一种高电压固态锂电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高电压固态锂电池及其制备方法，所述高电压固态锂电池包括电池壳和封装在所述电池壳内的多个电池单元，多个所述电池单元依次堆叠串联，所述电池单元包括固体电解质、正极片和负极片。本发明专利技术的高电压固态锂电池包括多个电池单元依次堆叠串联而成，可以改善固态电池中的电极/电解质界面问题，可以极大提升电池安全性。本发明专利技术的高电压固态锂电池的制备工艺简单易实施，可简单、批量化地制备高电压、高安全性的固态纽扣电池，具有很好的产业化应用前景。

A high voltage solid state lithium battery and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种高电压固态锂电池及其制备方法
本专利技术属于电化学
，具体涉及一种高电压固态锂电池及其制备方法。
技术介绍
随着化石燃料的大量使用和不断枯竭，绿色可再生能源的开发与有效利用以及环境保护成为全球共同关心的问题。发展能够实现高效能量存储和转换的二次电池不仅关系着国家经济发展和战略安全，而且与人民的生活息息相关，因此受到国内外的广泛关注。锂离子二次电池由于具有能量密度高、循环寿命长、自放电小、无记忆效应、工作温度宽和成本低等诸多优点，在消费类电子产品中得到广泛应用。传统液态电池由于电解液泄露、燃烧甚至爆炸等，而面临严重的安全性问题。基于固体电解质的固态电池极大改善了电池安全性问题，且纽扣式锂电池小巧轻便，便于电路集成，在便携式电子产品中用途广泛。然而，纽扣电池一般输出电压为1.5和3V，低输出电压极大限制了其应用范围。因此，如何通过简易的工艺，提高纽扣电池的输出电压及使用安全性，进而实现高电压纽扣电池的产业化面临巨大挑战。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高电压固态锂电池及其制备方法，可以改善固态电池中的电极/电解质界面问题，极大提升电池安全性。为此，本专利技术提供了一种高电压固态锂电池，所述高电压固态锂电池包括电池壳和封装在所述电池壳内的多个电池单元，多个所述电池单元依次堆叠串联，所述电池单元包括固体电解质、正极片和负极片。优选的，所述高电压固态锂电池为纽扣式锂电池，所述高电压固态锂电池的输出电压大于3V；所述电池壳为2016、2025、2032型纽扣电池壳中的一种。优选的，所述固体电解质包括高分子基体，锂盐和填料，所述高分子基体、所述锂盐和所述填料的质量比为（10-20）：（5-10）：（0-0.1）。优选的，所述高分子基体为聚氧化乙烯（PEO）、聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚甲基乙撑碳酸酯（PPC）和聚丙烯腈（PAN）中的一种；所述锂盐为含锂（Li）无机盐中的一种；所述填料包括硫化物固体电解质或氧化物固体电解质。优选的，所述正极片材料包括锂电池正极材料，粘结剂和电子导电剂，所述锂电池正极材料、所述粘结剂和所述电子导电剂的质量比为（70-90）：（15-5）：（15-5）。优选的，所述锂电池正极材料为磷酸铁锂（LFP），磷酸锰铁锂（LFMP），钴酸锂（LCO），锰酸锂（LMO）和三元材料（NCM）中的一种；所述粘结剂为聚偏二氟乙烯（PVDF）；所述电子导电剂包括导电碳黑（SuperP），乙炔黑和科琴黑中的一种。本专利技术还提供了所述的高电压固态锂电池的制备方法，所述方法包括如下步骤：（1）将所述锂电池正极材料，所述粘结剂和所述电子导电剂均匀分散至第一溶剂中，得到正极浆料；将所述正极浆料涂覆至集流体铝箔上，将所述正极浆料烘干后得到正极片；（2）将所述高分子基体，所述锂盐和所述填料均匀分散至第二溶剂中，得到固体电解质浆料，将所述固体电解质浆料涂覆至所述正极片上；（3）待所述固体电解质浆料烘干后，将带有固体电解质的正极片裁剪成圆形备用，得到正极圆片；（4）将锂片辊压至铜箔上作为负极片；（5）将所述负极片直接贴附在带有固体电解质的所述正极圆片上构成一个独立的电池单元；（6）将多个电池单元依次堆叠串联，形成串联电路；将串联的多个电池单元封装在纽扣电池壳中，构成堆叠式多单元高电压固态锂电池。优选的，所述步骤（1）中，所述第一溶剂为N-甲基吡咯烷酮（NMP）和二甲基甲酰胺（DMF）中的一种，烘干温度为60-120℃，烘干时间为12-48h。优选的，所述步骤（2）中，所述第二溶剂为N-甲基吡咯烷酮（NMP）、二甲基甲酰胺（DMF）和乙腈（ACN）中的一种。优选的，所述步骤（3）中，烘干温度为60-80℃，烘干时间为24-48h，所述正极圆片直径为8-19mm；所述步骤（4）中，所述锂片厚度为50-1000μm。与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果是：本专利技术提供了一种高电压固态锂电池及其制备方法，所述高电压固态锂电池包括电池壳和封装在所述电池壳内的多个电池单元，多个所述电池单元依次堆叠串联，所述电池单元包括固体电解质、正极片和负极片。本专利技术的高电压固态锂电池包括多个电池单元依次堆叠串联而成，可以改善固态电池中的电极/电解质界面问题，可以极大提升电池安全性。本专利技术的高电压固态锂电池的制备工艺简单易实施，可简单、批量化地制备高电压、高安全性的固态纽扣电池，具有很好的产业化应用前景。结合附图阅读本专利技术的具体实施方式后，本专利技术的其他特点和优点将变得更加清楚。附图说明图1是本专利技术实施例1的高电压固态锂电池的充放电曲线。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。本专利技术的高电压固态锂电池包括电池壳和封装在所述电池壳内的多个电池单元，多个所述电池单元依次堆叠串联，所述电池单元包括固体电解质、正极片和负极片。本专利技术的高电压固态锂电池包括多个电池单元依次堆叠串联而成，可以改善固态电池中的电极/电解质界面问题，可以极大提升电池安全性。本专利技术的高电压固态锂电池的制备工艺简单易实施，可简单、批量化地制备高电压、高安全性的固态纽扣电池，具有很好的产业化应用前景。高电压固态锂电池为纽扣式锂电池，所述高电压固态锂电池的输出电压大于3V；电池壳为2016、2025、2032型纽扣电池壳中的一种。固体电解质包括高分子基体，锂盐和填料，高分子基体与锂盐构成聚合物固体电解质，填料和高分子基体可以起到协同作用，可以进一步提高固体电解质的离子电导率和机械强度。高分子基体、锂盐和填料的质量比为（10-20）：（5-10）：（0-0.1），固体电解质在该质量比的条件下，兼具有优异的离子电导率和机械强度；锂盐过少的话，所制备的电解质离子电导率低；锂盐过多的话，离子电导率虽高，但电解质粘度会显著升高，容易流动，机械强度差；填料过少的话，所制备的电解质离子电导率下降，不利于电池容量的发挥；机械强度也低，易于锂枝晶贯穿而短路；填料过多的话，虽然机械强度提高，但离子电导率显著下降。高分子基体为聚氧化乙烯（PEO）、聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚甲基乙撑碳酸酯（PPC）和聚丙烯腈（PAN）中的一种；锂盐为含锂（Li）无机盐中的一种；填料包括硫化物固体电解质或氧化物固体电解质，例如锂镧锆氧（LLZO）、锂镧钛氧（LLTO）或磷酸钛铝锂（LATP）。纯高分子电解质离子电导率低、机械强度低；加入无机固体电解质填料（此处无机填料为粉体，与锂盐和高分子一起溶于溶剂中配成电解质浆料）后，填料与高分子基体可以起到协同作用，进一步提高固体电解质的离子电导率和机械强度。正极片材料包括锂电池正极材料，粘结剂和电子导电剂，锂电池正极材料、粘结剂和电子导电剂的质量比为（70-90）：（15-5）：（15-5）。粘结剂可以保证锂电池正极材料与电子导电剂粘结在一起，电子导电剂可以提高正极片的电子导电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高电压固态锂电池，其特征在于，/n所述高电压固态锂电池包括电池壳和封装在所述电池壳内的多个电池单元，多个所述电池单元依次堆叠串联，所述电池单元包括固体电解质、正极片和负极片。/n

【技术特征摘要】
1.一种高电压固态锂电池，其特征在于，
所述高电压固态锂电池包括电池壳和封装在所述电池壳内的多个电池单元，多个所述电池单元依次堆叠串联，所述电池单元包括固体电解质、正极片和负极片。


2.如权利要求1所述的高电压固态锂电池，其特征在于，
所述高电压固态锂电池为纽扣式锂电池，所述高电压固态锂电池的输出电压大于3V；
所述电池壳为2016、2025、2032型纽扣电池壳中的一种。


3.如权利要求1所述的高电压固态锂电池，其特征在于，
所述固体电解质包括高分子基体，锂盐和填料，
所述高分子基体、所述锂盐和所述填料的质量比为（10-20）：（5-10）：（0-0.1）。


4.如权利要求3所述的高电压固态锂电池，其特征在于，
所述高分子基体为聚氧化乙烯（PEO）、聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚甲基乙撑碳酸酯（PPC）和聚丙烯腈（PAN）中的一种；
所述锂盐为含锂（Li）无机盐中的一种；
所述填料包括硫化物固体电解质或氧化物固体电解质。


5.如权利要求1所述的高电压固态锂电池，其特征在于，
所述正极片材料包括锂电池正极材料，粘结剂和电子导电剂，
所述锂电池正极材料、所述粘结剂和所述电子导电剂的质量比为（70-90）：（15-5）：（15-5）。


6.如权利要求5所述的高电压固态锂电池，其特征在于，
所述锂电池正极材料为磷酸铁锂（LFP），磷酸锰铁锂（LFMP），钴酸锂（LCO），锰酸锂（LMO）和三元材料（NCM）中的一种；
所述粘结剂为聚偏二氟乙烯（PVDF）；
所述电子导电剂包括导电碳黑（SuperP），乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭向欣，毕志杰，赵宁，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：发明
国别省市：山东;37