双极性固态锂/锂离子电池及其制备方法技术

本发明专利技术属于锂电池技术领域，具体涉及一种双极性固态锂/锂离子电池及其制备方法。所述双极性固态锂/锂离子电池，包括电池壳组、固态电解质、正极侧喷涂固态电解质浆料或双侧喷涂固态电解质浆料的双极性极片、双侧喷涂固态电解质浆料或不喷涂固态电解质浆料的负极极片；所述固态电解质为聚氧化乙烯基聚合物固态电解质，以聚氧化乙烯为基体，成分包括聚氧化乙烯、锂盐、增塑剂和溶剂；所述增塑剂由增塑剂Ⅰ和增塑剂Ⅱ组成，其中增塑剂Ⅰ是阴离子为双氟磺酰亚胺型离子液体，增塑剂Ⅱ是阴离子为双三氟甲基磺酰亚胺型离子液体。本发明专利技术的双极性固态锂/锂离子电池，从实质上解决了电解液串格问题，从而提高倍率放电性能和延长电池的使用寿命。寿命。寿命。

【技术实现步骤摘要】
双极性固态锂/锂离子电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于锂电池
，具体涉及一种双极性固态锂/锂离子电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前市场上锂/锂离子电池应用领域非常广泛，在使用过程中往往需要多个电池串连，这样的使用方式会产生较大的接触电阻，降低倍率放电性能并缩短电池的使用时间。现有技术中一般通过采用双极性结构来降低锂/锂离子电池内阻，从而提高倍率放电性能和延长电池的使用寿命。但是，由于锂/锂离子电池极片太薄，电解液串格问题无法解决。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题是：提供一种双极性固态锂/锂离子电池，从实质上解决了电解液串格问题，从而提高倍率放电性能和延长电池的使用寿命；本专利技术还提供其制备方法。
[0004]本专利技术所述的双极性固态锂/锂离子电池，包括电池壳组、固态电解质片、双侧喷涂固态电解质浆料的正极极片、正极侧喷涂固态电解质浆料或双侧喷涂固态电解质浆料的双极性极片、双侧喷涂固态电解质浆料或不喷涂固态电解质浆料的负极极片。
[0005]本专利技术中，所述电池壳组可以采用市面上任意形式的锂离子电池壳组结构，包括扣式电池、圆柱电池、方形金属壳电池、软包电池、硬质塑壳电池等，其作用是固定电池内部组件。
[0006]本专利技术中，所述固态电解质片具有电子绝缘性和良好的锂离子传输与导通功能，置于正极极片、负极极片及双极性极片之间，包括有机固态电解质、无机物固态电解质及有机
‑
无机复合固态电解质等。
[0007]优选的，所述固态电解质片和固态电解质浆料所用的固态电解质为PEO基聚合物固态电解质，以聚氧化乙烯(PEO)为基体，成分包括聚氧化乙烯、锂盐、增塑剂和溶剂。
[0008]优选的，所述聚氧化乙烯平均分子量为105～107。聚氧化乙烯上的醚氧键可以与锂离子络合，形成性质均一稳定的络合物。
[0009]优选的，所述锂盐分子式为(C
n
F
2n+1
)(C
m
F
2m+1
)LiNO4S2，9≥n≥0，9≥m≥0；锂盐添加量占PEO重量的10％～50％。
[0010]锂盐为锂离子的供体，与PEO络合形成固态电解质主体，上述结构类型的锂盐具有较大的阴离子基团，电子在阴离子基团上的离域作用强，阴离子基团对锂离子的作用力更弱，锂离子更容易解离，有利于提高离子电导率，宏观上电池表现为高倍率充放电性能好，另外，阴离子较大，在充放电过程中由于空间位阻的作用阴离子移动困难，有利于提高锂离子迁移数，宏观上电池表现为循环寿命长。
[0011]优选的，所述增塑剂由增塑剂Ⅰ和增塑剂Ⅱ组成，其中增塑剂Ⅰ是阴离子为双氟磺酰亚胺(FSI)型离子液体，添加量占PEO重量的0.1～40％；增塑剂Ⅱ是阴离子为双三氟甲基
磺酰亚胺(TFSI)型离子液体，添加量占PEO重量的0.1～60％。
[0012]进一步优选的，所述增塑剂Ⅰ为N
‑
甲基
‑
N
‑
丙基哌啶氟磺酰亚胺盐(PP13FSI)、1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑氟磺酰亚胺盐(EMIMFSI)、N
‑
甲基丙基吡咯烷氟磺酰亚胺盐(PMPFSI)、N,N
‑
二乙基
‑
(N
‑
甲氧乙基)
‑
甲基铵氟磺酰亚胺盐(DEMEFSI)中的一种或多种。
[0013]进一步优选的，所述增塑剂Ⅱ为N
‑
甲基
‑
N
‑
丙基哌啶双(三氟甲基磺酰)亚胺盐(PP13TFSI)、1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺盐(EMIMTFSI)、N
‑
甲基丙基吡咯烷双(三氟甲基磺酰)亚胺盐(PMPTFSI)、N,N
‑
二乙基
‑
(N
‑
甲氧乙基)
‑
甲基铵双(三氟甲基磺酰)亚胺盐(DEMETFSI)中的一种或多种。
[0014]其中，增塑剂Ⅰ具有提高电解质离子电导率、润湿固固界面的作用，增塑剂Ⅱ具有提高固固界面稳定性、保持容量稳定性的作用。两种增塑剂复配能够降低PEO的结晶度，增强PEO分子链段摆动能力，降低锂离子传输需要克服的势能，提高固态电解质的离子电导率，还能够润湿固固界面层、使电流分布均匀，起到降低界面阻抗和抑制产生锂枝晶的作用。
[0015]优选的，所述溶剂为二甲基甲酰胺(DMF)、二氯乙烷、丙酮中的一种或多种，溶剂的用量占PEO重量的0～100倍。
[0016]当溶剂为2种或2种以上混合物时，配制溶剂时需在室温下磁力搅拌，搅拌速度20～100r/min，搅拌时间30～180min。
[0017]进一步优选的，所述溶剂为二甲基甲酰胺(DMF)、二氯乙烷、丙酮的混合物。三种溶剂混合使用既能保证较快的干燥速率又能保证膜体质量。
[0018]当溶剂的用量占PEO重量的0～5倍时，主要采用加温的方式使PEO溶解，加热温度范围70～100℃；当溶剂量占PEO重量5～15倍时，溶剂的溶剂化作用起到明显的作用，此时，加热温度为40～70℃；当溶剂量超过15倍时，加热温度可以适当降低，30～40℃即可。
[0019]溶剂用于溶解PEO，使固态粉末状PEO溶于溶剂中，利于锂盐与PEO充分络合，形成性质均一稳定的物质，成膜过程加温使溶剂挥发掉。
[0020]本专利技术中，所述正极极片的集流体带有极耳，集流体厚度为0.01～0.015mm，集流体材质为铝，双侧均涂覆正极活性物质。
[0021]优选的，所述正极活性物质为磷酸铁锂或三元材料体系，配方及工艺按照传统锂/锂离子电池工艺规程执行。
[0022]本专利技术中，所述双极性极片的集流体没有极耳，集流体厚度为0.01～0.015mm，集流体材质为铜铝复合材料，铜层厚度占集流体总厚度的40～60％，其中铝一侧涂覆正极活性物质作为正极，铜一侧涂覆负极活性物质或者磁控溅射锂作为负极。
[0023]优选的，所述正极活性物质为磷酸铁锂或三元材料体系，配方及工艺按照传统锂/锂离子电池工艺规程执行。
[0024]优选的，当双极性极片在铜一侧涂覆负极活性物质作为负极时，所述负极活性物质为人造石墨、硅碳或锂金属体系，配方及工艺按照传统锂/锂离子电池工艺规程执行；当双极性极片在铜一侧磁控溅射锂作为负极时，锂层厚度为0.02～0.05mm。
[0025]本专利技术中，所述负极极片的集流体带有极耳，集流体厚度为0.01～0.015mm，集流体材质为铜，双侧均涂覆负极活性物质或者均磁控溅射锂。
[0026]优选的，当负极极片双侧涂覆负极活性物质时，所述负极活性物质为人造石墨、硅
碳或锂金属体系，配方及工艺按照传统锂/锂离子电池工艺规程执行；当负极极片双侧磁控溅射锂时，锂层厚度0.02～0.0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双极性固态锂/锂离子电池，其特征在于：包括电池壳组、固态电解质片、双侧喷涂固态电解质浆料的正极极片、正极侧喷涂固态电解质浆料或双侧喷涂固态电解质浆料的双极性极片、双侧喷涂固态电解质浆料或不喷涂固态电解质浆料的负极极片；所述固态电解质片和固态电解质浆料所用的固态电解质为聚氧化乙烯基聚合物固态电解质，以聚氧化乙烯为基体，成分包括聚氧化乙烯、锂盐、增塑剂和溶剂；所述增塑剂由增塑剂Ⅰ和增塑剂Ⅱ组成，其中增塑剂Ⅰ是阴离子为双氟磺酰亚胺型离子液体，添加量占聚氧化乙烯重量的0.1～40％；增塑剂Ⅱ是阴离子为双三氟甲基磺酰亚胺型离子液体，添加量占聚氧化乙烯重量的0.1～60％。2.根据权利要求1所述的双极性固态锂/锂离子电池，其特征在于：所述锂盐分子式为(C
n
F
2n+1
)(C
m
F
2m+1
)LiNO4S2，9≥n≥0，9≥m≥0；锂盐添加量占聚氧化乙烯重量的10～50％。3.根据权利要求1所述的双极性固态锂/锂离子电池，其特征在于：所述增塑剂Ⅰ为N
‑
甲基
‑
N
‑
丙基哌啶氟磺酰亚胺盐、1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑氟磺酰亚胺盐、N
‑
甲基丙基吡咯烷氟磺酰亚胺盐、N,N
‑
二乙基
‑
(N
‑
甲氧乙基)
‑
甲基铵氟磺酰亚胺盐中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的双极性固态锂/锂离子电池，其特征在于：所述增塑剂Ⅱ为N
‑
甲基
‑
N
‑
丙基哌啶双(三氟甲基磺酰)亚胺盐、1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺盐、N
‑
甲基丙基吡咯烷双(三氟甲基磺酰)亚胺盐、N,N
‑
二乙基
‑
(N
‑
甲氧乙基)
‑
甲基铵双(三氟甲基磺酰)亚胺盐中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的双极性固态锂/锂离子...

【专利技术属性】
技术研发人员：单颖会，林双，吴涛，战祥连，张兵，徐艳，赵艳红，李振铎，张传乐，王英健，
申请(专利权)人：淄博火炬能源有限责任公司，
类型：发明
国别省市：