一种高安全性高体积能量密度准固态锂离子电池及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种高安全性高体积能量密度准固态锂离子电池及其制造方法，包括采用不依赖溶剂的方法制备各向同性的聚苯硫醚固态电解质，制造高负载电池极片和组装准固态锂离子电池三个步骤。活性物质负载的体积占比提高到30％～50％；聚苯硫醚固态电解质本身具有很好的阻燃特性和良好的热稳定性，减少了电解液注液量，电解液用量大幅减少，也减少了电池内部可燃物，提高的电池安全性能。固态电解质含锂，电解液中的有毒的含氟锂盐含量也大幅减少。经过热压后电池极片和固态电解质粘合为一个整体，在反复弯折下不易错动，可作为超薄柔性准固态电池，用于可穿戴电子设备中。

【技术实现步骤摘要】
一种高安全性高体积能量密度准固态锂离子电池及其制造方法
本专利技术涉及一种高安全性高体积能量密度准固态锂离子电池及其制造方法，属于新能源材料和器件制造

技术介绍
首先，固态锂离子电池以其卓越的安全性能和潜在的高能量密度，越来越受到工业界和学术界的关注。然而，固态锂离子的电池的功率密度很低，极大限制了其商业推广和应用。迫切需要突破的关键问题就是开发新型的具有高电导率和优良加工性能的固态电解质材料。当前无机陶瓷/玻璃电解质，如Li5La3Zr2O12、Li3xLa2/3-xTiO3，和硫化物电解质因其锂离子电导率可达10-4～10-2Scm-1，受到了广泛的关注，但是该类材料机械加工性能差、成膜困难，特别是硫化物电解质加工环境要求极为苛刻，工程化和商业化还需要很长的路要走。另外一种是有机电解质，如PEO、PVDF等，容易加工成膜，可以卷对卷的进行加工生产，但该类的有机电解质的电导率较低，只有10-8～10-5Scm-1，室温下无法正常应用，同样限制了该类材料的进一步大规模推广。其次，当前传统的极片制造工艺采用了含有溶剂的湿本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高安全性高体积能量密度准固态锂离子电池的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)制备各向同性的聚苯硫醚固态电解质：/n将预锂化聚苯硫醚粉料与聚四氟乙烯(PTFE)在混合机中混合均匀，并在PTFE定向拉丝设备中使用超音速射流气体喷射拉丝，使得PTFE的分子链延展打开，并与功能化有机粉体之间形成物理粘连，且不发生化学反应；再经过挤出机排除粉体中的气体制成连续饼状宽带，然后将连续饼状宽带采用温度低于150℃的热辊压制成预锂化聚苯硫醚一次压膜膜材，并收卷；再经过热压后处理制备成聚苯硫醚固态电解质；/n(2)制造高负载电池极片：/n将导电碳材料分别与锂离子电池正极材料、负极材料，在混料机中...

【技术特征摘要】
20200609 CN 20201051952321.一种高安全性高体积能量密度准固态锂离子电池的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备各向同性的聚苯硫醚固态电解质：
将预锂化聚苯硫醚粉料与聚四氟乙烯(PTFE)在混合机中混合均匀，并在PTFE定向拉丝设备中使用超音速射流气体喷射拉丝，使得PTFE的分子链延展打开，并与功能化有机粉体之间形成物理粘连，且不发生化学反应；再经过挤出机排除粉体中的气体制成连续饼状宽带，然后将连续饼状宽带采用温度低于150℃的热辊压制成预锂化聚苯硫醚一次压膜膜材，并收卷；再经过热压后处理制备成聚苯硫醚固态电解质；
(2)制造高负载电池极片：
将导电碳材料分别与锂离子电池正极材料、负极材料，在混料机中混合均匀；再分别与PTFE粉体在PTFE呈玻璃态的温度条件下混合均匀，并在PTFE定向拉丝设备中使用超音速射流空气喷射拉丝，使PTFE的分子链延展打开，分别同导电碳材料与锂离子电池正极、负极材料的混合粉体形成物理粘连，且不发生化学反应；在高温热压下制成膜材D，再采用热压复合工艺将膜材D与经过打孔的集流体的单面热复合，制成单面负载正极厚电极、单面负载负极厚电极；
(3)组装准固态锂离子电池：将单面负载正极厚电极作为正极极片、单面负载负极厚电极作为负极极片，将正极极片、聚苯硫醚固态电解质和负极极片依次叠在一起，且正极极片、负极极片的集流体未负载的一面向外；在80～150℃进行热压复合，形成“三明治”结构的复合片层，采用包装膜将复合片层封装后，真空注液，热封入壳。


2.根据权利要求1所述的高安全性高体积能量密度准固态锂离子电池的制造方法，其特征在于，所述步骤1)中的预锂化聚苯硫醚通过以下方法制备：
将N-甲基吡咯酮(NMP)、硫化锂Li2S、氢氧化锂LiOH置于有搅拌功能的高压反应釜中，并升温到150-250℃高温脱水2-5h后降温至100℃，加入1,4-二氯苯(p-DCB)，在150-250℃下反应80-200分钟；滴加与LiOH的物质的量相同的盐酸，中和LiOH，并采用蒸发或升华的办法除去NMP和H2O，得到干燥混合粉料；在混合粉料中，加入氯离子络合剂，搅拌均匀，并置于密闭反应釜中，在150-250℃下反应80-200分钟，再经洗涤、干燥，得到高锂固溶度的预锂化聚苯硫醚。


3.根据权利要求2所述的高安全性高体积能量密度准固态锂离子电池的制造方法，其特征在于，所述的NMP、硫化锂Li2S、氢氧化锂LiOH的摩尔配比为1-5：1：0.05-0.2；所述Li2S与p-DCB的摩尔配比为1.3-0.8：1；所述的氯离子络合剂添加的物质的量为p-DCB的0.01-0.2倍。


4.根据权利要求2所述的高安全性高体积能量密度准固态锂离子电池的制造方法，其特征在于，所述的氯离子络合剂为有机无金属离子络合剂，优选为杯芳冠醚、杯咪唑、杯吡咯、杯芳烃。


5.根据权利要求2所述的高安全性高体积能量密度准固态...

【专利技术属性】
技术研发人员：周海涛，高宏权，伍建春，俞崇晨，刘孟豪，侯栋，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32