一种固态电池的制备方法及固态电池技术

本发明专利技术公开了一种固态电池的制备方法及固态电池，属于固态电池技术领域，所述制备方法包括获取正极高分子聚合物溶液和负极高分子聚合物溶液；将正极高分子聚合物溶液与正极活性物质、导电剂、粘结剂进行混合得到正极活性浆料并涂覆于集流体表面制得正极极片；将负极高分子聚合物溶液与负极活性物质、导电剂、粘结剂进行混合得到负极活性浆料并涂覆于集流体表面制得负极极片；将增塑剂、固态电解质材料和粘结剂混合后得到电解质浆料，制得固态电解质片；将负极极片、固态电解质片及正极极片通过叠片工艺组装，即得。本发明专利技术从分子运动的角度改善电极和固体电解质之间的界面接触性，提高电极与固态电解质界面的稳定性。提高电极与固态电解质界面的稳定性。提高电极与固态电解质界面的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种固态电池的制备方法及固态电池


[0001]本专利技术涉及固态电池
，具体是一种固态电池的制备方法及固态电池。

技术介绍

[0002]为了缓解能源危机和保护环境，各类电池已经成为生活的必需品，在消费电子、电动汽车、航空航天等领域发挥着重要作用。然而，含有液态电解液的锂离子电池由于使用易燃的有机溶剂，极易着火甚至爆炸；使用液体有机电解质的传统的钠离子电池仍受到电解质固有的易燃性和易泄漏特性引起的安全问题的困扰。因此，使用不易燃的固态电解质代替易燃的液态电解液作为锂离子和钠离子传输的载体，可以极大地提高电池的安全性。此外，由于固态电解质的高机械强度，固态电池有望在一定程度上抑制锂枝晶和钠枝晶的过度生长，从而使得金属锂或金属钠作为负极的应用成为可能，这将大大增加电池的能量密度。因此，固态电池被认为是未来的关键电池技术之一，近年来引起极大的关注。
[0003]固态电池的界面问题，是目前学术界公认的影响固态电池性能发挥的最重要的难点问题，固态锂离子和钠离子电池都面临改善电极与固态电解质层相容性的挑战。固态电池中的界面由传统液态电池中的固
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液接触界面变成固
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固接触界面接触方式，大部分情况下为点接触，接触面积小，少部分电池体系下，界面初始可以是面接触，但是随着电池的循环，电极材料不可以避免地发生体积膨胀，使得原本良好的接触恶化，导致离子传输途径的减少，增加界面阻抗，电池性能持续恶化。
[0004]专利号CN115472917A、名称为固态电池的制备方法和固态电池的现有技术中，通过一次复合工艺将固态电解质膜和负极片复合在一起，形成了负极复合料带，然后再将负极复合料带与正极片进行二次复合，形成了极片复合料带，并将极片复合料带通过堆叠工艺形成电芯。该技术在固态电解质膜与正极片之间、固态电解质膜与负极片之间设置有界面修饰层，一方面由于修饰层的存在，降低了电池的体积能量密度，也不利于极片厚度一致性及大量生产制造；另一方面该技术仅增加了固
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固界面的物理接触，没有从界面化学方面促进电极与固态电解质层的相容性。
[0005]而作为其余针对固态电池中的固
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固界面问题的解决手段，多采用辊压法，将电极与固态电解质层压实，在一定程度上促进电极与固态电解质层的接触更紧密，但只是从物理接触层面上进行改进，并没有解决电极与固态电解质层界面的相容性较差的问题。
[0006]同时，固态电解质层界面问题，也会因不稳定界面的存在而引发一些严重问题，例如循环寿命短、性能下降快等，固
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固界面处的物理失配可能会引起不可逆的新兴晶界损伤，不良的物理接触，内阻增加以及异质离子的迁移，从而在正极颗粒中形成裂纹。另外，在重复的锂化
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去锂化和钠离子的嵌入
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脱出期间活性材料的体积变化会进一步增加界面应力，并使结合
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接触的界面变弱，说明良好的界面机械稳定性同样是获得高性能固态电池的关键。
[0007]因此，如何提高固态电池中固态电解质层界面的相容性从而提高其循环和稳定性能，是我们急需解决的。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种固态电池的制备方法，该制备方法针对固态电池中的固
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固界面问题，从分子运动的角度改善电极和固体电解质之间的界面接触性，使得二者能更好的接触，降低界面阻抗，提高电极与固态电解质界面的稳定性，进而制备高界面相容性的固态电池。同时本专利技术还基于该固态电池的制备方法，提供了一种固态电池。
[0009]本专利技术的目的主要通过以下技术方案实现：一种固态电池的制备方法，包括以下步骤：取高分子聚合物分别配制正极高分子聚合物溶液和负极高分子聚合物溶液;将正极高分子聚合物溶液与正极活性物质、导电剂、粘结剂进行混合得到正极活性浆料，将正极活性浆料涂覆于集流体表面，经干燥、冷压、分切制得正极极片；将负极高分子聚合物溶液与负极活性物质、导电剂、粘结剂进行混合得到负极活性浆料，将负极活性浆料涂覆于集流体表面，经干燥、冷压、分切制得负极极片；将增塑剂溶解于溶剂中形成溶液，将该溶液与固态电解质材料和粘结剂混合，并搅拌至均一状态，得到电解质浆料，将电解质浆料经浇筑、干燥、分切制得固态电解质片；将所述负极极片、固态电解质片及正极极片通过叠片工艺组装，即得所述固态电池。
[0010]基于以上制备方法，所述正极高分子聚合物溶液和负极高分子聚合物溶液的高分子聚合物与增塑剂满足：高分子聚合物与增塑剂形成的共混物仅有一个玻璃化转变温度；或，在以温度为横坐标的DSC曲线中，高分子聚合物与增塑剂形成的共混物产生两个玻璃化转变温度，两个玻璃化转变温度分别为Tg1和Tg2，高分子聚合物和增塑剂自身的玻璃化转变温度分别为Tg3和Tg4，则Tg1、Tg2、Tg3及Tg4满足：。
[0011]基于以上制备方法，所述正极高分子聚合物溶液和/或负极高分子聚合物溶液中的高分子聚合物为聚氯乙烯、聚苯乙烯
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丁二烯
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苯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或任意两种以上物质的组合；所述正极高分子聚合物溶液和/或负极高分子聚合物溶液的溶剂为甲苯、丙酮中的一种或两种物质的组合。
[0012]基于以上制备方法，所述正极活性浆料中，所述高分子聚合物与正极活性物质、导电剂、粘结剂的质量比为0.05~2.5：80~99:1~5:1~5。
[0013]基于以上制备方法，所述负极活性浆料中，所述高分子聚合物与负极活性物质、导电剂、粘结剂的质量比为0.05~2.5：80~99：1~5：1~5。
[0014]基于以上制备方法，所述增塑剂、固态电解质材料和粘结剂按照质量比5~30：10~40：40~85进行混合。
[0015]基于以上制备方法，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸酯、乙酰柠檬酸三正丁酯、氯化聚乙烯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯中的一种或任意两种以上物质的组合。
[0016]基于以上制备方法，将所述负极极片、固态电解质片及正极极片通过叠片工艺组
装，即得所述固态电池，具体步骤为：将负极极片、固态电解质片及正极极片通过叠片工艺形成单层电芯单元或多层电芯单元；将一个单层电芯单元或多层电芯单元经热压、保温操作后置于外包装中封装成型，即得所述固态电池。
[0017]基于以上制备方法，所述热压操作的温度为45~85℃，压力为5~300MPa，保温操作的保温时间为0.5~20h。
[0018]基于该制备方法，所述正极活性物质为锂金属氧化物或改性后的锂金属氧化物，所述锂金属氧化物为橄榄石结构、层状结构或尖晶石结构中的一种结构或任意两种以上结构的组合。
[0019]基于该制备方法，所述正极活性材料也可为过渡金属层状氧化物、聚阴离子化合物或普鲁士蓝类似物。
[0020]基于该制备方法，所述负极活性物质为软碳、硬碳、人造石墨、天然石墨、硅、硅氧化合物、硅碳复合物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固态电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：取高分子聚合物分别配制正极高分子聚合物溶液和负极高分子聚合物溶液;将正极高分子聚合物溶液与正极活性物质、导电剂、粘结剂进行混合得到正极活性浆料，将正极活性浆料涂覆于集流体表面，经干燥、冷压、分切制得正极极片；将负极高分子聚合物溶液与负极活性物质、导电剂、粘结剂进行混合得到负极活性浆料，将负极活性浆料涂覆于集流体表面，经干燥、冷压、分切制得负极极片；将增塑剂溶解于溶剂中形成溶液，将该溶液与固态电解质材料和粘结剂混合，并搅拌至均一状态，得到电解质浆料，将电解质浆料经浇筑、干燥、分切制得固态电解质片；将所述负极极片、固态电解质片及正极极片通过叠片工艺组装，即得所述固态电池。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述正极高分子聚合物溶液和负极高分子聚合物溶液的高分子聚合物与增塑剂满足：高分子聚合物与增塑剂形成的共混物仅有一个玻璃化转变温度；或，在以温度为横坐标的DSC曲线中，高分子聚合物与增塑剂形成的共混物产生两个玻璃化转变温度，两个玻璃化转变温度分别为Tg1和Tg2，高分子聚合物和增塑剂自身的玻璃化转变温度分别为Tg3和Tg4，则Tg1、Tg2、Tg3及Tg4满足：。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述正极高分子聚合物溶液和/或负极高分子聚合物溶液中的高分子聚合物为聚氯乙烯、聚苯乙烯
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丁二烯
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苯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或任意两种以上物质的组合；所述正极高分子聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：王倩，张雅荣，王金凤，卿文凤，潘光彩，黄前宽，奚睿，龚文旭，陈启章，李云，
申请(专利权)人：中自环保科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：