一种具有优异倍率性能的全固态锂电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有优异倍率性能的全固态锂电池及其制备方法，所述电池结构是指正极层与梯度结构电解质膜一体化的电池结构，所述制备方法是通过涂覆的方式对正极和电解质界面进行处理，先将电解质浆料CPE

An all solid state lithium battery with excellent rate performance and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种具有优异倍率性能的全固态锂电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于锂离子电池固态电解质
，具体涉及一种具有优异倍率性能的全固态锂电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]全固态锂金属电池(ASSLBs)很有希望应对未来对能源储存的高安全性和高能量密度的需求。其中，固态锂电池的电解质为固态，起到了隔绝正、负极和传导离子的作用，充当液态锂离子电池(LIBs)的隔膜和电解液的角色，所以，ASSLBs比LIBs的结构简单。然而，与LIBs相比，ASSLBs的固态电解质存在离子电导率低、与电极界面接触不良等问题，阻碍了其实际应用。
[0003]传统的固态电解质材料主要分为固体聚合物材料、无机固态电解质和复合固态电解质。固体聚合物电解质材料离子电导率低(特别是室温条件下)、离子迁移数低；无机固态电解质材料界面阻抗大、易脆、加工难度大和成本高等；复合电解质体系，无机材料的添加，增加了电解质的离子电导率、锂离子迁移数t
Li+
，还可以提高电解质的机械强度、电压稳定窗口，也不会影响复合电解质的柔韧性和加工性。但是，与液态电解质相比，由于传统固态电池各部分的组合工艺是层层堆叠，这种固、固的刚性接触导致正极层与固态电解质层之间的接触性和浸润性极差，造成额外的界面阻抗，所以，制备出的全固态锂电池的倍率性能也大打则扣。因此为了制备出具有优异倍率性能的全固态锂电池，设计和开发一种电解质对正极层浸润性良好的电池内部结构是全固态锂电池研究的热点之一。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种具有优异倍率性能的全固态锂电池及其制备方法，该方法保证了固态电解质对正极层的浸润和粘附力，有效降低界面阻抗，且制得的梯度结构电解质膜具有足够的机械强度，从而提高电池的高倍率充放电性能和循环稳定性；制备得到的一种正极支撑的梯度结构电解质膜，该结构保证了固态电解质对正极层的浸润和粘附力，有效降低界面阻抗，且制得的梯度结构电解质膜具有足够的机械强度，从而制备出一种具有优异倍率性能的全固态锂电池；
[0005]为了达到上述技术目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种具有优异倍率性能的全固态锂电池的制备方法，包括以下步骤：
[0006]S1：将搅拌均匀的电解质浆料CPE
‑
1涂覆于正极层上，进行干燥处理，等待CPE
‑
1层干燥完全；将搅拌均匀的电解质浆料CPE
‑
2涂覆于干燥的CPE
‑
1层上，进行干燥处理，等待CPE
‑
2层干燥完全，得到正极支撑的梯度结构电解质膜；
[0007]S2：对正极支撑的梯度结构电解质膜进行切片，最后与负极一起封装于电池壳中，得到高倍率性能的全固态锂电池；
[0008]优选的，所述S1中正极层为自制的LiFePO4正极层；S2中所述的负极为商业购买的锂片；
[0009]优选的，所述S1中涂覆电解质浆料CPE
‑
1的刮刀高度调节为150～200μm，涂覆电解质浆料CPE
‑
2的刮刀高度调节为300～400μm；
[0010]优选的，所述S1中搅拌均匀的方法为恒温50
‑
70℃和搅拌速度50
‑
200r/min的条件下搅拌4
‑
6h；
[0011]优选的，所述S1中电解质浆料CPE
‑
1和CPE
‑
2包含PEO、PVDF、Al2O3、锂盐和有机溶剂，其中锂盐为LiTFSI、LiClO4、Li2CO3中的一种，其中有机溶剂为DMF或NMP中一种；
[0012]优选的，所述S1中电解质浆料CPE
‑
1和CPE
‑
2包含一定比例(10:5:2:3)的粉体：PEO、PVDF、Al2O3和锂盐；
[0013]优选的，所述S1中电解质浆料CPE
‑
1中，粉体：DMF＝1:15，所述的电解质浆料CPE
‑
2中，粉体：DMF＝1:10；
[0014]优选的，所述S1中干燥处理过程为，大气环境下恒温60℃加热12h，然后转移至真空干燥箱中，调节真空度
‑
0.07MPa，45℃恒温加热12h。
[0015]本专利技术的有益效果是：
[0016]1)本专利技术通过直接涂覆的方式，可以增加电解质浆料CPE
‑
1对正极层的深层孔隙的浸润性，干燥处理后，再通过直接涂覆的方式，使得电解质浆料CPE
‑
2对干燥的CPE
‑
1层电解质的孔隙进行浸润，干燥处理后，形成了一体化结构的正极支撑的梯度结构电解质膜，对电解质的结构有一定稳定作用；
[0017]2)本专利技术的结构可以制备出具有优异倍率性能的全固态锂电池。
附图说明
[0018]图1为本专利技术的工艺流程图；
[0019]图2为电池的倍率性能对比图；
[0020]图3为电池的长周期循环曲线图；
[0021]图4为电池的长周期循环前后的EIS曲线。
具体实施方式
[0022]为了对本专利技术的技术方案及效果做出清楚完整的描述，通过实施例进行详细说明；
[0023]实施例1
[0024]一种具有优异倍率性能的全固态锂电池的制备方法，包括以下步骤：
[0025]S1：按照比例(10:5:2:3)称取PEO、PVDF、Al2O3和LiTFSI于血清瓶中，按照比例(粉体：DMF＝1:15)加入一定量的DMF；
[0026]S2：将S1所述的装有混合物的血清瓶置于磁力搅拌器上，在恒温60℃和搅拌速度200r/min的条件下搅拌6h，得到均匀的电解质浆料CPE
‑
1；
[0027]S3：调节刮刀高度为200μm，使用刮刀将S2所述的电解质浆料CPE
‑
1涂覆在正极层上；大气环境下恒温60℃加热12h，然后转移至真空干燥箱中，调节真空度
‑
0.07MPa，45℃恒温加热12h，得到干燥的正极支撑的CPE
‑
1层；
[0028]S4：按照比例(10:5:2:3)称取的PEO、PVDF、Al2O3和LiTFSI于血清瓶中，按照比例(粉体：DMF＝1:10)加入一定量的DMF；
[0029]S5：将S4所述的装有混合物的血清瓶置于磁力搅拌器上，在恒温60℃和搅拌速度100r/min的条件下搅拌12h，得到均匀的电解质浆料CPE
‑
2；
[0030]S6：调节刮刀高度为400μm，使用刮刀将S5所述的电解质浆料CPE
‑
2涂覆在S3所述的干燥的正极支撑的CPE
‑
1层上；大气环境下恒温60℃加热12h，然后转移至真空干燥箱中，调节真空度
‑
0.07MPa，45℃恒温加热12h，得到干燥的正极支撑的梯度结构电解质本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有优异倍率性能的全固态锂电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将搅拌均匀的电解质浆料CPE
‑
1涂覆于正极层上，进行干燥处理，等待CPE
‑
1层干燥完全；将搅拌均匀的电解质浆料CPE
‑
2涂覆于干燥的CPE
‑
1层上，进行干燥处理，等待CPE
‑
2层干燥完全，得到正极支撑的梯度结构电解质膜；S2：对正极支撑的梯度结构电解质膜进行切片，最后与负极一起封装于电池壳中，得到高倍率性能的全固态锂电池。2.根据权利要求1所述一种具有优异倍率性能的全固态锂电池的制备方法，其特征在于，所述S1中正极层为自制的LiFePO4正极层；S2中所述的负极为商业购买的锂片。3.根据权利要求1所述一种具有优异倍率性能的全固态锂电池的制备方法，其特征在于，所述S1中涂覆电解质浆料CPE
‑
1的刮刀高度调节为150～200μm，涂覆电解质浆料CPE
‑
2的刮刀高度调节为300～400μm。4.根据权利要求1所述一种具有优异倍率性能的全固态锂电池的制备方法，其特征在于，所述S1中搅拌均匀的方法为恒温50
‑
70℃和搅拌速度50
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：陈鑫智，段欣，邹玉浩，赵娜，翁海瑞，王晨瑶，李慧敏，李勇，骆家明，杨静，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：