一种新型全固态锂离子电池的制备方法技术

一种新型全固态锂离子电池的制备方法，属于锂离子电池技术领域，包括以下步骤：将正极活性物质、导电剂和Li3OX混合并分散均匀，作为正极配料；将负极活性物质、导电剂和Li3OX混合并分散均匀，作为负极配料；将主体固体电解质与Li3OX混合并分散均匀，作为固体电解质层配料；将正极配料涂覆在正极集流体上，负极配料涂覆在负极集流体上，将负极集流体、负极配料、固体电解质层配料、正极配料和正极集流体依次层层堆叠组成固态电池叠芯，向固态电池叠芯施加压力的同时在282～400℃的温度下烧结0.5～48h，用电池膜壳封装烧结后的固态电池叠芯，得到新型全固态锂离子电池；制备方法简单，制成环境友好，适于大规模生产。

Preparation of a New All-solid-state Lithium Ion Battery

【技术实现步骤摘要】
一种新型全固态锂离子电池的制备方法
本专利技术属于锂离子电池
，尤其涉及一种新型全固态锂离子电池的制备方法。
技术介绍
锂离子电池较高的能量密度、较长的循环寿命以及环境友好等优点，被大量应用在手机、笔记本电脑等便携式电子产品和新能源汽车上。但是由于过于追求电池的能量密度，使得锂离子电池的安全性面临严重挑战，锂离子电池爆炸起火的事故频发。为了获得高能量密度和高安全性的锂离子电池，全固态电池登上了锂离子电池的舞台。全固态电池就是用固体电解质取代传统锂离子电池中的电解液，将锂离子的传递由在液体中转变为在固体中。固体电解质主要分为无机固体电解质和聚合物固体电解质，目前有应用前景的固态电解质主要有三个方向：无机硫化物固体电解质(例如Li7P3S11、Li3PS4)、无机氧化物固体电解质(例如LLZO、LATP)和聚合物固体电解质，所述聚合物固体电解质包括纯聚合物固体电解质(例如PEO+锂盐)和聚合物+氧化物固体电解质的复合固体电解质(例如PEO+LLZO+锂盐)。锂离子电导率的顺序为硫化物(10-3-10-2S/cm)>氧化物(10-4-10-3S/cm)>聚合物(10-8-10-5S/cm)，因为聚合物易于制成薄膜以及无定形硫化物易于压制的缘故，这两者目前的应用最广泛，但是，聚合物是有机物，而硫化物接触空气就会发生反应，两者的安全隐患同样很大，另外，聚合物和硫化物固体电解质的电化学窗口较窄，不利于高电压正极材料的应用。而氧化物固体电解质全固态电池安全性最好，电化学窗口较宽，适配的正极材料多，但是，氧化物固体电解质颗粒硬度大，制备氧化物固体电解质薄片温度高，条件苛刻，工艺繁琐，成本高，且在电池压制过程中易碎，又会与正负极间形成巨大的界面阻抗，其应用很受限制，所以纯的氧化物固体电解质很难实际用在电池生产中，在现有技术的记载中，多见于氧化物无机固体电解质与聚合物固体电解质的复合使用。
技术实现思路
为了避免氧化物固体电解质薄片的长期高温烧结过程，减小正、负极与电解质层的界面阻抗、提高全固态电池的安全性、电化学性能以及促进全固态锂离子电池产品的实际应用，本专利技术提供一种新型全固态锂离子电池的制备方法。为了实现上述目的，本专利技术采取如下技术方案：一种新型全固态锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：步骤一：将正极活性物质、导电剂以及粘结剂固体电解质Li3OX混合并分散均匀，作为正极配料；步骤二：将负极活性物质、导电剂以及粘结剂固体电解质Li3OX混合并分散均匀，作为负极配料；步骤三：将主体固体电解质与粘结剂固体电解质Li3OX混合并分散均匀，作为固体电解质层配料；步骤四：将正极配料涂覆在正极集流体上，负极配料涂覆在负极集流体上，将负极集流体、负极配料、固体电解质层配料、正极配料和正极集流体依次层层堆叠，组成固态电池叠芯，然后向固态电池叠芯施加压力的同时在282～400℃的温度下烧结0.5h～48h，用电池膜壳封装烧结后的固态电池叠芯，得到新型全固态锂离子电池；步骤一至步骤三中的Li3OX中的X为F、Cl、Br或I。进一步的，步骤一中，所述正极活性物质、导电剂以及粘结剂固体电解质Li3OX的质量百分比分别为50％-99％、0.5％-49％、0.5％-49％。进一步的，步骤二中，所述负极活性物质、导电剂以及粘结剂固体电解质Li3OX的质量百分比分别为50％-99％、0.5％-49％、0.5％-49％。进一步的，步骤三中，所述主体固体电解质与粘结剂固体电解质Li3OX的质量百分比分别为80％-99％、1％-20％。进一步的，步骤四中，向固态电池叠芯施加的压力满足0.5MPa＜压力＜200MPa。进一步的，步骤一至步骤四均在水分值小于<0.2PPM以及氧气值<0.2PPM的环境中进行。进一步的，所述正极活性物质为钴酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰三元材料、富锂锰材料和硫材料中的一种或多种的组合；所述导电剂为乙炔黑、导电聚合物、碳纳米管、石墨烯中的一种或多种组合；所述负极活性物质为石墨；所述主体固体电解质为纯相LLZO、纯相LATP、纯相LAGP、纯相LLTO、元素掺杂改性固体电解质LLZO、元素掺杂改性固体电解质LATP、元素掺杂改性固体电解质LAGP、元素掺杂改性固体电解质LLTO中的一种或多种的组合；其中，所述元素掺杂改性中的掺杂元素为F、Cl、Br、I、B、N、Si、S、Fe、P、Ta、Bi、Al、Nb、W、Ga、Rb中的一种或多种。一种新型全固态锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：步骤一：将正极活性物质、导电剂以及粘结剂固体电解质Li3OX混合并分散均匀，作为正极配料；步骤二：将主体固体电解质与粘结剂固体电解质Li3OX混合并分散均匀，作为固体电解质层配料；步骤三：将正极配料涂覆在正极集流体上，将正极集流体、正极配料和固体电解质层配料依次层层堆叠组成堆叠体，然后向堆叠体施加压力的同时在282～400℃的温度下烧结0.5h-48h形成正极片与固体电解质层的组合体；步骤四：将熔融的金属锂基材料涂覆在固体电解质层上，冷却使金属锂基材料与固体电解质层结合在一起形成固态电池叠芯，利用电池膜壳封装固态电池叠芯，得到新型全固态锂离子电池；步骤一和步骤二中的Li3OX中的X为F、Cl、Br或I。进一步的，步骤一中，所述正极活性物质、导电剂以及粘结剂固体电解质Li3OX的质量百分比分别为50％-99％、0.5％-49％、0.5％-49％。进一步的，步骤二中，所述主体固体电解质与粘结剂固体电解质Li3OX的质量比分别为80％-99％和1％-20％。进一步的，步骤四中，向堆叠体施加的压力满足0.5MPa＜压力＜200MPa。进一步的，步骤一至步骤四均在水分值小于<0.2PPM以及氧气值<0.2PPM的环境中进行。进一步的，所述正极活性物质为钴酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰三元材料、富锂锰材料和含硫材料中的一种或多种的组合；所述导电剂为乙炔黑、导电聚合物、碳纳米管、石墨烯中的一种或多种组合；所述主体固体电解质为纯相LLZO、纯相LATP、纯相LAGP、纯相LLTO以及元素掺杂改性固体电解质LLZO、元素掺杂改性固体电解质LATP、元素掺杂改性固体电解质LAGP、元素掺杂改性固体电解质LLTO中的一种或多种的组合；其中，所述元素掺杂改性中的掺杂元素为F、Cl、Br、I、B、N、Si、S、Fe、P、Ta、Bi、Al、Nb、W、Ga、Rb中的一种或多种。本专利技术的有益效果：更高的能量密度是锂离子电池不断挑战的目标，但安全性也面临着越来越大的挑战，拥有绝对安全性的氧化物固体电解质全固态电池成为未来锂离子电池的标榜。熔点较低的或无定形的、具有较高锂离子电导率的无机氧化物固体电解质，作为高锂离子电导率氧化物固体电解质、正极活性材料和负极石墨材料的粘结剂，避免了氧化物固体电解质薄片的长期高温烧结过程，同时对减小正、负极与电解质层的界面阻抗、提高全固态电池的绝对安全性具有十分重大的意义，是解决氧化物固体电解质大规模应用的最有效的策略之一，对于提升全固态电池的安全性、电化学性能以及促进全固态锂离子电池产品的实际应用具有最直接的影响。Li7La3Zr2O11(LLZO以及各种元素掺杂改体)石榴石型氧化物固体电解质具有较高的室温锂离子电导率(～本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型全固态锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将正极活性物质(1)、导电剂(2)以及粘结剂固体电解质Li3OX(3)混合并分散均匀，作为正极配料；步骤二：将负极活性物质(7)、导电剂(2)以及粘结剂固体电解质Li3OX(3)混合并分散均匀，作为负极配料；步骤三：将主体固体电解质(4)与粘结剂固体电解质Li3OX(3)混合并分散均匀，作为固体电解质层配料；步骤四：将正极配料涂覆在正极集流体上，负极配料涂覆在负极集流体上，将负极集流体、负极配料、固体电解质层配料、正极配料和正极集流体依次层层堆叠，组成固态电池叠芯，然后向固态电池叠芯施加压力的同时在282～400℃的温度下烧结0.5h～48h，用电池膜壳封装烧结后的固态电池叠芯，得到新型全固态锂离子电池；步骤一至步骤三中的Li3OX中的X为F、Cl、Br或I。

【技术特征摘要】
1.一种新型全固态锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将正极活性物质(1)、导电剂(2)以及粘结剂固体电解质Li3OX(3)混合并分散均匀，作为正极配料；步骤二：将负极活性物质(7)、导电剂(2)以及粘结剂固体电解质Li3OX(3)混合并分散均匀，作为负极配料；步骤三：将主体固体电解质(4)与粘结剂固体电解质Li3OX(3)混合并分散均匀，作为固体电解质层配料；步骤四：将正极配料涂覆在正极集流体上，负极配料涂覆在负极集流体上，将负极集流体、负极配料、固体电解质层配料、正极配料和正极集流体依次层层堆叠，组成固态电池叠芯，然后向固态电池叠芯施加压力的同时在282～400℃的温度下烧结0.5h～48h，用电池膜壳封装烧结后的固态电池叠芯，得到新型全固态锂离子电池；步骤一至步骤三中的Li3OX中的X为F、Cl、Br或I。2.根据权利要求1所述的一种新型全固态锂离子电池的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述正极活性物质(1)、导电剂(2)以及粘结剂固体电解质Li3OX(3)的质量百分比分别为50％-99％、0.5％-49％、0.5％-49％。3.根据权利要求1所述的一种新型全固态锂离子电池的制备方法，其特征在于：步骤二中，所述负极活性物质(7)、导电剂(2)以及粘结剂固体电解质Li3OX(3)的质量百分比分别为50％-99％、0.5％-49％、0.5％-49％。4.根据权利要求1所述的一种新型全固态锂离子电池的制备方法，其特征在于：步骤三中，所述主体固体电解质(4)与粘结剂固体电解质Li3OX(3)的质量百分比分别为80％-99％、1％-20％。5.根据权利要求1所述的一种新型全固态锂离子电池的制备方法，其特征在于：步骤四中，向固态电池叠芯施加的压力满足0.5MPa＜压力＜200MPa。6.根据权利要求1所述的一种新型全固态锂离子电池的制备方法，其特征在于：所述正极活性物质(1)为钴酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰三元材料、富锂锰材料和含硫材料中的一种或多种的组合；所述导电剂为乙炔黑、导电聚合物、碳纳米管、石墨烯中的一种或多种组合；所述负极活性物质(7)为石墨；所述主体固体电解质(4)为纯相LLZO、纯相LATP、纯相LAGP、纯相LLTO、元素掺杂改性固体电解质LLZO、元素掺杂改性固体电解质LATP、元素掺杂改性固体电解质LAGP、元素掺杂改性固体电解质LLTO中的一种或多种的组合；...

【专利技术属性】
技术研发人员：田义军，申红光，叶璐，刘城，赖冠全，何江龙，李俊义，徐延铭，
申请(专利权)人：珠海冠宇电池有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44