一种碳基固态锂电池固态电解质膜制造技术

本发明专利技术涉及固态锂离子电池领域，本发明专利技术公开了一种碳基固态锂电池固态电解质膜

【技术实现步骤摘要】
一种碳基固态锂电池固态电解质膜、制备方法及电芯
[0001]本申请是申请日
2023
年1月
16
日
、
申请号为
CN202310060172.7、
名称为“碳基固态锂电池干法电极片
、
固态电解质膜
、
制备方法及电芯”的专利技术专利申请的分案申请
。


[0002]本专利技术属于固态锂离子电池材料领域，涉及一种用于碳基固态锂电池固态电解质膜
、
制备方法及电芯
。

技术介绍

[0003]固态锂离子电池具有能量密度高
、
体积小
、
安全
、
柔性可变形的应用前景而备受关注
。
[0004]固态锂离子电池的三个主要关键部件是正
、
负极片和固态电解质，其中固态电解质，包括聚合物体系
(
电导率
10
‑7‑
10
‑5S/cm)
，氧化物体系
(
电导率
10
‑6‑
10
‑3S/cm)
，硫化物体系
(
电导率
10
‑3‑
10
‑2S/cm)
；与传统液态电解质
(
电导率
10
‑2S/cm)
相比具有较低的电导率
。
而且在电芯中应用时，由于电极
、
电解质的固
/
固界面接触面积小，界面阻抗较高，锂离子在界面之间的传输受阻，这就直接导致了固态锂电池存在着阻抗高，倍率差，循环不稳定的问题，限制了其应用
。
[0005]聚合物固态电解质所具有的柔性和易加工性能，与电极界面良好的接触性，可以降低固态电池的界面电阻，在全固态电池中受到越来越多的关注
。
常见的聚合物固态电解质聚偏氟乙烯类聚合物因为具有稳定的电化学性能和机械性能，并能够很好的解离锂盐以提升其电导率而受到关注
。
但其具有较高的结晶度，结晶区域占比高，导致锂离子在
PVDF
晶体结构内无法快速传输，在室温下离子传导能力差，约
10
‑5S
·
cm
‑1。
一般通过采用凝胶化的方法来改善其导电性能，而这又会导致机械性能的下降
。
引入陶瓷填料
(CN109546210A)
或
LLZTO
类氧化物固态电解质
(CN115149094A)
以形成复合聚合物电解质增强其稳定性和机械性能，但是无机填料的引入容易引起自身副反应，造成电池自放电过大
、
循环性变差等问题
。
[0006]正
、
负极片目前主要采用湿法涂布工艺进行制备，湿法涂布无法通过制造厚电极来提高电池能量密度，而且由于正极采用大量有毒的挥发性有机物
NMP
，不仅造成环境污染，而且溶剂干燥过程能耗大
。
因此，不依赖溶剂的干法电极技术越来越受到锂电池行业的关注，有望成为打破锂电池性能瓶颈的钥匙
。
专利文献
CN112420986A
公布了一种干法制备锂电池正
、
负极片方法，通过使用活性物质
、
导电剂
、
粘结剂
、
固态电解质粉按照一定比例，一定顺序无溶剂混合，通过多次高温辊压于集流体形成干法电极，可以降低电池的极化，减小电池阻抗，但是该方法的最大问题是制备的干法电极脆性大，容易折断，不利于减少粘结剂的使用比例
。

技术实现思路

[0007]本专利技术针对
PVDF
基固态电解质界面接触较差，固
/
固界面阻抗高，锂离子在界面之
间的传输受阻，室温离子电导率低，力学性能差，容易引发副反应等问题，通过加入聚苯硫醚，形成复合聚合物固态电解质，改善
PVDF
的结晶度，提高固态电解质膜力学性能，增加离子电导率，同时达到锂离子整流效应，降低浓差极化，有效抑制锂枝晶生长
。
另外，针对无溶剂干法电极制备过程中的脆性大，易折断，粘结剂含量高的问题，引入半干法电极片制备工艺可以降低粘结剂用量，增加极片柔性，实现循环性能好，内阻低的高能量密度固态电池
。
[0008]本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：
[0009]一种碳基固态锂离子电池固态电解质膜的制备方法，其特征在于，首先将聚苯硫醚粉体与聚偏氟乙烯
(PVDF)
在行星搅拌机或混捏机中预混1‑
2h
，缓慢加入有机溶剂至固含量
40
‑
60
％之间，进行半干法混捏1‑
5h
，直至物料捏合均匀；加入锂盐，继续混捏1‑
5h
后，再加入有机溶剂至固含量
10
‑
30
％进行高速分散混合，分散速度
2000
‑
5000
转
/
分，分散时间1‑
2h
，得到固态电解质浆料；采用刮涂机利用流延的方法将得到的固态电解质浆料涂膜成厚度为
25
μ
m
‑
50
μ
m
的固态电解质膜，放入温度为
60
‑
100℃
的真空烘箱中干燥
10
‑
24
小时，最终得到固态电解质膜
。
[0010]优选地，所述加入的有机溶剂为以下任意一种或其组合：水
、
乙醇
、
乙二醇
、
丙二醇
、
丙三醇
、
异丙醇
、N,N
‑
二甲基甲酰胺
、
四氢呋喃
、N
‑
甲基吡咯烷酮
。
[0011]优选地，所述锂盐为
LiBF4和
LiODFB
的复盐，所述复盐中
LiBF4和
LiODFB
的质量比为
1﹕1
～
1.5。
[0012]所述的固态电解质膜的制备方法制得的固态电解质膜，其特征在于，所述的聚合物固态电解质膜由连续相
PVDF、
增强相
PPS、
锂盐以及有机溶剂组成；其中
PVDF
的质量百分含量为
30
％
‑
40
％，
PPS
的质量百分含量为
30
％
‑
40
％，锂盐的质量百分含量为
20
‑
25
％，有机溶剂的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种碳基固态锂电池固态电解质膜的制备方法，其特征在于，首先将聚苯硫醚粉体
(PPS)
与聚偏氟乙烯
(PVDF)
在行星搅拌机或混捏机中预混1‑
2h
，缓慢加入有机溶剂至固含量
40
‑
60
％之间，进行半干法混捏1‑
5h
，直至物料捏合均匀；加入锂盐，继续混捏1‑
5h
后，再加入有机溶剂至固含量
10
‑
30
％进行高速分散混合，分散速度
2000
‑
5000
转
/
分，分散时间1‑
2h
，得到固态电解质浆料；采用刮涂机利用流延的方法将得到的固态电解质浆料涂膜成厚度为
25
μ
m
‑
50
μ
m
的固态电解质膜，放入温度为
60
‑
100℃
的真空烘箱中干燥
10
‑
24
小时，最终得到固态电解质膜
。2.
根据权利要求1所述的碳基固态锂电池固态电解质膜的制备方法，其特征在于，所述加入的有机溶剂为以下任意一种或其组合：水
、
乙醇
、
乙二醇
、
丙二醇
、
丙三醇
、
异丙醇
、N,N
‑
二甲基甲酰胺
、
四氢呋喃
、N
‑
甲基吡咯烷酮
。3.
根据权利要求1所述的碳基固态锂电池固态电解质膜的制备方法，其特征在于，所述锂盐为
LiBF4和
LiODFB
的复盐，所述复盐中
LiBF4和
LiODFB
的质量比为
1﹕1
～
1.5。4.
根据权利要求1所述的固态电解质膜的制备方法制得的固态电解质膜，其特征在于，所述的聚合物固态电解质膜由连续相
PVDF、
增强相
PPS、
锂盐以及有机溶剂组成；其中
PVDF
的质量百分含量为
30
％
‑
40
％，
PPS
的质量百分含量为
30
％
‑
40
％，锂盐的质量百分含量为
20
‑
25
％，有机溶剂的百分含量为5‑
15
％
。5.
一种电芯，其特征在于，包括正极片负极片，以及权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：高宏权，李浩然，周海涛，伍建春，孙永玲，王鑫，廖权，孙鹏飞，王民波，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：