无隔膜的电化学装置和电子设备制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种无隔膜的电化学装置和电子设备，所述电化学装置包括正极和负极，所述正极和负极之间设置有多孔耐热涂层，所述多孔耐热涂层包括间位芳纶和固态电解质。本发明专利技术的电化学装置在正极和负极之间设置多孔耐热涂层来代替现有技术中的隔膜，多孔耐热涂层不仅能够实现在电化学装置中隔绝电子导通离子的功能，还能提高电化学装置的能量密度和安全性能。性能。性能。

Diaphragm free electrochemical devices and electronic equipment

【技术实现步骤摘要】
无隔膜的电化学装置和电子设备


[0001]本专利技术属于电池
，涉及一种无隔膜的电化学装置和电子设备。

技术介绍

[0002]在当今能源制约，环境污染等大背景下，国家正在大规模推动新能源产业的发展。锂离子电池具有工作电压高、能量密度高、循环寿命长、自放电小、无记忆效应等优点，因此被广泛应用于数码产品、电动车以及储能等领域。
[0003]目前，锂离子电池主要包括正极片、负极片、隔膜和电解液。正极片主要通过在铝箔集流体上涂覆钴酸锂、磷酸铁锂等材料为主的物质，经辊压而形成；负极片主要是通过在铜箔集流体表面涂覆石墨材料经辊压而成；而隔膜的材质主要为PE和PP，为了提升隔离膜的安全性能，一般会在PE或PP基膜上涂覆陶瓷涂层或者粘结层。
[0004]随着人们对锂电池的续航能力要求越来越高，要求锂离子电池的体积能量密度进一步提升。目前提升电池能量密度的手段除了正负极主材的创新外，另一个手段就是减少非活性材料的利用，如集流体减薄、隔膜减薄等；目前针对隔膜的减薄主要是对隔离膜基膜或涂层进行减薄，但减薄后的隔膜抗异物穿刺能力，抗热收缩性能下降，容易引发更大的电芯安全风险。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种无隔膜的电化学装置和电子设备。本专利技术通过在正极和负极之间设置多孔耐热涂层来隔离正负极、导通离子，用于代替常规的隔膜，并通过多孔耐热涂层中间位芳纶和固态电解质的协同作用，在隔绝电子的同时强化导通离子传输功能，同时具备良好的热稳定性，满足电化学装置的安全性能要求；并且相比常规的PE、PP隔膜，该多孔耐热涂层在正负极中所占厚度很小，因此可以进一步提升电池的能量密度。
[0006]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种无隔膜的电化学装置，所述电化学装置包括正极和负极，所述正极和负极之间设置有多孔耐热涂层，所述多孔耐热涂层包括间位芳纶和固态电解质。
[0008]本专利技术的电化学装置在正极和负极之间设置多孔耐热涂层来代替现有技术中的隔膜，多孔耐热涂层中含有间位芳纶和固态电解质。多孔耐热涂层中固态电解质与间位芳纶相结合，一方面能够降低界面阻抗，提升离子的传导能力；另一方面能够使间位芳纶在电极表面更加均匀的成孔，使制备得到的多孔耐热涂层具有合适的孔隙率和均匀的孔分布。间位芳纶和固态电解质二者协同作用，使得该多孔耐热涂层除了具有隔离正负极、导通离子的功能外，还具有很好的热稳定性，在电化学装置内部异常升温时不会发生熔融破裂，防止引发热失控，从而提升了电芯的安全性能。另外，本专利技术中的多孔耐热涂层与常规隔膜相比，无需较大的厚度来发挥作用，占据空间降低，其较小的厚度能为电化学装置中的活性物质预留更多的空间，有助于进一步提升电化学装置的能量密度。
[0009]本专利技术中的电化学装置通过在正极和负极之间设置特定的多孔耐热涂层来替代隔膜在电池中的功能，后期电化学装置中无需插入额外的常规隔膜，提高了电化学装置的能量密度和安全性能。
[0010]本专利技术中对多孔耐热涂层的设置位置不做具体限定，其可以直接设置在正极表面，与正极相贴合，并将表面设置有多孔耐热涂层的正极与负极结合得到所述电化学装置；多孔耐热涂层也可以直接设置在负极表面，与负极相贴合，并将表面设置有多孔耐热涂层的负极与正极结合得到所述电化学装置，还可以单独制备得到多孔耐热涂层，并将该涂层与正负极结合得到电化学装置。
[0011]优选地，所述多孔耐热涂层中间位芳纶和固态电解质的质量比为(4至7):(3至6)，其中间位芳纶的选择范围(4至7)例如可以是4、4.5、5、5.5、6、6.5或7等，固态电解质的选择范围(3至6)例如可以是3、3.5、4、4.5、5、5.5或6等。
[0012]本专利技术中通过选取合适的间位芳纶和固态电解质的质量比，能够充分发挥二者的协同作用，进一步的提高制备得到的多孔耐热涂层的综合性能，包括耐热性和离子导通性，使涂层与正极和负极的搭配效果更好，满足电芯的各项使用性能。
[0013]优选地，所述固态电解质包括锂镧锆氧化物(LLZO)、磷酸钛铝锂(LATP)和磷酸锂铝锗(LAGP)中的任意一种或至少两种的组合，例如可以是LLZO和LATP的组合，LATP和LAGP的组合，LLZO和LAGP的组合，或LLZO、LATP和LAGP的组合，上述优选的固态电解质与间位芳纶搭配效果更好，相比单纯的无机固态电解质，间位芳纶可形成具有三维网络结构的连续涂层，保证在满足离子传输的同时，具有稳定的涂层结构，防止正负极直接接触而造成短路。
[0014]优选地，所述固态电解质的D50粒径为0.3μm至3μm，例如可以是0.3μm、0.5μm、1μm、1.5μm、2μm、2.5μm或3μm等。
[0015]优选地，所述多孔耐热涂层的孔隙率为30％至50％，例如可以是30％、32％、34％、36％、38％、40％、42％、44％、46％、48％或50％等。
[0016]优选地，所述多孔耐热涂层中的孔的平均孔径为20nm至100nm，例如可以是20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm或100nm等，优选为30nm至50nm。
[0017]本专利技术对多孔耐热涂层的孔隙率和孔径进一步优化，能够提升电化学装置中离子的传导能力，在发挥隔膜性能的同时，进一步提高电化学装置的热稳定性、能量密度和安全性能。
[0018]优选地，所述多孔耐热涂层设置在所述正极和/或负极的表面，在一个具体实施方式中，多孔耐热涂层设置在所述正极和/或负极的表面的方式为将多孔耐热涂层的浆料涂覆在正极和/或负极的表面。
[0019]优选地，所述电化学装置中还包括电解液。
[0020]作为本专利技术所述电化学装置的优选技术方案，所述多孔耐热涂层的制备方法包括：
[0021]将间位芳纶在溶剂中溶解，加入固态电解质，形成涂层浆料，将涂层浆料涂覆在电极表面，经萃取、烘干后，在电极表面得到所述多孔耐热涂层。
[0022]优选地，所述溶剂包括油性溶剂。
[0023]优选地，所述油性溶剂包括二甲基乙酰胺(DMAC)、N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)和N
‑
甲
基吡咯烷酮(NMP)中的任意一种或至少两种的组合，例如可以是DMAC和DMF的组合，DMF和NMP的组合，DMAC和NMP的组合，或DMAC、DMF和NMP的组合等。
[0024]优选地，所述间位芳纶在溶剂中溶解的过程中，还包括加热的步骤。
[0025]优选地，所述加热的温度为70至90℃，例如可以是70℃、72℃、75℃、78℃、80℃、82℃、85℃、88℃或90℃等，所述加热的时间为30min至120min，例如可以是30min、40min、50min、60min、70min、80min、90min、100min、110min或120min等。
[0026]优选地，所述涂层浆料的固含量为5wt％至15wt本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无隔膜的电化学装置，其特征在于，所述电化学装置包括正极和负极，所述正极和负极之间设置有多孔耐热涂层，所述多孔耐热涂层包括间位芳纶和固态电解质。2.根据权利要求1所示的电化学装置，其特征在于，所述多孔耐热涂层中间位芳纶和固态电解质的质量比为(4至7):(3至6)。3.根据权利要求1所示的电化学装置，其特征在于，所述固态电解质包括锂镧锆氧化物、磷酸钛铝锂和磷酸锂铝锗中的任意一种或至少两种的组合。4.根据权利要求1所示的电化学装置，其特征在于，所述固态电解质的D50粒径为0.3μm至3μm。5.根据权利要求1所示的电化学装置，其特征在于，所述多孔耐热涂层的厚度为2μm至...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙化雨，
申请(专利权)人：远景睿泰动力技术上海有限公司，
类型：发明
国别省市：