一种基于MLCC结构的全固态锂离子电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于MLCC结构的全固态锂离子电池及其制备方法，制备方法是通过流延涂布工艺将正极集流体层、正极层、正极材料与固态电解质组成的过渡层、固态电解质、固态电解质与金属锂负极组成的过渡层、复合金属锂负极层和负极集流体层复合起来，并通过热压成型增强各层材料之间界面接触的致密性得到全固态电池单体。将所得全固态电池单体通过叠片的方式进行串联或并联，然后进行热压成型得到MLCC结构的全固态电池。以LiVPO

【技术实现步骤摘要】
一种基于MLCC结构的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
，特别涉及一种基于MLCC结构的全固态锂离子电池及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池被广泛应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，邮电通讯的不间断电源，以及电动交通工具、军事装备、航空航天等多个领域。由于目前液态锂离子电池的能量密度已经发展到了极限阶段，并且液态锂离子电池的安全性问题也成为其发展的限制因素。固态锂离子电池使用不易燃烧的固体电解质有望解决安全性问题，近年来引起了国内外的广泛关注。固态电解质良好的机械性能可抑制锂枝晶的形成，宽的电化学窗口可减少金属锂与电解质间持续发生副反应，从而使锂金属负极的使用成为可能，因此极大地提高了锂离子电池的能量密度。此外，固态锂离子电池的生产工艺更加简单，形态更加多样，实际应用将更加灵活。然而，当前固态锂离子电池的界面问题是固态电池的电化学性能的主要掣肘问题，这些界面问题包括：固态电解质与正极、金属锂负极的界面化学稳定性及界面接触的致密性等。而目前将正极材料、固态电解质和负极材料组装成固态锂离子电池的方法无法解决固态锂离子电池的上述界面问题。
技术实现思路
本专利技术第一个目的是提供一种基于MLCC(多层陶瓷电容器)结构的全固态锂离子电池的制备方法，该专利技术制备方法可以使得固态电池的能量密度和循环稳定性得到有效提升，同时也可以保障电池具有较高的安全性。本专利技术第二个目的是提供一种基于MLCC(多层陶瓷电容器)结构的全固态锂离子电池，各部分的结构材料由上述方法制得。为实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：一种基于MLCC结构的全固态锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：将正极材料、导电剂SuperP和分散剂球磨处理，将球磨处理所得浆料涂布于载带上，干燥后得到正极层；将铝粉和分散剂球磨处理，然后将所得浆料涂布于正极层的一表面作为正极集流体层；将正极活性材料与固态电解质和分散剂球磨处理，然后将所得浆料涂布于正极层的另一表面作为第一过渡层；将固态电解质和分散剂球磨处理，然后将所得浆料涂布于第一过渡层的表面作为固态电解质层；将固态电解质、Li金属粉末、Li粉表面保护剂和分散剂球磨处理，然后将所得浆料涂布于固态电解质层的表面作为第二过渡层；将Li金属粉末、添加剂粉末和分散剂球磨处理，然后将所得浆料涂布于第二过渡层的表面作为负极层；将铝粉和分散剂球磨处理，然后将所得浆料涂布于负极层的表面作为负极集流体层；将正极集流体层、正极层、第一过渡层、固态电解质层、第二过渡层、负极层和负极集流体层形成的结构通过热压成型增强材料之间界面接触的致密性，得到全固态电池单体；将全固态电池单体通过叠片的方式进行串联或并联，然后进行热压成型得到MLCC结构的全固态电池。作为本专利技术的进一步改进，所述正极活性材料为LiVPO4F、LiFePO4、LiNixCoyMnzO2、LiNixCoyAlzO2、LiCoO2、Li2MnO3和LiMn2O4中的一种或几种，其中x+y+z＝1。作为本专利技术的进一步改进，所述固态电解质为Li7La3Zr2O12、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3和LiZr2(PO4)3中的一种或几种。作为本专利技术的进一步改进，所述分散剂由溶剂、粘合剂和增塑剂混合构成；其中，溶剂为乙醇或去离子水；粘合剂为聚乙烯醇或乙基纤维素；增塑剂为松节油、甘油或辛基二甲脂。作为本专利技术的进一步改进，所述Li粉表面保护剂为NH4F、NH4H2PO4和H2SiO3中的一种或几种。作为本专利技术的进一步改进，所述添加剂粉末为Al粉、Si粉、Mg粉和石墨烯中的一种或几种。作为本专利技术的进一步改进，所述正极集流体层、正极层、第一过渡层、固态电解质层、第二过渡层、负极层和负极集流体层的厚度分别为2-10μm、30-100μm、2-5μm、5-20μm、2-5μm、2-5μm、2-5μm。作为本专利技术的进一步改进，所述球磨处理是在球磨机中进行球磨5-20小时。作为本专利技术的进一步改进，所述正极集流体层、正极层、第一过渡层、固态电解质层、第二过渡层、负极层和负极集流体层制备后都进行干燥，干燥条件为50-100摄氏度干燥5-20小时。一种基于MLCC结构的全固态锂离子电池，包括通过叠片的方式进行串联或并联的全固态电池单体；所述全固态电池单体包括依次叠层设置的正极集流体层、正极层、第一过渡层、固态电解质层、第二过渡层、负极层和负极集流体层。与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果：本专利技术通过流延涂布工艺将正极集流体层、正极层、正极材料与固态电解质组成的过渡层、固态电解质、固态电解质与金属锂负极组成的过渡层、复合金属锂负极层和负极集流体层复合起来，并通过热压成型增强各层材料之间界面接触的致密性得到全固态电池单体。将所得全固态电池单体通过叠片的方式进行串联或并联，然后进行热压成型得到MLCC结构的全固态电池。该专利技术可以使得固态电池的能量密度和循环稳定性得到有效提升，同时也可以保障电池具有较高的安全性。通过电极材料和固体电解质相互混合形成的复合物作为过渡层，再将极薄的混合物构成的缓冲层安装在电池正、负极和固体电解质之间，使得电池的活性材料能够与电解质充分接触，进而在充放电过程全固态锂离子电池中的锂离子能够高效地迁移，进而使得电池的性能能够得到有效提升，同时也可以有效保障电池的安全性。该专利技术可以使得固态电池的能量密度得到有效提升，同时也可以有效地保障电池具有较高的安全性。该专利技术大幅度提高了电池的电化学性能，适合于实际应用和规模化生产。以LiVPO4F作为正极材料，利用该方法制备的全固态电池具有优异的循环稳定性，在0.1C的充放电倍率下，经过100周循环后放电能量密度由405Wh/kg降至373Wh/kg，放电能量密度保持率高达93％。本专利技术片式多层陶瓷电容器(MLCC，Multi-layerCeramicCapacitors)先采用流延法制备陶瓷介质膜片，经过涂布电极材料后叠合起来烧结成一体，具有体积小、容量高的特点。采用这种新型MLCC工艺来制备锂离子固态电池，既可以有效地提高质量能量密度和体积能量密度，又可以提高电池的结构稳定性。附图说明图1为本专利技术所述全固态电池单体示意图；图2为本专利技术所述全固态电池并联示意图；图3为本专利技术所述全固态电池串联示意图；其中，1、正极集流体；2、正极层；3、第一过渡层；4、固态电解质层；5、第二过渡层；6、负极层；7、负极集流体层；图4为实施例1所述全固态电池放电比能量循环稳定性图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是，本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于MLCC结构的全固态锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将正极材料、导电剂Super P和分散剂球磨处理，将球磨处理所得浆料涂布于载带上，干燥后得到正极层；/n将铝粉和分散剂球磨处理，然后将所得浆料涂布于正极层的一表面作为正极集流体层；/n将正极活性材料与固态电解质和分散剂球磨处理，然后将所得浆料涂布于正极层的另一表面作为第一过渡层；/n将固态电解质和分散剂球磨处理，然后将所得浆料涂布于第一过渡层的表面作为固态电解质层；/n将固态电解质、Li金属粉末、Li粉表面保护剂和分散剂球磨处理，然后将所得浆料涂布于固态电解质层的表面作为第二过渡层；/n将Li金属粉末、添加剂粉末和分散剂球磨处理，然后将所得浆料涂布于第二过渡层的表面作为负极层；/n将铝粉和分散剂球磨处理，然后将所得浆料涂布于负极层的表面作为负极集流体层；/n将正极集流体层、正极层、第一过渡层、固态电解质层、第二过渡层、负极层和负极集流体层形成的结构通过热压成型增强材料之间界面接触的致密性，得到全固态电池单体；/n将全固态电池单体通过叠片的方式进行串联或并联，然后进行热压成型得到MLCC结构的全固态电池。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于MLCC结构的全固态锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将正极材料、导电剂SuperP和分散剂球磨处理，将球磨处理所得浆料涂布于载带上，干燥后得到正极层；
将铝粉和分散剂球磨处理，然后将所得浆料涂布于正极层的一表面作为正极集流体层；
将正极活性材料与固态电解质和分散剂球磨处理，然后将所得浆料涂布于正极层的另一表面作为第一过渡层；
将固态电解质和分散剂球磨处理，然后将所得浆料涂布于第一过渡层的表面作为固态电解质层；
将固态电解质、Li金属粉末、Li粉表面保护剂和分散剂球磨处理，然后将所得浆料涂布于固态电解质层的表面作为第二过渡层；
将Li金属粉末、添加剂粉末和分散剂球磨处理，然后将所得浆料涂布于第二过渡层的表面作为负极层；
将铝粉和分散剂球磨处理，然后将所得浆料涂布于负极层的表面作为负极集流体层；
将正极集流体层、正极层、第一过渡层、固态电解质层、第二过渡层、负极层和负极集流体层形成的结构通过热压成型增强材料之间界面接触的致密性，得到全固态电池单体；
将全固态电池单体通过叠片的方式进行串联或并联，然后进行热压成型得到MLCC结构的全固态电池。


2.根据权利要求1所述的一种基于MLCC结构的全固态锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述正极活性材料为LiVPO4F、LiFePO4、LiNixCoyMnzO2、LiNixCoyAlzO2、LiCoO2、Li2MnO3和LiMn2O4中的一种或几种，其中x+y+z＝1。


3.根据权利要求1所述的一种基于MLCC结构的全固态锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述固态电解质为Li7La3Zr2O12、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3和LiZr2(PO4)3中的一种或几种。

【专利技术属性】
技术研发人员：徐友龙，薛旭，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61