固态锂离子电池及制备方法技术

本发明专利技术公开一种固态锂离子电池及制备方法。该电池包括：有机固态电解质，所述有机固态电解质由聚合物电解质和高含量锂盐组成；改性正极，所述改性正极包括涂敷在正极表面的聚合物电解质膜和正极极片，涂敷在正极极片表面聚合物电解质膜的组分包括聚合物和低含量锂盐，正极极片包括正极活性材料、聚合物、导电剂和锂盐。本发明专利技术的固态电池，由于改变了有机电解质的比例构成、正极的成分，以及正极与固态电解质之间的结合方式，因此可以提升固态电池的性能，特别是循环性能。特别是循环性能。

【技术实现步骤摘要】
固态锂离子电池及制备方法


[0001]本专利技术属于无机材料制备领域，具体涉及水滑石的制备。

技术介绍

[0002]现有锂离子电池体系中含有易燃易挥发的有机电解液体系，当电池温度过高或电池过充、意外受到外界的剧烈碰撞、刺穿造成短路时可能会发生电池爆炸、自燃等情况，存在较大的安全隐患。采用全固态电池可以较好地避免电解液泄漏等带来的安全隐患，具有较高的安全性能。
[0003]全固态电池主要由正、负极和固态电解质组成。固态电解质和正、负极界面间的固
‑
固界面阻抗较大，常温下无法进行充放电循环，一般需要采取高温或者使用电解液浸润。高温性能往往不能满足大多数生产实际的需求，而电解液浸润也存在电解液泄露的安全隐患。此外，聚合物电解质还存在室温下离子电导率较低，电化学窗口较窄等方面的问题。因此，对于聚合物电解质全固态电池，增大室温下聚合物电解质离子电导率、改善正负极界面之间的固
‑
固界面阻抗和电池的室温循环稳定性是本领域需要解决的关键问题。

技术实现思路

[0004]针对由聚合物电解质组装而成的全固态锂离子电池中存在的问题，本专利技术提出一种固态电池，该固态电池以高低含量锂盐的聚合物电解质为基础，使用低含量锂盐聚合物电解质涂敷在正极表面用于改善界面，匹配高含量锂盐聚合物固态电解质组装全固态电池。该全固态锂离子电池改变了有机固态电解质的比例构成、正极的成分，以及正极与固态电解质之间的结合方式，通过本专利技术的技术，可以改善固态电解质与正极极片间的固
‑
固界面问题，进而提升固态电池的性能，特别是室温下的循环性能。
[0005]本专利技术的内容是通过下述技术方案实现的：
[0006]一种全固态锂离子电池，包括有机固态电解质、改性正极和负极，其中，改性正极包括正极极片和涂敷在正极极片表面的聚合物电解质膜，所述聚合物电解质膜包含聚合物和锂盐，其中锂盐的含量低于所述有机固态电解质中锂盐的含量。
[0007]在本专利技术中，有机固态电解质主要由聚合物和锂盐组成。聚合物可以为现有技术已经使用过的聚合物，例如聚环氧乙烷(PEO)、聚丙烯腈(PAN)基、聚偏氟乙烯(PVDF)、芳香族聚碳酸脂(APCs)、聚丙烯酸酯(PAs)、聚甲基丙酸甲酯(PMMA)、聚乙烯醇(PVA)和聚氯乙烯(PVC)等，近年来，一个受关注的应用是在PVDF中引入六氟丙烯(HFP)，以降低共聚物结晶度，从而提高与电解液的亲和性，另一方面可以提升共聚物的整体性能。这些聚合物可以单独或者联合使用。在本专利技术的优选实施例中，使用该PVDF
‑
HFP聚合物，其平均分子量优选在为30000
‑
60000之间，更优选在40000
‑
50000之间。容易理解，本领域以后被开发出的聚合物很可能依然适用于本专利技术。
[0008]有机固态电解质中使用的锂盐可以是现有技术中使用的任何锂盐，常用的锂盐的例子有LiCLO4、LiTFSI、LiBOB、LiBF4、LiFSI、LiDFOB、LiPF6等，这些锂盐可以单独或联合使
用。
[0009]本专利技术中，有机固态电解质中的聚合物和锂盐的质量比可以采用常规量，即锂盐的质量不超过有机聚合物质量的50％。但是，本专利技术的典型实施方式是锂盐的用量超过该比例，即，聚合物和锂盐的质量比在1:(0.4
‑
5)的范围，更优选在1:(0.5
‑
2)，更优选在1:(0.5
‑
2)的范围。
[0010]本专利技术中，改性正极是在普通正极的基础上增加了一层聚合物电解质膜。该聚合物电解质膜中的聚合物和锂盐通常与固态电解质中的聚合物和锂盐相同。锂盐的含量显著低于固态电解质中锂盐的含量。在前述有机固态电解质中的聚合物和锂盐的质量比优选1:(0.8
‑
5)的情况下，该聚合物电解质膜中聚合物和锂盐的质量比为1:(0.01
‑
0.8)，优选质量比为1:(0.1
‑
0.5)。
[0011]本专利技术中，术语“正极极片”是指传统意义上的正极，通常包含正极活性材料、聚合物和导电剂，还可以在正极材料中引入适量前述的锂盐。在本专利技术的一个优选实施方式中，聚合物为PVDF，更优选为PVDF和PVDF
‑
HFP的复合物，二者的质量比为1:(0.1
‑
1)。常用的活性材料是LiMPO4(其中，M为Mn、Fe、Ni、Co)、LiMnO2、LiMn2O4、LiCoO2、LiNiO2和LiFePO4等，本专利技术的典型实施例使用的活性物质是LiFePO4。正极材料中的导电剂可以使用任何已知的导电剂，典型的有SuperP、KS
‑
6、石墨、碳纳米管、科琴黑中的一种或几种。在本专利技术的具体实施方式中，正极材料中活性材料、聚合物、导电剂和锂盐的质量比为通常在80:(5
‑
20):(5
‑
20):(0.1
‑
10)。
[0012]根据本专利技术的固态锂电池的制备方法包括以下步骤：
[0013](1)制备有机固态电解质：将聚合物和锂盐分散于溶剂中，持续搅拌至混合均匀，将混合均匀的浆料涂覆在模具上，干燥除去溶剂，再从模具上剥离，得到聚合物固态电解质。
[0014](2)制备改性正极：将正极活性材料、聚合物、导电剂和锂盐按一定的质量比加入到溶剂中混合均匀，涂敷在铝箔上，干燥除去溶剂，得到正极极片；用聚合物与锂盐按预定质量比配制聚合物电解质浆料，然后将该浆料涂敷在正极极片上，干燥后得到改性正极。
[0015](3)组装全固态锂离子电池：按照负极壳、负极、有机固态电解质、改性正极、正极壳的顺序组装电池。
[0016]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0017]1.本专利技术在正极表面涂覆一层聚合物固态电解质，可以有效改善电解质和极片的固
‑
固接触电阻，进而降低电池的极化程度，改善全固态电池的循环性能。
[0018]2.本专利技术的改性正极通过添加固态电解质成分(粘结剂中的PVDF
‑
HFP以及额外添加的锂盐)，可以提高极片的离子电导率，在全固态锂离子电池中，能展示出高的放电容量和稳定的循环性能。
[0019]3.本专利技术的优选实施方式中，有机固态电解质中提高了锂盐的比列，可以降低聚合物的结晶度，此外锂盐解离提供大量的Li+与聚合物中的高分子链段配位，进而锂离子电解质解离，提高离子电导率,有助于进一步提高全固态电池室温循环性能。
附图说明
[0020]图1为全固态锂离子电池的结构示意图；
[0021]图2为实施例1中有机固态电解质膜的扫描电镜图；
[0022]图3为实施例1中有机固态电解质膜室温下的交流阻抗图；
[0023]图4为实施例1中全固态锂离子电池在改性前后首圈电压比容量图；
[0024]图5为实施例1中全固态锂离子电池在室温下0.1C的充放电循环曲本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固态锂离子电池，其特征在于，包括有机固态电解质、改性正极和负极，其中，改性正极包括正极极片和涂敷在正极极片表面的聚合物电解质膜，所述聚合物电解质膜包含聚合物和锂盐，其中锂盐的含量低于所述有机固态电解质中锂盐的含量。2.根据权利要求1所述的固态锂离子电池，其特征在于：所述有机固态电解质中聚合物和锂盐的质量比为1:0.4
‑
2，优选1:0.5
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2，更优选1:0.8
‑
2。3.根据权利要求1所述的固态锂离子电池，其中，有机固态电解质中的聚合物为PVDF
‑
HFP,其平均分子量为40000
‑
50000；锂盐优选为LiClO4、LiTFSI、LiBOB、LiBF4、LiFSI中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的固态锂离子电池，其中，所述涂敷在正极极片表面的聚合物电解质膜包括聚合物和锂盐，该聚合物和该锂盐的质量比为1:0.1
‑
0.8；优选地，聚合物为PVDF
‑
HFP,其平均分子量为40000
‑
50000；优选地，锂盐为LiCLO4、LiTFSI、LiBOB、LiBF4、LiFSI中的一种或多种。5.根据权利要求书1...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓宇，高欣，党红刚，裴广斌，
申请(专利权)人：洛阳中超新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：