一种固态化锂离子电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种固态化锂离子电池及其制备方法，首先称取500～1000重量份不同粒径的陶瓷粉末放入溶剂中，开启搅拌装置，使其溶解，制得初始悬浊液；再取60～100重量份水溶性粘结剂加入初始悬浊液中并搅拌，得到均匀稳定的陶瓷涂覆悬浊液；接着对陶瓷涂覆悬浊液进行成膜高温试验，并判断是否合格；本发明专利技术选用氧化物陶瓷粉末与水溶性粘结剂进行混合制备陶瓷隔膜，取代常规有机隔膜，与锂离子电池正负极片形成固态化复合电极，且由于氧化物陶瓷粉末具备较强的吸液保液能力以及热稳定性，使得电池在较低电解液含量前提下，仍具有较好的电化学性能及安全性能，适合被广泛推广和使用。适合被广泛推广和使用。适合被广泛推广和使用。

【技术实现步骤摘要】
一种固态化锂离子电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种固态化锂离子电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]电池的安全事故主要是由电池热失控造成的，这与现有电池体系内部采用的耐热温度低的高分子隔膜材料及有机液体电解质有直接关系。
[0003]固态锂电池技术成为了国内外的研究热点。固态电池现有全固态和固态化两条技术路线，两种路线目标在材料体系、工艺路线、技术指标和应用市场方面有重大区别。其中全固态电池是以固体电解质完全取代有机电解液和高分子隔膜，其主要攻关方向是实现电池超高能量密度和车辆超长续航里程，主要应用市场为电动汽车。
[0004]目前，广泛使用以聚丙烯、聚乙烯等高分子化合物制备成的电池隔膜，易在电池过热时熔化或被锂枝晶刺穿，进而导致短路和安全问题；此外，进一步开发的涂覆型有机/无机复合隔膜和聚合物电解质隔膜仍然存在热稳定性差、离子电导率差等问题；为从根本上解决锂离子电池热失控问题，需要从底层材料入手；因此，需要设计一种固态化锂离子电池及其制备方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是克服现有技术的不足，为更好的有效解决锂离子电池热失控问题，提供了一种固态化锂离子电池及其制备方法，其具有提升锂离子电池的安全及电化学性能的功能。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0007]一种固态化锂离子电池及其制备方法，包括以下步骤，
[0008]步骤(A)，称取500～1000重量份不同粒径的陶瓷粉末放入溶剂中，开启搅拌装置，使其溶解，制得初始悬浊液；
[0009]步骤(B)，取60～100重量份水溶性粘结剂加入初始悬浊液中并搅拌，得到均匀稳定的陶瓷涂覆悬浊液；
[0010]步骤(C)，对陶瓷涂覆悬浊液进行成膜高温试验，并判断是否合格，若合格则进行步骤(D)，若不合格则返回步骤(A)；
[0011]步骤(D)，将陶瓷涂覆悬浊液涂覆于预设厚度成卷的电池极片表面，再将电池极片置于50～60℃的条件下烘干后依次收卷和裁片，并得到陶瓷隔膜复合电极片；
[0012]步骤(E)，将陶瓷隔膜复合电极片与对应的正极片或负极片进行平行装配从而制成电芯；
[0013]步骤(F)，对电芯进行包扎固定、封装、灌注电解液和化成制成锂离子电池。
[0014]优选的，步骤(A)中具体陶瓷粉末的粒径为50nm
‑
3μm的α
‑
Al2O3、SiO2、CaCO3、ZrO2和TiO2中的至少一种，且颗粒的质量比为1.5～6：1.5～6：1～4。
[0015]优选的，步骤(B)中水溶性粘接剂包括聚乙烯醇与聚醚酰亚胺的组合物、聚丙烯酸与羧甲基纤维素钠的组合物、聚乙烯醇与聚丙烯酸的组合物或聚酰亚胺酸。
[0016]优选的，所述水溶性粘结剂若用组合物配置，组合物占形成胶液的质量浓度为10～60％。
[0017]优选的，所述水溶性粘结剂若用聚酰亚胺酸配置，聚酰亚胺酸占形成胶液的质量浓度为0.1～10％。
[0018]优选的，步骤(C)中对陶瓷涂覆悬浊液进行成膜高温试验的具体过程如下，
[0019]步骤(C1)，将少量配置好的陶瓷涂覆悬浊液涂覆于箔材上表面，并将其置于400
‑
800℃的条件下进行烘烤，制得无机陶瓷隔膜；
[0020]步骤(C2)，将制得的无机陶瓷隔膜降温至室温，并取出陶瓷隔膜；
[0021]步骤(C3)，观察陶瓷隔膜的热收缩变化，若隔膜加热后体积无任何收缩变形，则合格，反之，则不合格。
[0022]优选的，步骤(D)中陶瓷涂覆悬浊液的涂覆环境湿度为40％
‑
70％。
[0023]优选的，一种固态化锂离子电池，包括电芯及制成电芯的无机陶瓷隔膜复合电极片、正极片和负极片，其中所述正极片和负极片与无机陶瓷隔膜复合电极片平行。
[0024]本专利技术的有益效果是：本专利技术的一种固态化锂离子电池及其制备方法，首先选用陶瓷粉末与水溶性粘结剂进行混合制备无机陶瓷隔膜，再与锂离子电池正负极片形成无机隔膜复合电极，由于二氧化硅粉末具备较强的吸液保液能力，使得复合电极具有较好的的浸润性，不仅大大降低了电池初期化成过程中电极因为浸润不完全而导致的极化现象，而且也降低了循环过程中的内阻，使得利用该复合电极制备得到的锂离子电池具有较长的循环寿命。
附图说明
[0025]图1是本专利技术的实施例中固态化锂离子电池的制备方法流程图；
[0026]图2是本专利技术的实施例中制备的固态化锂离子电池与采用有机高分子PP隔膜制备的锂离子电池循环容量保持率的对比图。
具体实施方式
[0027]下面将结合说明书附图，对本专利技术作进一步的说明。
[0028]本专利技术的一种固态化锂离子电池及其制备方法，包括以下步骤，
[0029]步骤(A)，称取500～1000重量份不同粒径的陶瓷粉末放入溶剂中，开启搅拌装置，使其溶解，制得初始悬浊液；
[0030]其中，具体陶瓷粉末的粒径为50nm
‑
3μm的α
‑
Al2O3、SiO2、CaCO3、ZrO2和TiO2中的至少一种，且颗粒的质量比为1.5～6：1.5～6：1～4。
[0031]步骤(B)，取60～100重量份水溶性粘结剂加入初始悬浊液中并搅拌，得到均匀稳定的陶瓷涂覆悬浊液；所述水溶性粘结剂若用组合物配置，组合物占形成胶液的质量浓度为10～60％；所述水溶性粘结剂若用聚酰亚胺酸配置，聚酰亚胺酸占形成胶液的质量浓度为0.1～10％；陶瓷粉末和水溶性粘结剂的质量比优选为10：1；
[0032]其中，水溶性粘接剂包括聚乙烯醇与聚醚酰亚胺的组合物、聚丙烯酸与羧甲基纤
维素钠的组合物、聚乙烯醇与聚丙烯酸的组合物或聚酰亚胺酸；且搅拌的具体过程是将胶料中加入适量水调节固含量值至60～70％，再按照400
‑
1000r/min的转速搅拌2
‑
6h，经过充分的搅拌能使得陶瓷粉末均匀的分散在粘接剂溶液中，有利于制得高分散的陶瓷涂覆悬浊液。
[0033]步骤(C)，对陶瓷涂覆悬浊液进行成膜高温试验，并判断是否合格，若合格则进行步骤(D)，若不合格则返回步骤(A)；
[0034]其中，对陶瓷涂覆悬浊液进行成膜高温试验的具体过程如下，步骤(C1)，将少量配置好的陶瓷涂覆悬浊液涂覆于箔材上表面，并将其置于400
‑
800℃的条件下进行烘烤，制得无机陶瓷隔膜；步骤(C2)，将制得的无机陶瓷隔膜降温至室温，并取出陶瓷隔膜；步骤(C3)，观察陶瓷隔膜的热收缩变化，若隔膜加热后体积无任何收缩变形，则合格，反之，则不合格；通过使用自交联及共交联的粘结剂，固化后为热固性塑料，在高温环境使用环境下，粘结剂本身微观结构未产生变化，机械强度几乎不受影响，在超高温度使用环境下，使得隔膜的机械结构不发生变形，可以降低由于粘结剂失效而造成电池热失控发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固态化锂离子电池制备方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤(A)，称取500～1000重量份不同粒径的陶瓷粉末放入溶剂中，开启搅拌装置，使其溶解，制得初始悬浊液；步骤(B)，取60～100重量份水溶性粘结剂加入初始悬浊液中并搅拌，得到均匀稳定的陶瓷涂覆悬浊液；步骤(C)，对陶瓷涂覆悬浊液进行成膜高温试验，并判断是否合格，若合格则进行步骤(D)，若不合格则返回步骤(A)；步骤(D)，将陶瓷涂覆悬浊液涂覆于预设厚度成卷的电池极片表面，再将电池极片置于50～60℃的条件下烘干后依次收卷和裁片，并得到陶瓷隔膜复合电极片；步骤(E)，将陶瓷隔膜复合电极片与对应的正极片或负极片进行平行装配从而制成电芯；步骤(F)，对电芯进行包扎固定、封装、灌注电解液和化成制成锂离子电池。2.根据权利要求1所述的一种固态化锂离子电池制备方法，其特征在于：步骤(A)中具体陶瓷粉末的粒径为50nm
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3μm的α
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Al2O3、SiO2、CaCO3、ZrO2和TiO2中的至少一种，且颗粒的质量比为1.5～6：1.5～6：1～4。3.根据权利要求1所述的一种固态化锂离子电池制备方法，其特征在于：步骤(B)中水溶性粘接剂包括聚乙烯醇与聚醚酰亚胺的组合物、聚丙烯酸与羧甲基纤维素钠的组合物、聚乙烯醇与聚丙烯酸的组合...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘巍巍，郝一鸣，陈建竹，
申请(专利权)人：江苏润鑫能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：