固态电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种固态电池，包括壳体以及设于所述壳体内的正极片、隔膜和负极片，所述正极片和所述负极片上负载有固态电解质颗粒，所述壳体内填充有有机聚合物；其中，所述固态电解质颗粒包括氧化物固态电解质颗粒和硫化物固态电解质颗粒中的一种或多种；至少部分的所述有机聚合物填充在所述固态电解质颗粒的间隙中；所述正极片和所述负极片上的所述固态电解质颗粒总质量与所述有机聚合物的单体的质量比为1：(0.1～0.6)。本发明专利技术的固态电池具有高离子电导率、低界面电阻、减少锂枝晶的生长等优点。等优点。等优点。

【技术实现步骤摘要】
固态电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电池
，特别是涉及一种固态电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]固态电池是一种使用固体电极和固体电解质代替液态电解液的电池。固态电解质能够提供锂离子，在电池的正负极之间建立离子通道，从而传导更大的电流、提升电池容量。相比传统锂离子电池，固态电池具有能量密度高、体积小、安全性高等优点。
[0003]目前，常用于制备固态电池的固态电解质包括聚合物固态电解质、氧化物固态电解质、硫化物固态电解质。硫化物固态电解质和氧化物固态电解质的电导率较高，分别为10
‑2S/cm和10
‑3S/cm；然而，氧化物或硫化物固态电解质颗粒之间存在间隙，一方面可能引起锂枝晶生长带来安全隐患，另一方面锂离子也无法通过间隙致使电解质界面电阻高；聚合物固态电解质的界面电阻虽低，但制得的固态电池存在低离子电导率的问题。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要提供一种高离子电导率、低界面电阻的固态电池及其制备方法。
[0005]根据本专利技术的一个方面，提供了一种固态电池，包括壳体以及设于所述壳体内的正极片、隔膜和负极片，所述正极片和所述负极片上负载有固态电解质颗粒，所述壳体内填充有有机聚合物；
[0006]其中，所述固态电解质颗粒包括氧化物固态电解质颗粒和硫化物固态电解质颗粒中的一种或多种；至少部分的所述有机聚合物填充在所述固态电解质颗粒的间隙中；所述正极片和所述负极片上的所述固态电解质颗粒总质量与所述有机聚合物的单体的质量比为1：(0.1～0.6)。
[0007]在其中一个实施例中，所述正极片和所述负极片上的所述固态电解质颗粒总质量与所述有机聚合物的单体的质量比为1：(0.2～0.5)。
[0008]在其中一个实施例中，所述正极片和所述负极片上的所述固态电解质颗粒总质量与所述有机聚合物的单体的质量比为1：(0.3～0.4)。
[0009]在其中一个实施例中，所述有机聚合物由填充于所述壳体内的单体经加热原位聚合得到。
[0010]在其中一个实施例中，所述有机聚合物包括聚环氧乙烷、聚二氧戊环中的一种或多种。
[0011]在其中一个实施例中，所述有机聚合物的单体包括环氧乙烷、1,3
‑
二氧戊环中的一种或多种。
[0012]在其中一个实施例中，所述有机聚合物的分子量为12000g/mol～35000g/mol。
[0013]在其中一个实施例中，所述氧化物固态电解质选自Li3Si
0.225
V
36
(PO4)3、Li
0.34
La
0.51
TiO
2.94
、Li7La3Zr2O
12
、Li
3.6
Ge
0.6
V
0.4
O4和Li3Al
0.3
Ti7(PO4)3中的一种或多种；和/或
[0014]所述硫化物固态电解质选自Li2S
‑
P2S5、Li2S
‑
SiS2和Li2S
‑
B2S3中的一种或多种。
[0015]在其中一个实施例中，所述正极片包括正极集流体以及负载在所述正极集流体上的正极活性材料和固态电解质颗粒；
[0016]可选地，所述正极活性材料选自钴酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰三元材料和镍钴铝三元材料中的一种或多种；
[0017]可选地，所述正极片中所述正极活性材料与所述固态电解质颗粒的质量比为(85～95)：(8～10)。
[0018]本专利技术提供了一种如上所述的固态电池的制备方法。
[0019]在其中一个实施例中，所述固态电池的制备方法包括如下步骤：
[0020]将所述正极片、所述隔膜和所述负极片置于所述壳体中；
[0021]向所述壳体中注入所述有机聚合物的单体；
[0022]将所述壳体封口，加热使所述有机聚合物的单体完成原位聚合。
[0023]在其中一个实施例中，所述加热的温度为50℃～70℃，所述加热的时间为20h～30h。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0025]本专利技术的固态电池，在氧化物、硫化物固态电解质颗粒之间的间隙填充有机聚合物，使电池具有高离子电导率，并利用氧化物或硫化物固态电解质释放的锂离子诱导聚合物填充剂原位开环聚合，形成聚合物固态电解质，消除氧化物固态电解质颗粒间的间隙，降低了界面电阻，在电池正负极之间建立了锂离子通道，使锂离子能够自由移动。另一方面，控制氧化物或硫化物固态电解质颗粒与所述有机聚合物的单体的质量比为1：(0.1～0.6)能够有效地阻止固态颗粒间隙间的锂枝晶生长，提高电池的性能和使用寿命。
附图说明
[0026]图1为固态电解质颗粒间隙的示意图；
[0027]图2为本专利技术中固态电解质颗粒间隙中填充有机聚合物的示意图；
[0028]图3为本专利技术中固态电池负极片制备的示意图。
[0029]附图标记说明：
[0030]101、氧化物固态电解质颗粒和/或硫化物固态电解质颗粒；102、颗粒间隙；201、有机聚合物；301、负极集流体走向；302、锂金属靶材；303、氧化物固态电解质靶材；304、锂金属束；305、氧化物固态电解质束。
具体实施方式
[0031]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似改进，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。
[0032]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。除非另有特别说明，本专利技术中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
[0033]本专利技术的一些实施方式提供了一种固态电池，
[0034]包括壳体以及设于壳体内的正极片、隔膜和负极片，正极片和负极片上负载有固态电解质颗粒，壳体内填充有有机聚合物；
[0035]其中，固态电解质颗粒包括氧化物固态电解质颗粒和硫化物固态电解质颗粒中的一种或多种；至少部分的有机聚合物填充在固态电解质颗粒的间隙中；正极片和负极片上的固态电解质颗粒总质量与有机聚合物的单体的质量比为1：(0.1～0.6)。
[0036]可以理解的是，正极片和负极片上的固态电解质颗粒总质量与有机聚合物的单体的质量比可以为但不限于1：0.1、1：0.2、1：0.3、1：0.4、1：0.5、1：0.6等具体值。
[0037]请参阅图1，氧化物固态电解质颗粒和/或硫化物固态电解质颗粒101之间存在间隙10本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固态电池，其特征在于，包括壳体以及设于所述壳体内的正极片、隔膜和负极片，所述正极片和所述负极片上负载有固态电解质颗粒，所述壳体内填充有有机聚合物；其中，所述固态电解质颗粒包括氧化物固态电解质颗粒和硫化物固态电解质颗粒中的一种或多种；至少部分的所述有机聚合物填充在所述固态电解质颗粒的间隙中；所述正极片和所述负极片上的所述固态电解质颗粒总质量与所述有机聚合物的单体的质量比为1：(0.1～0.6)。2.根据权利要求1所述的固态电池，其特征在于，所述正极片和所述负极片上的所述固态电解质颗粒总质量与所述有机聚合物的单体的质量比为1：(0.2～0.5)。3.根据权利要求1所述的固态电池，其特征在于，所述正极片和所述负极片上的所述固态电解质颗粒总质量与所述有机聚合物的单体的质量比为1：(0.3～0.4)。4.根据权利要求1所述的固态电池，其特征在于，所述有机聚合物由填充于所述壳体内的单体经加热原位聚合得到。5.根据权利要求1所述的固态电池，其特征在于，所述有机聚合物包括聚环氧乙烷、聚二氧戊环中的一种或多种。6.根据权利要求1所述的固态电池，其特征在于，所述有机聚合物的单体包括环氧乙烷、1,3
‑
二氧戊环中的一种或多种。7.根据权利要求1～6任一项所述的固态电池，其特征在于，所述有机聚合物的分子量为12000g/mol～35000g/mol。8.根据权利要求1～6任一项所述的固态电池，其特征在于，所述氧化物固态电解质选自Li
1.3
Si
0.225
V
...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹志锋，唐赞谦，
申请(专利权)人：深圳市合壹新能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：