一种锂离子电池及其制备方法和电动车辆技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池及其制备方法和电动车辆，所述锂离子电池包括正极、负极以及位于正极和负极之间的复合电解质层，所述复合电解层包括凝胶聚合物电解质层、位于所述凝胶聚合物电解质层表面的固态聚合物电解质层以及位于所述固态聚合物电解质层表面的多孔陶瓷涂层；所述凝胶聚合物电解质层与正极相对，所述多孔陶瓷涂层与负极相对；所述多孔陶瓷涂层包括陶瓷颗粒、分散剂和第一粘结剂。当所述负极为金属锂或者锂合金时，所述复合电解质层能减少电解液与负极之间的副反应，并能有效缓冲负极的体积膨胀效应，进而使得整个电池的循环性能和安全性能大大提高。

Lithium ion battery and its preparation and electric vehicle

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池及其制备方法和电动车辆
本专利技术属于锂离子电池领域，尤其涉及一种锂离子电池及其制备方法，以及采用该锂离子电池的电动车辆。
技术介绍
随着锂离子电池能量密度的不断提高，传统的石墨材料(理论比容量仅为372mAh/g)已经远远不能满足人们的需求，人们相继开发出了多款高比容量的负极材料，其中，金属锂负极的比容量为3860mAh/g，电势为3.04V(vs标准氢电极)，非常适合作为电池负极使用，相关学者计算表明，如果将锂离子电池中的石墨负极，替换为金属锂负极，比能量可达到440Wh/kg，几乎是现有锂离子电池的两倍，然后金属锂负极与传统的液体电解质之间不相容，两者之间会发生副反应，为了使用金属锂负极，需要使用固态电解质代替传统的液体电解质。目前凝胶聚合物电解质用于解决金属锂负极存在的锂枝晶问题引起了人们极大的关注，凝胶聚合物电解质具有良好的机械加工性能和成膜性，且与金属锂之间形成稳定的界面，可避免电解液的泄露，安全性高；然而，凝胶聚合物电解质直接与锂金属负极接触时，凝胶聚合物电解质中仍然存在电解液，会与锂金属发生反应，造成电解性能的恶化，并且，金属锂负极在充放电过程中体积变化极大(例如，膨胀和收缩)，这种体积变化不仅使与锂金属接触的固态电解质变形，并且会破坏所述固态电解质，还会造成负极材料发生破裂、粉化、结构崩塌等缺点；另外，锂金属电池在重复的充电和放电循环过程中，从锂金属电极中逐渐生成出锂枝晶，经过电解质，并最终与正极接触，造成电池内部短路，这些过程不仅会造成电池容量的衰降还会对其安全性产生不利的影响。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术提供了一种锂离子电池，包括正极、负极以及位于正极和负极之间的复合电解质层，其特征在于，所述复合电解层包括凝胶聚合物电解质层、位于所述凝胶聚合物电解质层表面的固态聚合物电解质层以及位于所述固态聚合物电解质层表面的多孔陶瓷涂层；所述凝胶聚合物电解质层与正极相对，所述多孔陶瓷涂层与负极相对；所述多孔陶瓷涂层包括陶瓷颗粒、分散剂和第一粘结剂。优选的，所述负极包括负极活性材料，所述负极活性材料为金属锂或锂合金。优选的，所述多孔陶瓷涂层的孔隙率为30～50％。优选的，所述多孔陶瓷涂层的平均孔径为50～400nm。优选的，所述陶瓷颗粒的平均粒径为100～500nm。优选的，所述陶瓷颗粒包括Al2O3、TiO2、SiO2、ZrO2、ZnO、SnO2中的一种或多种，所述分散剂包括聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸铵、聚氧化乙烯、聚乙烯亚胺中的一种或多种；所述第一粘结剂包括聚偏氟乙烯及其共聚物，丁苯橡胶，丁腈橡胶，顺丁橡胶，三元乙丙橡胶，聚氧化乙烯及其共聚物，聚丙烯酸酯，聚酰胺，聚丙烯酸，聚氨基甲酸乙酯，聚乙烯基乙醚，聚丙烯腈中的一种或多种。优选的，以所述多孔陶瓷涂层的总质量为基准，所述陶瓷颗粒的含量为90～96.8％；所述分散剂的含量为0.2～2％，所述第一粘结剂的含量为3～8％。优选的，所述固态聚合电解质包括聚合物基体和分散于所述聚合物基体中的锂盐。优选的，所述聚合物基体为聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯中一种或多种；所述锂盐选自LiTFSI、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiBOB、LiFSI中的一种或多种。优选的，所述凝胶聚合物电解质还包括聚合物膜和吸附于聚合物膜中的电解液。优选的，所述聚合物膜包括聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚氰基丙烯酸异丙酯、聚苯硫醚体和聚氯乙烯中的一种或多种。优选的，所述凝胶聚合物电解质层的厚度为7μm～30μm，所述固态聚合物层的厚度为0.5μm～3μm，所述多孔陶瓷涂层的厚度为0.5μm～1.5μm。优选的，所述凝胶聚合电解质层和/或固态聚合物电解质层还包括有无机纳米颗粒；所述无机纳米颗粒选自Al2O3、TiO2、SiO2、ZrO2、ZnO、SnO2中的一种或多种。优选的，所述凝胶聚合物电解质层中的无机纳米颗粒占凝胶聚合物电解质层总质量的1～10％；所述固态聚合物电解质层中的无机纳米颗粒占固态聚合物电解质层总质量的3～10％。优选的，所述正极包括正极集流体和位于正极集流体表面的正极材料；所述正极材料包括正极活性物质，所述正极活性物质选自LiFePO4、LiCoO2、LiMn2O4、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2、LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2、LiNi0.4Co0.4Mn0.2O2、LiNi0.8Co0.15Al0.05O2中的一种或多种。本专利技术的第二个目的，提供了一种锂离子电池的制备方法，将第一聚合物浆料涂布在支撑体上，烘干，得到聚合物膜；依次在聚合物膜表面涂布第二聚合物浆料和陶瓷浆料，烘干，得到复合电解质；然后将正极、复合电解质、负极压制成型，最后在聚合物膜中吸附电解液，得到所述锂离子电池，其中，所述复合电解质层中的凝胶聚合物电解质层与正极相对，所述多孔陶瓷涂层与负极相对。优选的，所述第一聚合物浆料包括第一聚合物、第一溶剂，以所述第一聚合物浆料的总重量为基准，所述第一聚合物的含量为5～20％；所述第一聚合物选自聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈体系、聚氰基丙烯酸异丙酯体系、聚苯硫醚体和聚氯乙烯中的一种或多种；所述第一溶剂为丙酮、乙酸乙酯、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、甲苯、四氢呋喃、乙醚、乙腈中的一种或多种；所述第二聚合物浆料包括第二聚合物、锂盐、第二溶剂，以所述第二聚合物浆料的总重量为基准，所述第二聚合物的含量为1～30％，锂盐的含量为0.2～5％；所述第二聚合物为聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯中一种或多种；所述锂盐选自LiTFSI、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiBOB、LiFSI中的一种或多种；所述第二溶剂为丙酮、乙酸乙酯、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、甲苯、四氢呋喃、乙醚、乙腈中的一种或多种；所述陶瓷浆料包括陶瓷颗粒，分散剂，粘结剂和第三溶剂，以所述陶瓷浆料的总重量为基准，所述陶瓷颗粒的含量为5～40％，所述分散剂含量为0.2～2％，所述粘结剂的含量为3～8％；所述陶瓷颗粒选自Al2O3、TiO2、SiO2、ZrO2、ZnO、SnO2中的一种或多种；所述分散剂选自包括聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸铵、聚氧化乙烯、聚乙烯亚胺中的一种或多种；所述粘结剂包括聚偏氟乙烯及其共聚物，丁苯橡胶，丁腈橡胶，顺丁橡胶，三元乙丙橡胶，聚氧化乙烯及其共聚物，聚丙烯酸酯，聚酰胺，聚丙烯酸，聚氨基甲酸乙酯，聚乙烯基乙醚，聚丙烯腈中的一种或多种；所述第三溶剂为丙酮、乙酸乙酯、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、甲苯、四氢呋喃、乙醚、乙腈中的一种或多种。优选的，所述支撑体选自聚四氟乙烯板、聚酰亚胺板、聚对苯二甲酸乙二酯板、聚乙烯板、聚丙烯板中的一种。优选的，所述第一聚合物浆料和/本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池，包括正极、负极以及位于正极和负极之间的复合电解质层，其特征在于，所述复合电解层包括凝胶聚合物电解质层、位于所述凝胶聚合物电解质层表面的固态聚合物电解质层以及位于所述固态聚合物电解质层表面的多孔陶瓷涂层；所述凝胶聚合物电解质层与正极相对，所述多孔陶瓷涂层与负极相对；所述多孔陶瓷涂层包括陶瓷颗粒、分散剂和第一粘结剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池，包括正极、负极以及位于正极和负极之间的复合电解质层，其特征在于，所述复合电解层包括凝胶聚合物电解质层、位于所述凝胶聚合物电解质层表面的固态聚合物电解质层以及位于所述固态聚合物电解质层表面的多孔陶瓷涂层；所述凝胶聚合物电解质层与正极相对，所述多孔陶瓷涂层与负极相对；所述多孔陶瓷涂层包括陶瓷颗粒、分散剂和第一粘结剂。


2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述负极包括负极活性材料，所述负极活性材料为金属锂或锂合金。


3.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述多孔陶瓷涂层的孔隙率为30~50%。


4.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述多孔陶瓷涂层的平均孔径为50~400nm。


5.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述陶瓷颗粒的平均粒径为100~500nm。


6.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述陶瓷颗粒包括Al2O3、TiO2、SiO2、ZrO2、ZnO、SnO2中的一种或多种，所述分散剂包括聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸铵、聚氧化乙烯、聚乙烯亚胺中的一种或多种；所述第一粘结剂包括聚偏氟乙烯及其共聚物，丁苯橡胶，丁腈橡胶，顺丁橡胶，三元乙丙橡胶，聚氧化乙烯及其共聚物，聚丙烯酸酯，聚酰胺，聚丙烯酸，聚氨基甲酸乙酯，聚乙烯基乙醚，聚丙烯腈中的一种或多种。


7.根据权利要求6所述的锂离子电池，其特征在于，以所述多孔陶瓷涂层的总质量为基准，所述陶瓷颗粒的含量为90~96.8%；所述分散剂的含量为0.2~2%，所述第一粘结剂的含量为3~8%。


8.根据权利要求1所述锂离子电池，其特征在于，所述固态聚合电解质包括聚合物基体和分散于所述聚合物基体中的锂盐。


9.根据权利要求8所述锂离子电池，其特征在于，所述聚合物基体为聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯中一种或多种；所述锂盐选自LiTFSI、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiBOB、LiFSI中的一种或多种。


10.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述凝胶聚合物电解质还包括聚合物膜和吸附于聚合物膜中的电解液。


11.根据权利要求10所述锂离子电池，其特征在于，所述聚合物膜包括聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚氰基丙烯酸异丙酯、聚苯硫醚和聚氯乙烯中的一种或多种。


12.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述凝胶聚合物电解质层的厚度为7μm~30μm，所述固态聚合物层的厚度为0.5μm~3μm，所述多孔陶瓷涂层的厚度为0.5μm~1.5μm。


13.根据权利要求1所述锂离子电池，其特征在于，所述凝胶聚合电解质层和/或固态聚合物电解质层还包括有无机纳米颗粒；所述无机纳米颗粒选自Al2O3、TiO2、SiO2、ZrO2、ZnO、SnO2中的一种或多种。


14.根据权利要求13所述锂离子电池，其特征在于，所述凝胶聚合物电解质层中的无机纳米颗粒占凝胶聚合物电解质层总质量的1~10%；所述固态聚合物电解质层中的无机纳米颗粒占固态聚合物电解质层总质量的3~10%。


15.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李静，马永军，任建新，郭姿珠，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44