固态锂电池制造技术

本发明专利技术涉及固态锂电池技术领域，具体涉及一种固态锂电池，包括正极、负极、以及位于正极和负极之间的聚合物固态电解质，聚合物固态电解质包括聚合物，正极包括正极材料层，正极材料层包括正极活性物质和结构式1所示的化合物，结构式1固态锂电池满足以下条件：5≤uL/wd≤500；其中，u为聚合物占聚合物固态电解质总质量的质量百分比，单位为％；w为结构式1所示的化合物占正极活性物质质量的质量百分比，单位为％；L为正极材料层的厚度，单位为μm；d为聚合物固态电解质的厚度，单位为μm。本发明专利技术的用于固态锂电池的正极掺入不饱和磷酸酯类化合物，降低聚合物大分子链的端基受攻击发生断链的几率，提升固态锂电池的循环稳定性。的循环稳定性。

【技术实现步骤摘要】
固态锂电池


[0001]本专利技术涉及锂电池
，具体涉及一种固态锂电池。

技术介绍

[0002]随着新能源产业的发展，可充放电锂电池市场对电池能量密度、循环寿命、安全性能等性能指标提出更高的要求。固态锂电池使用无漏液风险的聚合物固态电解质，使得电池的安全性能得到大幅度提升，而且使得高容量电极材料的使用成为可能，因此，固态锂电池存在同时兼具高能量密度和高安全性能的潜力。
[0003]目前，通过提高电池工作电压成为提升电池能量密度的一种有效手段。然而，聚合物固态电解质在高电压下的电化学稳定性不佳，易出现循环容量衰减较快、容量保持率低的问题，主要原因是：固态锂电池在充放电过程中，高电压下正极活性物质析氧、产生活泼自由基等过程会引起聚合物固态电解质中的大分子链断裂，引起聚合物固态电解质性能以及电解质与正极的界面性能的衰减，随着充放电循环次数增加，聚合物固态电解质性能衰减程度不断增大，循环性能下降。因此，如何提升高电压下，正极与聚合物固态电解质的匹配性成为提升电池使用寿命的关键问题。
[0004]针对较高电压下固态锂电池循环稳定性较差的问题，现有技术主要是通过对正极活性物质进行表面包覆的方式抑制正极对聚合物固态电解质的副反应，改善固态锂电池的循环稳定性，该方法需要对正极活性物质进行特殊处理，无疑增加了正极制备的复杂度，同时包覆材料也会引入冗余界面，额外增加电池阻抗。

技术实现思路

[0005]针对高电压下固态锂电池循环稳定性较差的问题，本专利技术提供一种用于固态锂电池的正极，通过在正极材料层中掺入特定结构的不饱和磷酸酯类化合物改善电池的循环性能，具体技术方案如下：
[0006]一种固态锂电池，包括正极、负极、以及介于所述正极和负极之间的聚合物固态电解质，所述聚合物固态电解质包括聚合物，所述正极包括正极材料层，所述正极材料层包括正极活性物质和结构式1所示的化合物，
[0007]结构式1
[0008]其中，R1、R2、R3分别独立地选自氢原子、取代或未取代的C1‑
C
12
的饱和脂肪烃基、取代或未取代的C2‑
C
12
不饱和脂肪烃基，且R1、R2、R3中至少有一个为取代或未取代的C2‑
C
12
不饱和脂肪烃基；
[0009]所述固态锂电池满足以下条件：
[0010]5≤uL/wd≤500；
[0011]其中，u为聚合物占聚合物固态电解质总质量的质量百分比，单位为％；
[0012]w为结构式1所示的化合物占正极活性物质质量的质量百分比，单位为％；
[0013]L为正极材料层的厚度，单位为μm；
[0014]d为聚合物固态电解质的厚度，单位为μm。
[0015]需要说明的是，本申请的固态锂电池的关键在于，正极材料层中含有结构式1所示的化合物，该特定结构的不饱和磷酸酯类化合物均匀地原位附着于正极活性物质表面，在一定程度上抑制正极活性物质在高电压下发生析氧反应或产生活泼自由基，降低聚合物固态电解质的聚合物大分子链因受正极析出物质攻击而发生断链的几率，从而改善聚合物固态电解质的电化学稳定性，提升固态锂电池的循环稳定性。专利技术人通过大量研究发现，正极材料层的厚度增加，正极对聚合物的破坏几率增加，需要相应地提高结构式1所示的化合物的含量；在聚合物固态电解质中，聚合物是电解质分解的主要来源，聚合物含量增加，同样需要提高结构式1所示的化合物的含量；聚合物固态电解质的厚度增加，正极对聚合物的劣化几率降低，则相应地降低结构式1所示的化合物的含量。因此，专利技术人研究总结出关系式5≤uL/wd≤500，将聚合物占聚合物固态电解质总质量的质量百分比u、聚合物固态电解质的厚度d、结构式1所示的化合物占正极活性物质质量的质量百分比w及正极材料层的厚度L等参数合理量化，得到一种能量密度高且循环性能稳定的固态锂电池。
[0016]作为本专利技术所述固态锂电池的优选实施方案，所述固态锂电池的充电截止电压≥4.2V。
[0017]需要说明的是，由于高电压下正极活性物质更易析氧和产生活泼自由基，与聚合物固态电解质发生副反应，从而导致固态锂电池循环性能劣化。本专利技术的化合物对聚合物固态电解质的保护作用在充电截止电压≥4.2V的情况下体现尤为明显。
[0018]在优选的实施例中，所述固态锂电池满足以下条件：
[0019]10≤uL/wd≤300；
[0020]在更优选的实施例中，所述固态锂电池满足以下条件：
[0021]15≤uL/wd≤200。
[0022]当固态锂电池中结构式1所示的化合物含量、正极材料层的厚度、聚合物固态电解质中聚合物的含量、聚合物固态电解质的厚度处于上述关系范围中时，能够进一步改善电池的循环性能。
[0023]作为本专利技术所述固态锂电池的优选实施方案，R1、R2、R3分别独立地选自氢原子、取代或未取代的C1‑
C5的饱和脂肪烃基、取代或未取代的C2‑
C5不饱和脂肪烃基，且R1、R2、R3中至少有一个为取代或未取代的C2‑
C5不饱和脂肪烃基，R1、R2或R3经取代时，取代基选自卤素。
[0024]作为本专利技术所述固态锂电池的优选实施方案，所述结构式1中，未取代的C1‑
C5的饱和脂肪烃基选自甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基中的一种；取代的C1‑
C5的饱和脂肪烃基选自一氟甲基、二氟甲基、三氟甲基、2
‑
氟乙基、2,2
‑
二氟乙基、2,2,2
‑
三氟乙基、3,3
‑
二氟丙基、3,3,3
‑
三氟丙基、六氟异丙基中的一种；未取代的C2‑
C5的不饱和烃基选自乙烯基、烯丙基、3
‑
丁烯基、异丁烯基、4
‑
戊烯基、乙炔基、炔丙基、3
‑
丁炔基、1
‑
甲基
‑2‑
丙炔基中的一种；取代的C2‑
C5的不饱和烃基选自2,2
‑
二氟乙烯基、3
‑
氟
‑
丙烯基、1,1
‑
二氟
‑
丙烯基、4
‑
氟
‑3‑
丁烯基、4,4
‑
二氟
‑3‑
丁烯基、2
‑
甲基
‑
3,3
‑
二氟
‑2‑
丙烯基、5,5
‑
二氟
‑4‑
戊烯基、2
‑
氟乙炔基、
3
‑
氟
‑2‑
丙炔基、4
‑
氟
‑3‑
丁炔基、1
‑
甲基
‑3‑
氟
‑
2丙炔基中的一种。
[0025]作为本专利技术所述固态锂电池的优选实施方案，所述结构式1所示的化合物选自结构式1<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
结构式1
‑
3其中，R4、R5、R6分别独立地选自氢原子、取代或未取代的C1‑
C
11
的饱和脂肪烃基、取代或未取代的C2‑
C
11
的不饱和脂肪烃基，且R4、R5、R6中至少有一个为取代或未取代的C2‑
C
11
的不饱和脂肪烃基。6.根据权利要求1所述的固态锂电池，其特征在于，所述结构式1所示的化合物选自化合物1
‑
6中的至少一种：化合物1：化合物2：化合物3：化合物4：化合物5：化合物6：
7.根据权利要求1所述的固态锂电池，其特征在于，所述正极活性物质选自以下通式所示化合物中的至少一种：LiL
x
M
y
N
z
O2，L、M、N各自独立地选自Ni、Co、Mn、V、Fe、Al中的至少一种元素，且0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，x+y+z＝1；LiL
x

【专利技术属性】
技术研发人员：邓永红，刘中波，敖小虎，王曼，
申请(专利权)人：深圳新宙邦科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：