一种含镁新型固态电池的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种含镁新型固态电池，所述固态电池包括正极、固态电解质和负极；所述正极中的正极活性材料为LiFePO4；所述负极与固态电解质为含镁负极活性材料和聚合物固态电解质的复合物。本发明专利技术所述的固态电池中的正极活性材料LiFePO4，具有良好的循环稳定性，可有效提升固态电池的安全性；含镁石墨烯负极材料内部含有分散均匀的聚合物固态电解质，可有效增大负极材料与固态电解质间的界面接触面积、提升锂离子在电极

【技术实现步骤摘要】
一种含镁新型固态电池的制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，尤其涉及一种含镁新型固态电池的制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池因能量密度高、循环寿命长、倍率性能好等优势，被广泛应用于便携式电子产品、电动汽车和国防装备等各个领域。作为锂离子电池的重要组成部分，有机电解液因存在易漏、化学稳定性差、使用温度范围窄、易燃、易爆等不足，使锂电池存在严重的安全隐患；另外，有机电解液的有限电压窗口也限制了其在高电压电池体系的进一步应用。纵观锂电池整个发展趋势来看，研究高性能的固态化锂离子电池是锂离子电池下一步的重要发展方向。
[0003]固态电池采用不挥发、不易燃的固态电解质代替有机电解液，不仅使其在宽的温度范围内工作，而且可以解决锂电池的安全隐患，同时该类电池仍有能量密度高、功率密度高、使用寿命长的优势。目前在已开发的固态电池体系中，常用的负极活性材料包括锂金属及金属化合物和硅系材料及碳材料，其中，锂金属及金属化合物和硅系材料均因具有高理论比容量而得到广泛应用。
[0004]但是锂金属作负极使用时会在大倍率下充放电过程中出现严重的锂枝晶问题，造成电池容量衰减及引发热失控问题；而硅系材料在离子的脱嵌过程中产生较大的体积膨胀(约为400％)，出现离子迁移内阻增大使得电池倍率及循环性能降低问题。此外，电解质和电极间的界面接触性差的问题也会引起电池倍率性能和循环性能的降低。
[0005]作为碳材料的一种，石墨烯的应用，不仅避免了材料表面因产生锂枝晶而引起的电池容量衰减问题，而且缓解了固态电解质电导率低的问题，更重要的是，其自身属于高度互联的网状结构，且具有高导电性、机械强度大、柔韧性好以及化学稳定性优异等特征，使电池具有优异的倍率性能和循环寿命。
[0006]但值得注意的是，石墨烯在充放电过程中极易发生堆叠甚至团聚造成电池嵌锂容量降低，故不能直接作为电极使用。
[0007]CN202111255889.4、CN 202010671088.5及CN 201911312442.9曾公开在电极材料中引入镁离子，既可以改变原材料的电导率和锂离子的迁移速率，在某种程度上也可以解决某些材料在大倍率充放电过程中的结构稳定性问题和膨胀性问题，实现电池综合性能的显著提升。
[0008]但是目前无人探索关于聚合物电解质、镁盐和石墨烯三者结合的综合性能，同时上述合成工艺较为复杂、颗粒尺寸均一性难以控制。因此，寻求一种工艺简单、条件易控、成本低廉、拥有性能优异的含镁新型固态电池是当前的关键任务。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于解决上述研究中存在的问题。因此，本专利技术提供一种含镁新型固态电池的制备方法，用以解决石墨烯易团聚、聚合物固态电解质离子电导率偏低和电解
质与电极间界面接触差的问题。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0011]本专利技术的目的之一在于提供一种含镁新型固态电池，所述含镁新型固态电池包括正极、固态电解质和负极，所述正极中的正极活性材料包括LiFePO4，所述负极与固态电解质为含镁离子源的负极活性材料和聚合物固态电解质的复合物。
[0012]本专利技术提供的一种含镁新型固态电池，还具有以下技术特征：
[0013]进一步，所述镁离子源为可溶性镁盐，具体是乙酸镁、硫酸镁及硝酸镁中的任意一种。
[0014]进一步，所述负极活性材料前驱原料为膨胀石墨。
[0015]进一步，所述聚合物固态电解质包括聚环氧乙烷PEO、聚丙烯腈PAN、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚偏氟乙烯PVDF、聚乙烯醇PVA、聚丙烯酸PAA、聚乙二醇PEG及聚二甲基硅氧烷PDMS中的任意一种。
[0016]进一步，所述含镁新型固态电池为固态锂离子电池、固态钠离子电池及固态钾离子电池中的任意一种。
[0017]进一步，含镁新型固态电池的制备方法，包括以下步骤：
[0018]步骤一、将LiFePO4、导电剂和粘结剂混合，得到正极浆料，并将其涂覆在正极集流体上，经干燥、辊压，得到正极层；
[0019]步骤二、将负极活性材料、导电剂和粘结剂混合，得到负极浆料，并将其涂覆在负极集流体上，经干燥、辊压，得到负极层；
[0020]步骤三、将步骤一和步骤二所得的正极层、负极层和聚合物固态电解质组装成含镁新型固态电池。
[0021]进一步，所述导电剂为乙炔黑、石墨和碳纳米管中的任意一种，粘结剂为聚偏氟乙烯PVDF、丁苯橡胶SBR及聚四氟乙烯PTFE中的任意一种。
[0022]进一步，所述步骤二中负极活性材料的方法包括以下步骤：
[0023]步骤五、采用改进Hummers法将膨胀石墨转化成石墨烯；
[0024]步骤六、将步骤五所得石墨烯与镁离子源及聚合物固态电解质混合，得到负极材料。
[0025]进一步，所述步骤一或步骤二中混合方式为超声搅拌。
[0026]进一步，所述超声搅拌中超声强度为70～100Hz、搅拌速度为5000～8000r min
‑
1、加热温度为75～85℃。
[0027]与现有技术相比，本专利技术提供了一种含镁新型固态电池的制备方法，具备以下有益效果：
[0028]本专利技术不仅制备了一种含镁新型固态电池，而且为含镁新型石墨烯负极材料在固态电池领域的进一步应用提供了新思路。在制备过程中，首先将传统的膨胀石墨粉经改进Hummers法处理可制备低成本、高氧化程度的石墨烯；其次采用超声搅拌法将镁源、石墨烯及聚合物固态电解质结合，解决了聚合物固态电解质离子电导率差、石墨烯易团聚及含镁负极活性材料与固态电解质间界面接触性差等问题，维持了石墨烯在长循环过程中的结构稳定性，从而有效降低在充放电过程中电子和离子的扩散内阻，进而实现固态电池倍率性能及循环寿命的大幅提升。另外，本专利技术提供的方法工艺简单、成本低廉、安全环保，且镁盐
和聚合物固态电解质在石墨烯上分散度高，适宜工业化发展。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。
[0030]图1为一种含镁新型固态电池中负极材料的SEM图。
[0031]图2为对比样品
‑
石墨烯负极材料的SEM图。
[0032]图3为实施例样品与对比样品的倍率性能对比图。
[0033]图4为1C条件下实施例样品与对比样品的循环性能对比。
具体实施方式
[0034]为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
[0035]除非另外定义，本公开使用的技术术语本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含镁新型固态电池，其特征在于：所述含镁新型固态电池包括正极、固态电解质和负极，所述正极中的正极活性材料包括LiFePO4，所述负极与固态电解质为含镁离子源的负极活性材料和聚合物固态电解质的复合物。2.根据权利要求1所述的一种含镁新型固态电池，其特征在于，所述镁离子源为可溶性镁盐，具体是乙酸镁、硫酸镁及硝酸镁中的任意一种。3.根据权利要求1所述的一种含镁新型固态电池，其特征在于，所述负极活性材料前驱原料为膨胀石墨。4.根据权利要求1所述的一种含镁新型固态电池，其特征在于，所述聚合物固态电解质包括聚环氧乙烷(PEO)、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯酸(PAA)、聚乙二醇(PEG)及聚二甲基硅氧烷(PDMS)中的任意一种。5.根据权利要求1所述的一种含镁新型固态电池，其特征在于，所述含镁新型固态电池为固态锂离子电池、固态钠离子电池及固态钾离子电池中的任意一种。6.根据权利要求1
‑
5任一所述的含镁新型固态电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将LiFePO4、导电剂和粘结剂混合，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘远见，李润润，
申请(专利权)人：西安亚弘泰新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：