别具有的质量含量为20％～80％、0～20％和20％～80％。其中，在第五步中，将注液后的固态锂离子电池放置于干燥气氛中进行第一次烘干时，烘干温度为50～120℃，烘干时间为1～20小时；然后，在真空箱中进行第二次烘干，烘干温度为50～120℃，烘干时间为1～60小时，封装，最终得到完成组装的固态锂离子电池。由以上本专利技术提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本专利技术提供了一种包含固态电解质的固态锂离子电池的制备方法，其能够提升固态电解质的室温电导率，并实现固态电解质与电极活性材料之间，以及固态电解质与电极之间的软接触，解决固态电解质与电极活性材料之间以及固态电解质与电极之间存在的固-固界面问题，具有重大的实践意义。此外，本专利技术采用的固态锂离子电池的制备方法，是一种新的制备方法，通过对制备工艺的改进，对制备过程中各工序的干燥环境要求显著降低，将对了生产的难度，提高了电池的生产效率和质量合格率。附图说明图1为本专利技术提供的一种包含固态电解质的固态锂离子电池的制备方法的流程图；图2为运用本专利技术提供的一种包含固态电解质的固态锂离子电池的制备方法，在实施例1中所制备获得的固态锂离子电池的结构示意图；图3为运用本专利技术提供的一种包含固态电解质的固态锂离子电池的制备方法，在实施例1中所制备获得的固态锂离子电池的充放电曲线示意图；图4为运用本专利技术提供的一种包含固态电解质的固态锂离子电池的制备方法，在实施例2中所制备获得的固态锂离子电池的结构示意图；图5为运用本专利技术提供的一种包含固态电解质的固态锂离子电池的制备方法，在实施例2中所制备获得的固态锂离子电池的充放电曲线示意图；图6为运用本专利技术提供的一种包含固态电解质的固态锂离子电池的制备方法，在实施例3中所制备获得的固态锂离子电池的结构示意图；图7为运用本专利技术提供的一种包含固态电解质的固态锂离子电池的制备方法，在实施例3中所制备获得的固态锂离子电池的充放电曲线示意图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面结合附图和实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。参见图1，本专利技术提供了一种包含固态电解质的固态锂离子电池的制备方法，采用双原位反应的协同作用，在固态电池中将液态电解质单体原位固化，实现了双原位反应技术在固态电池中的应用，具体包括以下步骤：第一步、将聚合物单体1,3-二氧戊环和第一锂盐，溶于易挥发的小分子溶剂中，配制成第一混合溶液(即聚合物单体和第一锂盐的混合溶液)；第二步、将聚合反应引发剂和第二锂盐，溶于易挥发的小分子溶剂中，配制成聚合反应引发液；第三步、将原硅酸四乙酯和第三锂盐，溶于甲酸中，配制成第二混合溶液(即第三锂盐、原硅酸四乙酯和甲酸的混合溶液)；第四步、按照预设的质量配比，将第一步获得的第一混合溶液、第二步获得的聚合反应引发液与第三步获得的第二混合溶液进行混合，搅拌均匀，获得固态电解质溶液(即聚合反应混合溶液)；第五步、将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种包含固态电解质的固态锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步、将聚合物单体1,3‑二氧戊环和第一锂盐，溶于易挥发的小分子溶剂中，配制成第一混合溶液；第二步、将聚合反应引发剂和第二锂盐，溶于易挥发的小分子溶剂中，配制成聚合反应引发液；第三步、将原硅酸四乙酯和第三锂盐，溶于甲酸中，配制成第二混合溶液；第四步、按照预设的质量配比，将第一步获得的第一混合溶液、第二步获得的聚合反应引发液与第三步获得的第二混合溶液进行混合，搅拌均匀，获得固态电解质溶液；第五步、将固态电解质溶液注入预先制备的尚未封口和未注入电解液的固态锂离子电池中，然后将注液后的固态锂离子电池放置于干燥气氛中负压静置进行原位反应，再进行第一次烘干，然后放置于真空箱中进行第二次烘干，在封口后最终得到完成组装的固态锂离子电池。

【技术特征摘要】
1.一种包含固态电解质的固态锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步、将聚合物单体1,3-二氧戊环和第一锂盐，溶于易挥发的小分子溶剂中，配制成第一混合溶液；第二步、将聚合反应引发剂和第二锂盐，溶于易挥发的小分子溶剂中，配制成聚合反应引发液；第三步、将原硅酸四乙酯和第三锂盐，溶于甲酸中，配制成第二混合溶液；第四步、按照预设的质量配比，将第一步获得的第一混合溶液、第二步获得的聚合反应引发液与第三步获得的第二混合溶液进行混合，搅拌均匀，获得固态电解质溶液；第五步、将固态电解质溶液注入预先制备的尚未封口和未注入电解液的固态锂离子电池中，然后将注液后的固态锂离子电池放置于干燥气氛中负压静置进行原位反应，再进行第一次烘干，然后放置于真空箱中进行第二次烘干，在封口后最终得到完成组装的固态锂离子电池。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在第一步中，所述第一混合溶液中，1,3-二氧戊环的质量含量为20％～100％，第一锂盐的质量含量为0～30％，小分子溶剂的质量含量为0～50％。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在第一步和第二步中，所述小分子溶剂包括氮甲基吡咯烷酮NMP、碳酸二甲酯DMC和甲酸中的至少一种。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在第一步中，所述第一锂盐包括LiTFSI、LiPF6、LiBO3和LiClO4中的至少一种。5.如权利要求1所述的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟繁慧，郑涛，刘婧，谢富国，周江，伍绍中，
申请(专利权)人：天津力神电池股份有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12