一种全固态锂离子电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种全固态锂离子电池，包括依次设置的正极层、聚合物电解质层和负极层；所述正极层和所述负极层均由致密底层和直通孔层构成，所述直通孔层由若干个平行排列的单直通孔构成，所述直通孔层的每个单直通孔均与致密底层连接并垂直，所述聚合物电解质层与所述直通孔层连接匹配并形成“非”字形。本申请还提供了全固态锂离子电池的制备方法。本发明专利技术提供的全固态锂离子电池结构将正极层、聚合物电解质层和负极层紧密贴合，实现了电极和电解质之间较大的接触面积以及较快的离子传输路径，从而适用于高性能全固态锂离子电池。

【技术实现步骤摘要】
一种全固态锂离子电池及其制备方法
本专利技术涉及锂离子电池
，尤其涉及一种全固态锂离子电池及其制备方法。
技术介绍
近些年来，传统液态电解质锂离子电池发展迅速，已经取得了较稳定的循环和倍率性能，因此传统液态电解质锂离子电池的应用得到了广泛应用，为人们的生活带来了诸多便利。然而传统液态电解质锂离子电池采用的电解液在实际应用中仍然有许多弊端，其中最主要的问题就是安全性能较差。由于电解液在高温下不稳定，从而限制了液态电解质锂离子电池在高温下的应用。最关键的弊端在于电解液的可燃性，使得锂离子电池存在燃烧爆炸的危险，进一步限制了锂离子电池的应用。为了解决传统液态电解质锂离子电池潜在的安全问题，研究者将目光聚集在不可燃的固态电解质上。全固态锂离子电池应运而生，相较于传统的液态电解质，固态电解质以其优异的电化学稳定性、热稳定性和不可燃性，实现了在高温下工作，且有效的防止电池燃烧或者爆炸。但是目前的全固态锂离子电池普遍采取简单的共压来实现电解质与电极材料的接触，这种情况下的接触面积有限。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题在于提供一种全固态锂离子电池，该种锂离子电池中具有较大的电解质与活性物质的接触面积，并具有较快的离子传输路径。有鉴于此，本申请提供了一种全固态锂离子电池，包括依次设置的正极层、聚合物电解质层和负极层；所述正极层和所述负极层均由致密底层和直通孔层构成，所述直通孔层由若干个平行排列的单直通孔构成，所述直通孔层的每个单直通孔均与致密底层连接并垂直，所述聚合物电解质层与所述直通孔层连接匹配并形成“非”字形。优选的，所述直通孔层的单直通孔的孔径为5～30μm，所述正极层和所述负极层的厚度均为50～400μm。优选的，所述聚合物电解质层的厚度为50～150μm。本申请还提供了所述的全固态锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：将正极活性物质、导电添加剂、粘结剂、分散剂与溶剂混合，得到正极混合浆料；将负极活性物质、导电添加剂、粘结剂、分散剂与溶剂混合，得到负极混合浆料；将淀粉粉末、粘结剂、分散剂与溶剂混合，得到淀粉混合浆料；将所述正极混合浆料与所述淀粉混合浆料分层涂覆于衬底上，再置于絮凝剂中固化，得到正极双层固化膜，将所述正极双层固化膜与衬底分离后物理分离，得到正极层；将所述负极混合浆料与所述淀粉混合浆料分层涂覆于衬底上，再置于絮凝剂中固化，得到负极双层固化膜，将所述负极双层固化膜与衬底分离后物理分离，得到负极层；将聚合物、锂盐和溶剂混合，得到聚合物混合浆料；将所述聚合物混合浆料置于凹槽模具中，固化后与所述模具分离，得到初始聚合物电解质层；将所述正极层、负极层和所述聚合物电解质层热压，得到全固态锂离子电池。优选的，在制备正极混合浆料的步骤中，所述正极活性物质选自磷酸铁锂、钴酸锂和镍钴锰三元材料中的一种或多种，所述导电添加剂选自乙炔黑、科琴黑和SupperP中的一种或多种，所述粘结剂选自聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚乙烯醇缩丁醛酯和聚醚砜中的一种或多种；所述分散剂选自聚乙烯吡咯烷酮；所述溶剂选自水和N-甲基吡咯烷酮中的一种；所述正极活性物质和导电添加剂的质量比为(90：10)～(80：20)；所述分散剂、粘结剂和溶剂的质量比为(0.1～0.2)：(0.5～4)：(10～20)；所述正极活性物质和导电添加剂的总质量与分散剂、粘结剂和溶剂的总质量的比例为(30：70)～(60：40)。优选的，在制备负极混合浆料的步骤中，所述负极活性物质选自钛酸锂、石墨和硅材料中的一种或多种，所述导电添加剂选自乙炔黑、科琴黑和SupperP中的一种或多种，所述粘结剂选自聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚乙烯醇缩丁醛酯和聚醚砜中的一种或多种；所述分散剂选自聚乙烯吡咯烷酮；所述溶剂选自水和N-甲基吡咯烷酮中的一种；所述负极活性物质和导电添加剂的质量比为(90：10)～(80：20)；所述分散剂、粘结剂和溶剂的质量比为(0.1～0.2)：(0.5～4)：(10～20)；所述负极活性物质和导电添加剂的总质量与分散剂、粘结剂和溶剂的总质量的比例为(30：70)～(60：40)。优选的，在制备聚合物混合浆料的步骤中，所述聚合物选自聚氧化乙烯、聚氨酯和聚偏氟乙烯中的一种或多种；所述锂盐选自双三氟甲烷磺酰亚胺锂、六氟磷酸锂和高氯酸锂中的一种或多种；所述溶剂选自水和N-甲基吡咯烷酮中的一种；所述聚合物、锂盐和第三溶剂的质量比为(0.1～0.4)：(0.7～1.3)：(10～40)。优选的，在制备淀粉混合浆料的步骤中，所述粘结剂选自聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚乙烯醇缩丁醛酯和聚醚砜中的一种或多种；所述分散剂选自聚乙烯吡咯烷酮；所述溶剂选自水和N-甲基吡咯烷酮中的一种；所述分散剂、粘结剂和溶剂的质量比为(0.1～0.2)：(0.5～4)：(10～20)；所述淀粉的质量与第二分散剂、第二粘结剂和第二溶剂的总质量的比例为(30：70)～(60：40)。优选的，得到正极层步骤中，所述絮凝剂为水，得到负极层的步骤中，所述絮凝剂为水。优选的，得到正极层的步骤中，所述固化的时间为5～10h；得到负极层的步骤中，所述固化的时间为5～10h；得到初始聚合物电解质层的步骤中，所述固化的温度为30～100℃，时间为12～48h；所述热压的温度为50～200℃，时间为12～24h。本申请提供了一种全固态锂离子电池，其包括依次设置的正极层、聚合物电解质层和负极层；所述正极层和所述负极层均由致密底层和直通孔层构成，所述直通孔层由若干个平行排列的单直通孔构成，所述直通孔层的每个单直通孔均与致密底层连接并垂直，所述聚合物电解质层与所述直通孔层连接匹配并形成“非”字形。本申请全固态锂离子电池的正极层和负极层中的直通孔层作为聚合物电解质的填充通道也作为快速传质通道，致密底层作为复合电极层的集流体层，实现较好的集流效果；非字形结构可实现在较大的电解质和电极的接触面积的同时，还拥有快速传质通道，从而改善全固态锂离子电池的性能。附图说明图1为本专利技术提供的全固态锂离子电池的结构示意图；图2为本专利技术实施例1制备的多孔磷酸铁锂膜断面的扫描电镜图；图3为本专利技术实施例1制备的多孔磷酸铁锂膜正面的扫描电镜图；图4为本专利技术实施例1制备的多孔磷酸铁锂膜和聚合物膜组装的半电池的首次充放电曲线；图5为本专利技术实施例2制备的三层全固态电池结构的首次充放电曲线；图6为本专利技术实施例3制备的多孔磷酸铁锂膜断面的扫描电镜图；图7为本专利技术实施例3制备的全固态电池的首次充放电曲线图。具体实施方式为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点，而不是对本专利技术权利要求的限制。鉴于目前全固态锂离子电池电解质与电极材料接触面积有限的问题，本申请提供了一种“非”字形全固态锂离子电池结构，其能有效增大电解本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全固态锂离子电池，包括依次设置的正极层、聚合物电解质层和负极层；所述正极层和所述负极层均由致密底层和直通孔层构成，所述直通孔层由若干个平行排列的单直通孔构成，所述直通孔层的每个单直通孔均与致密底层连接并垂直，所述聚合物电解质层与所述直通孔层连接匹配并形成“非”字形。/n

【技术特征摘要】
1.一种全固态锂离子电池，包括依次设置的正极层、聚合物电解质层和负极层；所述正极层和所述负极层均由致密底层和直通孔层构成，所述直通孔层由若干个平行排列的单直通孔构成，所述直通孔层的每个单直通孔均与致密底层连接并垂直，所述聚合物电解质层与所述直通孔层连接匹配并形成“非”字形。


2.根据权利要求1所述的全固态锂离子电池，其特征在于，所述直通孔层的单直通孔的孔径为5～30μm，所述正极层和所述负极层的厚度均为50～400μm。


3.根据权利要求1所述的全固态锂离子电池，其特征在于，所述聚合物电解质层的厚度为50～150μm。


4.权利要求1所述的全固态锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：
将正极活性物质、导电添加剂、粘结剂、分散剂与溶剂混合，得到正极混合浆料；将负极活性物质、导电添加剂、粘结剂、分散剂与溶剂混合，得到负极混合浆料；将淀粉粉末、粘结剂、分散剂与溶剂混合，得到淀粉混合浆料；
将所述正极混合浆料与所述淀粉混合浆料分层涂覆于衬底上，再置于絮凝剂中固化，得到正极双层固化膜，将所述正极双层固化膜与衬底分离后物理分离，得到正极层；
将所述负极混合浆料与所述淀粉混合浆料分层涂覆于衬底上，再置于絮凝剂中固化，得到负极双层固化膜，将所述负极双层固化膜与衬底分离后物理分离，得到负极层；
将聚合物、锂盐和溶剂混合，得到聚合物混合浆料；
将所述聚合物混合浆料置于凹槽模具中，固化后与所述模具分离，得到初始聚合物电解质层；
将所述正极层、负极层和所述聚合物电解质层热压，得到全固态锂离子电池。


5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在制备正极混合浆料的步骤中，所述正极活性物质选自磷酸铁锂、钴酸锂和镍钴锰三元材料中的一种或多种，所述导电添加剂选自乙炔黑、科琴黑和SupperP中的一种或多种，所述粘结剂选自聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚乙烯醇缩丁醛酯和聚醚砜中的一种或多种；所述分散剂选自聚乙烯吡咯烷酮；所述溶剂选自水和N-甲基吡咯烷酮中的一种；
所述正极活性物质和导电添加剂的质量比为(90：10)～(80：20)；所述分散剂、粘结剂和溶剂的质量比为(0.1～0.2)：(0.5～4)：(10～20)；所述正极活性物质和导电添加剂的总质量与分...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈春华，王浚儒，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34