锂离子电池及其制备方法及电动汽车技术

本申请涉及一种锂离子电池及其制备方法及电动汽车。该锂离子电池包括：负极及一体成型于负极其中一侧表面的致密隔膜；其中：负极包括多孔胚体及填充于多孔胚体中的金属锂；致密隔膜远离负极的一侧用于连接正极；致密隔膜与多孔胚体均为金属氧化物基体。本申请提供的方案，相比于传统的单独的负极片与电解质的平面接触方式，增大了金属锂与电解质的接触面积，提高离子传输效率，且多孔结构还可以限制金属锂因粉化而导致的膨胀，预防安全隐患；另外通过致密隔膜还可以有效预防电极的树枝状结晶的穿透，确保电池安全。确保电池安全。确保电池安全。

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池及其制备方法及电动汽车


[0001]本申请涉及电池
，尤其涉及一种锂离子电池及其制备方法及电动汽车。

技术介绍

[0002]由于固态锂离子电池具有安全性能好、更宽的工作温度，能量密度高和循环寿命长等优点，是电动汽车理想的动力锂电池。在固态锂离子电池中，LLZO(锂镧锆氧，化学式Li7La3Zr2O
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)固态电解质因其高的室温离子电导率和优异的对锂稳定性，成为目前备受关注的固态电解质之一。
[0003]然而，目前固态锂离子电池的结构中，负极锂金属片直接设置于LLZO固态电解质的一侧，由于二者都是固态结构，导致有效接触面积有限，使得锂离子在固体物质中传输动力低，界面接触阻抗增大，影响电池的充电效率。

技术实现思路

[0004]为解决或部分解决相关技术中存在的问题，本申请提供一种锂离子电池及其制备方法及电动汽车，能够有效提高电池的充放电效率及安全性能。
[0005]本申请第一方面提供一种锂离子电池，其包括负极及一体成型于所述负极其中一侧表面的致密隔膜；其中：
[0006]所述负极包括多孔胚体及填充于所述多孔胚体中的金属锂；
[0007]所述致密隔膜远离所述负极的一侧用于连接正极；
[0008]所述致密隔膜与所述多孔胚体均为金属氧化物基体。
[0009]在一实施方式中，所述金属氧化物基体选自LLZO或者具有掺杂元素的LLZO，其中，掺杂元素选自钽、镓、铌、硅、镁或铝。
[0010]在一实施方式中，所述负极的厚度为10um～200um，所述多孔胚体的孔隙率为40％～70％；
[0011]所述致密隔膜的厚度为5um～70um。
[0012]本申请第二方面提供一种锂离子电池的制备方法，其包括：
[0013]将第一金属氧化物粉体、第一分散剂、第一粘结剂、第一造孔剂及第一溶剂混合形成第一浆料，并将所述第一浆料形成第一胚体；
[0014]将第二金属氧化物粉体、第二分散剂、第二粘结剂及第二溶剂混合形成第二浆料，并将所述第二浆料在所述第一胚体的一侧形成第二胚体；
[0015]将所述第一胚体与所述第二胚体进行烧结，形成多孔胚体和致密隔膜的复合结构；
[0016]将金属锂熔融填充于所述多孔胚体中，冷却形成负极。
[0017]在一实施方式中，在所述将金属锂熔融填充于所述多孔胚体中，冷却形成负极之前，所述方法还包括：
[0018]将所述复合结构进行表面处理，获得固态电解质。
[0019]在一实施方式中，所述第一浆料包括如下质量百分比的原料：
[0020]30％～60％第一金属氧化物粉体、0.5％～2％第一分散剂、5％～40％第一粘结剂、10％～50％第一造孔剂及20％～60％第一溶剂；
[0021]所述第二浆料包括如下质量百分比的原料：
[0022]70％～90％第二金属氧化物粉体、0.5％～2％第二分散剂、1％～10％第二粘结剂及20％～50％第二溶剂。
[0023]在一实施方式中，所述第一金属氧化物粉体和第二金属氧化物粉体分别选自LLZO或者具有掺杂元素的LLZO，其中，掺杂元素选自钽、镓、铌、硅、镁或铝；
[0024]所述第一分散剂和第二分散剂分别选自鱼油、十六烷基、三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、羧酸制剂Dolapix C64或吐温
‑
20中的一种或多种的混合；
[0025]所述第一粘结剂和第二粘结剂分别选自聚乙烯吡咯烷酮、乙基纤维素或聚乙烯醇缩丁醛酯；
[0026]所述第一造孔剂选自淀粉、碳黑、聚甲基丙烯酸甲酯和聚乙烯醇中的一种或多种的混合；
[0027]所述第一溶剂和第二溶剂分别选自水、N
‑
甲基吡咯烷酮、N,N
‑
二甲基甲酰胺、正乙烷、异丙醇和甲苯中的一种或多种的混合。
[0028]在一实施方式中，所述第一浆料根据相转化法、流延成型法或冷冻干燥法制得第一胚体；和/或
[0029]以所述第一胚体为基底，将所述第二浆料通过丝网印刷法或者流延成型法在所述第一胚体的表面形成第二胚体；或，在分别制得第一胚体和第二胚体后，将所述第一胚体与所述第二胚体热压结合。
[0030]在一实施方式中，所述将所述第一胚体与所述第二胚体进行烧结，形成多孔胚体和致密隔膜的复合结构，包括：
[0031]将所述第一胚体与所述第二胚体热压结合，形成结合体；
[0032]将所述结合体放置于加热装置中，按照0.1℃/min～2℃/min的升温速度升温至300℃～600℃并保温0.5h～1h后，按照3℃/min～5℃/min的升温速度升温至1000℃～1200℃并保温1h～8h，形成所述复合结构；
[0033]按照5℃/min的降温速度降至室温，将所述复合结构从所述加热装置中取出。
[0034]本申请第三方面提供一种电动汽车，其包括上述任一实施例中的锂离子电池或根据上述任一实施例中的锂离子电池的制备方法制备的锂离子电池。
[0035]本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：
[0036]本申请的技术方案，通过将金属锂填充于多孔胚体的多孔结构中，再由均为金属氧化物基体的多孔胚体与致密隔膜形成紧密连接的一体式结构，多孔胚体与致密隔膜相当于固态电解质，相比于传统的单独的负极片与电解质的平面接触方式，本申请这样的设计，增大了金属锂与电解质的接触面积，同时多孔结构可以增加离子的传输路径，提高离子传输效率，且多孔结构还可以限制金属锂因粉化而导致的膨胀，预防安全隐患；另外通过致密隔膜还可以有效预防电极的树枝状结晶的穿透，确保电池安全。本申请的方案可以多维度地提升锂离子电池的使用性能和安全性能。
[0037]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不
能限制本申请。
附图说明
[0038]通过结合附图对本申请示例性实施方式进行更详细地描述，本申请的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本申请示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
[0039]图1是本申请实施例示出的锂离子电池的剖面结构示意图；
[0040]图2是本申请实施例中的多孔胚体和致密隔膜的SEM图；
[0041]图3是本申请实施例示出的锂离子电池的制备方法的流程示意图。
[0042]附图标记：负极110；多孔胚体111；金属锂112；致密隔膜120；正极130。
具体实施方式
[0043]下面将参照附图更详细地描述本申请的实施方式。虽然附图中显示了本申请的实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本申请更加透彻和完整，并且能够将本申请的范围完整地传达给本领域的技术人员。
[0044]在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池，其特征在于，包括负极及一体成型于所述负极其中一侧表面的致密隔膜；其中：所述负极包括多孔胚体及填充于所述多孔胚体中的金属锂；所述致密隔膜远离所述负极的一侧用于连接正极；所述致密隔膜与所述多孔胚体均为金属氧化物基体。2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于：所述金属氧化物基体选自LLZO或者具有掺杂元素的LLZO，其中，掺杂元素选自钽、镓、铌、硅、镁或铝。3.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于：所述负极的厚度为10um～200um，所述多孔胚体的孔隙率为40％～70％；所述致密隔膜的厚度为5um～70um。4.一种锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括：将第一金属氧化物粉体、第一分散剂、第一粘结剂、第一造孔剂及第一溶剂混合形成第一浆料，并将所述第一浆料形成第一胚体；将第二金属氧化物粉体、第二分散剂、第二粘结剂及第二溶剂混合形成第二浆料，并将所述第二浆料在所述第一胚体的一侧形成第二胚体；将所述第一胚体与所述第二胚体进行烧结，形成多孔胚体和致密隔膜的复合结构；将金属锂熔融填充于所述多孔胚体中，冷却形成负极。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在所述将金属锂熔融填充于所述多孔胚体中，冷却形成负极之前，所述方法还包括：将所述复合结构进行表面处理，获得固态电解质。6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述第一浆料包括如下质量百分比的原料：30％～60％第一金属氧化物粉体、0.5％～2％第一分散剂、5％～40％第一粘结剂、10％～50％第一造孔剂及20％～60％第一溶剂；所述第二浆料包括如下质量百分比的原料：70％～90％第二金属氧化物粉体、0.5％～2％第二分散剂、1％～10％第二粘结剂及20％～50％第二溶剂。7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述第一金属氧化物粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洋，仲亮，
申请(专利权)人：广州小鹏汽车科技有限公司，
类型：发明
国别省市：