一种电芯热压一体化成型固态电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种一种电芯热压一体化成型固态电池及其制备方法，固态电池固态电解质中包含聚合物，在电池中同时起到电解质与隔膜两个功能，固态电池通过热压工艺熔合成一体在固态电池内部实现一体化粘接，可以提高电极材料间以及电极材料与固态电解质等不同功能层间界面的有效接触，消除由不充分的固相接触而产生和空间电荷层，降低界面阻抗，提高电池库仑效率，并在一定程度上缓解电极在充放电过程中体积变化而产生的界面应力。

A kind of solid state battery with integrated hot pressing and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种电芯热压一体化成型固态电池及其制备方法
本专利技术属于固态电池
，尤其是涉及一种电芯热压一体化成型固态电池及其制备方法。
技术介绍
随着市场对高比能电池的需求不断提升，电池安全问题变得日益突出，固态电池因其具有的本质安全属性，被广泛关注。传统的锂离子电池中采用有机电解液，因此在过充、内部短路等其它异常工作状态时产生的大量热量会导致电解液快速汽化，进而可能引起电池爆炸和起火燃烧。这些安全隐患的根本解决途径是发展固态电化学储能器件，即以非挥发性固体电解质替代有机电解液，但是采用非挥发性的固态电解质取代传统的有机液态电解液，使得电池内各组分间均为固相接触，形成新的“固-固”相界面取代了传统电池中的“固-液”相界面。相比于充分浸润的“固-液”相界面，非有效接触的“固-固”相界面阻抗高，导致固态电池容量利用率低，充放电过程中电极的体积变化在电极与固态电解质间产生较大的界面应力，“固-固”相接触属于“点接触”易在接触间隙形成空间电荷层，这些问题会造成电池循环性能大幅劣化。因此，提升固态电池循环性能的关键之一就是改善电极/电解质层间、电极和电解质各自层内的离子传导，抑制界面上的副反应，降低界面应力。现有技术中如CN110137560A将固态电解质溶液通过静纺丝的方法涂覆于电极极片表层，与电极极片表层成一体化结构，增加固态电解质与电极间的浸润，提高固态电池循环性能；CN105609782A采用压制的方法将负极集流体、负极、固态电解质、正极材料、正极集流体依次层层压制成型组成固态电池；CN105914405B采用环氧化合物制成电解质溶液注入到干电芯中，在加热条件下引发环氧化合物开环聚合，在电芯中原位聚合成固态电解质；CN110224107A采用喷墨打印的方法将电极浆料、中间层浆料、电解质浆料按顺序层层打印在一起，然后压制成极片，组装成电池。上述专利技术采用压制、喷雾或原位聚合等方法提高电极与固态电解质间浸润性与接触，但是对于缓解充放电过程中电极体积变化而产生的应力没有显著效果。
技术实现思路
针对目前固态电池电池存在的界面阻抗大、循环稳定性差的问题，本专利技术提供一种电芯热压一体化成型固态电池及其制备方法，制备所得固态电池适用于工业化生产，有效降低固体电池界面阻抗，提高循环稳定性。本专利技术采用的技术方案是：一种电芯热压一体化成型固态电池，包括含有聚合物的固态电解质，固态电池通过热压工艺熔合成一体。优选地，聚合物为丁腈橡胶(NBR)、聚氧化乙烯(PEO)、聚乙二醇(PEG)、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸酯(PMMA)、聚碳酸丙烯酯(PPC)中的一种或多种。优选地，还包括含有聚合物的正极和/或含有聚合物的负极；或，被含有聚合物的固态电解质浆料处理得到的正极和/或被含有聚合物的固态电解质浆料处理得到的负极；优选地，还包括含有聚合物的固态电解质膜。制备电芯热压一体化成型固态电池的方法，其中，将含有聚合物的正极浆料涂覆到正极集流体上制得含有聚合物正极；制备负极或制备金属锂负极；制备含有聚合物的固态电解质溶液；制备含有聚合物的固态电解质浆料；将固态电解质浆料涂覆到基底上，烘干去除基地后获得固态电解质膜；制备电芯热压一体化成型固态电池具体包括如下步骤：含有聚合物的固态电解质膜、含有聚合物正极和涂覆含有聚合物的固态电解质溶液的负极层层堆叠组装，再通过热压工艺熔合成一体；或者，含有聚合物的固态电解质膜、含有聚合物正极和金属锂负极层层堆叠组装，再通过热压工艺熔合成一体；或者，依次涂覆含有聚合物的固态电解质溶液和含有聚合物的固态电解质浆料的负极，和涂覆含有聚合物的固态电解质浆料的含有聚合物正极层层堆叠组装，再通过热压工艺熔合成一体；或者，涂覆含有聚合物的固态电解质浆料的含有聚合物正极和涂覆含有聚合物的固态电解质浆料的金属锂负极层层堆叠组装，再通过热压工艺熔合成一体；优选地，将正极活性材料、聚合物、锂盐、无机电解质、导电剂、正极粘结剂以及有机溶剂按一定比例混合，通过球磨或搅拌得到具有一定粘度的正极浆料，将正极浆料涂覆到正极集流体上，烘干后得到正极；优选地，将负极活性材料、导电剂、负极粘结剂以及水性溶剂混合，通过球磨或搅拌得到负极浆料，将负极浆料涂覆到负极集流体上，烘干后得到负极；或，将金属锂覆盖在负极集流体上，通过碾压复合在一起得到金属锂负极；优选地，将聚合物、锂盐、添加剂和有机溶剂混合，通过球磨或搅拌得到固态电解质溶液；优选地，将聚合物、锂盐、无机电解质、添加剂和有机溶剂混合，通过球磨或搅拌得到固态电解质浆料。优选地，正极活性材料为LiNi0.85Co0.1Al0.05O2、LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2、CrxOy、LiFePO4和LiMnPO4中的一种；优选地，锂盐为六氟磷酸锂(LiPF6)、高氯酸锂(LiClO4)、四氟硼酸锂(LiBF4)、双三氟甲磺酰亚胺锂(LiTFSI)、硝酸锂(LiNO3)中的一种或多种；优选地，正极粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)、聚四氟乙烯(PTFE)中的一种或多种。优选地，负极活性材料为石墨、硅碳、硅氧化合物、钛酸锂中的一种或多种；优选地，负极粘结剂为羧甲基纤维素钠(CMC)、丁苯橡胶(SBR)中的一种或多种。优选地，导电剂为Superp、乙炔黑、气相生成碳纤维(VGCF)、碳纳米管(CNTs)、石墨烯中的一种或多种。优选地，无机电解质为LATP、LAGP、LLZO、LLZTO、LPS、LGPS中的一种或多种；优选地，有机溶剂为四氢呋喃、丙酮、乙腈、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜中的一种或多种。优选地，添加剂为碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、丁二腈、氧化铝(Al2O3)、二氧化硅、1,3-二氧戊环(DOL)、聚甲基硅氧烷中的一种或多种。优选地，基底为离型纸、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯中的一种或多种。本专利技术具有的优点和积极效果是：在固态电池内部实现一体化粘接，可以提高电极材料间以及电极材料与固态电解质等不同功能层间界面的有效接触，消除由不充分的固相接触而产生和空间电荷层，降低界面阻抗，提高电池库仑效率，并在一定程度上缓解电极在充放电过程中体积变化而产生的界面应力；本方法适用于工业化生产，有效降低固体电池界面阻抗，提高循环稳定性。附图说明图1为热压一体化示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施例做出说明。一种电芯热压一体化成型固态电池，固态电解质中包含聚合物，聚合物为丁腈橡胶(NBR)、聚氧化乙烯(PEO)、聚乙二醇(PEG)、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸酯(PMMA)、聚碳酸丙烯酯(PPC)中的一种或多种；聚合物的使用在电池中同时起到电解质与隔膜两个功能，还具有粘接能力，固态电池本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电芯热压一体化成型固态电池，其特征在于：包括含有聚合物的固态电解质。/n

【技术特征摘要】
1.一种电芯热压一体化成型固态电池，其特征在于：包括含有聚合物的固态电解质。


2.根据权利要求1所述的电芯热压一体化成型固态电池，其特征在于：所述聚合物为丁腈橡胶、聚氧化乙烯、聚乙二醇、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸酯、聚碳酸丙烯酯中的一种或多种；
优选地，所述聚合物为丁腈橡胶。


3.根据权利要求1或2所述的电芯热压一体化成型固态电池，其特征在于：还包括：
含有所述聚合物的正极和/或含有所述聚合物的负极；
优选地，还包括含有所述聚合物的固态电解质膜。


4.制备权利要求1-3中任一所述电芯热压一体化成型固态电池的方法，其特征在于：含有聚合物的固态电解质膜、含有聚合物正极和涂覆含有聚合物的固态电解质溶液的负极层层堆叠组装，再通过热压工艺熔合成一体；
或者，
含有聚合物的固态电解质膜、含有聚合物正极和金属锂负极层层堆叠组装，再通过热压工艺熔合成一体；
或者，
依次涂覆含有聚合物的固态电解质溶液和含有聚合物的固态电解质浆料的负极，和涂覆含有聚合物的固态电解质浆料的含有聚合物正极层层堆叠组装，再通过热压工艺熔合成一体；
或者，
涂覆含有聚合物的固态电解质浆料的含有聚合物正极和涂覆含有聚合物的固态电解质浆料的金属锂负极层层堆叠组装，再通过热压工艺熔合成一体；
优选地，将固态电解质浆料涂覆到基底上，烘干去除基底后获得固态电解质膜；
优选地，将正极活性材料、聚合物、锂盐、无机电解质、导电剂、正极粘结剂以及有机溶剂按一定比例混合，通过球磨或搅拌得到具有一定粘度的正极浆料，将正极浆料涂覆到正极集流体上，烘干后得到正极；
优选地，将负极活性材料、导电剂、负极粘结剂以及水性溶剂混合，通过球磨或搅拌得到负极浆料，将负极浆料涂覆到负极集流体上，烘干后得到负极；
优选地，将金属锂覆盖在负极集流体上，通过碾压复合在一起得到金属锂负极；
优选地，将聚合物、锂盐、添加剂和有机溶剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：桑林，刘婧，蔡超，刘兴江，丁飞，王磊，郑涛，
申请(专利权)人：天津中电新能源研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12