一种半固态电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种半固态电池，包括高安全离子膜、负极片、正极片、电解液；高安全离子膜位于负极片和正极片之间；电解液位于高安全离子膜和负极片、高安全离子膜和正极片之间；高安全离子膜包括隔膜、第一涂层、第二涂层，隔膜上靠近负极片的一侧固定有第一涂层，隔膜上靠近正极片的一侧固定有第二涂层；第一涂层包括第一功能材料，第一功能材料由能够原位消耗电解液生成稳定层的材料制成；第二涂层包括第二功能材料，第二功能材料由能够与活性氧分子发生反应的材料制成。本发明专利技术的有益效果在于：不仅降低了电池中液态电解液的含量，而且能够与正极材料释放出的活性氧进行反应，从而大幅度提升电池的安全性能。升电池的安全性能。升电池的安全性能。

【技术实现步骤摘要】
一种半固态电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂电池
，具体为一种包括高安全离子膜的半固态电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着锂离子电池安全事故的发生，业界对锂离子电池安全性能的要求越来越高；在锂离子电池组成中，隔膜对锂电池的安全性具有非常重要的作用；常规的隔膜通常为聚乙烯、聚丙烯等高分子多孔膜，但这些高分子多孔膜耐热性能差；因此通常在隔膜的表面固定陶瓷(如氧化铝、勃姆石等)提升隔膜的耐热性，但仍然无法满足更高的安全性要求。
[0003]关于通过对隔膜进行改进来提高锂离子电池安全性的技术目前还尚未发现；现有技术中公开了通过对正极片进行改进来提高锂离子电池安全性；如公布号为CN113540393 A的对比文件，其公开了一种用于固态复合正极及其制备方法和电池，其为多层层状结构，包括依次层叠设置的第一电解质层、第一正极活性层、正极集流体、第二正极活性层和第二电解质层；所述第一电解质层、第一正极活性层、第二正极活性层和第二电解质层均包含无机固态电解质；一方面，该工艺是在正极材料内添加固态电解质，并在表面涂覆电解质涂层，固态电解质添加入正极，会导致正极活性物质含量比例降低，电池容量下降，能量密度下降，此外，部分固态电解质具有较强的碱性，与正极组分尤其是粘结剂会发生反应，造成正极凝胶化，制程管控工艺需求高；另一方面，因为正极表面无法达到与隔膜表面一样的平整度，采用微凹版涂布时，正极表面涂敷会导致局部涂敷不均匀，会有尖端颗粒的出现，在高硅体系下会引起短路率的提升。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种包括高安全离子膜的半固态电池，来解决现有技术中通过对正极片进行改进来提高锂电池安全性所存在的问题。
[0005]本专利技术通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
[0006]一种半固态电池，包括高安全离子膜、负极片、正极片、电解液；所述高安全离子膜位于负极片和正极片之间；所述电解液位于高安全离子膜和负极片、高安全离子膜和正极片之间；所述高安全离子膜包括隔膜、第一涂层、第二涂层，所述隔膜上靠近负极片的一侧固定有第一涂层，所述隔膜上靠近正极片的一侧固定有第二涂层；所述第一涂层包括第一功能材料，所述第一功能材料由能够原位消耗电解液生成稳定层的材料制成；所述第二涂层包括第二功能材料，所述第二功能材料由能够与活性氧分子发生反应的材料制成。
[0007]有益效果：第一功能材料能够在锂电池充放电区间与电解液发生氧化还原反应生成致密的表面膜层，不仅降低了电池中液态电解液的含量，而且通过表面膜层的生成能够使隔膜的耐热性得到提升，从而大幅度提升隔膜与电池的安全性能；在高温条件下，当正极材料发生相变释放活性氧时，第二功能材料能够与释放出的活性氧进行反应，阻止电池内部的气体串扰，从而避免热失控的发生，进而使得电池的安全性大幅提升。
[0008]优选地，所述第一功能材料为LLTO快离子导体、LATP快离子导体中的一种。
[0009]优选地，所述第二功能材料为LLZO快离子导体、聚多巴胺中的一种。
[0010]优选地，所述第一涂层、第二涂层均还包括分散剂、增稠剂、粘结剂。
[0011]优选地，所述分散剂为阴离子分散剂。
[0012]优选地，所述增稠剂为羧甲基纤维素钠或以羧甲基纤维素钠为主要组分的混合增稠剂。
[0013]优选地，所述粘结剂为丙烯酸类粘结剂。
[0014]优选地，所述隔膜为PE、PP、PI、纤维素、PET中的一种或多种。
[0015]本专利技术还公开了一种制备上述任一技术方案所述半固态电池的方法，包括以下步骤：
[0016]S1将第一功能材料、第二功能材料与分散剂、增稠剂、粘结剂混合搅拌均匀，分别涂敷于隔膜两侧，得到高安全离子膜；
[0017]S2将负极片、高安全离子膜、正极片依次堆叠组装，然后注入电解液，得到电池半成品；
[0018]S3将制备出的电池半成品在压力为600
‑
1500kgf，温度为25
‑
45℃，倍率为0.1C
‑
2C的条件下进行化成分容，得到半固态电池。
[0019]有益效果：第一功能材料需要在低电位下才会发生原位固化反应，此条件需要与负极紧密贴合，用负极的低电位来促进发生，因此需要较大压力来保证第一涂层与负极的接触，使得第一涂层处于低电位的状态。
[0020]优选地，包括以下步骤：
[0021]S1将LATP快离子导体、LLZO快离子导体与羧甲基纤维素钠、丙烯酸、阴离子分散剂混合搅拌均匀，分别涂敷于隔膜两侧，得到高安全离子膜；
[0022]S2将粘结剂SBR、导电剂SP、人造石墨以2：2：96为比例充分混合制成浆料，涂敷在6μm的铜箔上，于120℃条件下烘烤干燥，辊压得到负极片；
[0023]S3将粘结剂PVDF、导电剂乙炔黑、三元正极材料LiNi
0.8
Co
0.1
Mn
0.1
O2以2：3：95的比例充分混合，得到的浆料均匀的涂敷在12μm的铝箔上，于120℃条件下烘烤，辊压得到正极片；
[0024]S4将负极片、高安全离子膜、正极片依次堆叠组装，以2.0g/Ah的注液系数注入电解液，得到电池半成品；
[0025]S5将制备出的电池半成品在压力为1250kgf、温度为35℃、倍率为1C的条件下进行化成分容，得到半固态电池。
[0026]有益效果：通过LATP快离子导体的设置，消耗液态电解液的量能够达到9g，使得隔膜表面的膜层更厚，从而大幅度提升隔膜与电池的安全性能。
[0027]本专利技术的优点在于：
[0028]本专利技术通过第一功能材料与第二功能材料的设置，第一功能材料能够在锂电池充放电区间与电解液发生氧化还原反应生成致密的表面膜层，不仅降低了电池中液态电解液的含量，而且通过表面膜层的生成能够使隔膜的耐热性得到提升，从而大幅度提升隔膜与电池的安全性能；在高温条件下，当正极材料发生相变释放活性氧时，第二功能材料能够与释放出的活性氧进行反应，阻止电池内部的气体串扰，从而避免热失控的发生，进而使得电
池的安全性大幅提升。
[0029]本专利技术通过将化成分容压力设置为600
‑
1500kgf，第一功能材料需要在低电位下才会发生原位固化反应，此条件需要与负极紧密贴合，用负极的低电位来促进发生，因此需要较大压力来保证第一涂层与负极的接触，使得第一涂层处于低电位的状态。
[0030]本专利技术通过LATP快离子导体的设置，消耗液态电解液的量能够达到9g，使得隔膜表面的膜层更厚，从而大幅度提升隔膜与电池的安全性能。
附图说明
[0031]图1为实施例2中拆解后的隔膜图片；
[0032]图2为实施例3中拆解后的隔膜图片；
[0033]图3为对比例1中拆解后的隔膜图片；
[0034]图4为对比例2中拆解后的隔膜图片；
[0035]图5为对比本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半固态电池，其特征在于，包括高安全离子膜、负极片、正极片、电解液；所述高安全离子膜位于负极片和正极片之间；所述电解液位于高安全离子膜和负极片、高安全离子膜和正极片之间；所述高安全离子膜包括隔膜、第一涂层、第二涂层，所述隔膜上靠近负极片的一侧固定有第一涂层，所述隔膜上靠近正极片的一侧固定有第二涂层；所述第一涂层包括第一功能材料，所述第一功能材料由能够原位消耗电解液生成稳定层的材料制成；所述第二涂层包括第二功能材料，所述第二功能材料由能够与活性氧分子发生反应的材料制成。2.根据权利要求1所述半固态电池，其特征在于，所述第一功能材料为LLTO快离子导体、LATP快离子导体中的一种。3.根据权利要求1所述半固态电池，其特征在于，所述第二功能材料为LLZO快离子导体、聚多巴胺中的一种。4.根据权利要求1所述半固态电池，其特征在于，所述第一涂层、第二涂层均还包括分散剂、增稠剂、粘结剂。5.根据权利要求4所述半固态电池，其特征在于，所述分散剂为阴离子分散剂。6.根据权利要求4所述半固态电池，其特征在于，所述增稠剂为羧甲基纤维素钠或以羧甲基纤维素钠为主要组分的混合增稠剂。7.根据权利要求4所述半固态电池，其特征在于，所述粘结剂为丙烯酸类粘结剂。8.根据权利要求1所述半固态电池，其特征在于，所述隔膜为PE、PP、PI、纤维素、PET中的一种或多种。9.一种制备权利要求1
‑
8任一所述半固态电池的方法，包括以下步骤：S1...

【专利技术属性】
技术研发人员：李洋，曹子扬，朱冠楠，王义飞，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：