【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电池构建，具体涉及一种激光辅助高离子电导率固态电池及其制备方法。
技术介绍
1、固态电池以固态电解质代替传统商用的液态电解质，具有高安全性、高能量密度及长循环寿命等优势，成为便携式电子产品和电动汽车最具潜力的储能设备之一。固态电解质是固态电池的关键组成部分，具有许多突出的优点，如优良的柔韧性、轻质性、低廉的成本、良好的界面接触等，但在室温下其传输锂离子的动力学缓慢，且离子电导率有限(～10-7-10-5s/cm)，从而造成固态电池在室温下的能量/功率密度大大降低。一般情况下，固态电池的运行需要较高的温度。在相对温和的温度(60-80℃)下，固态电解质的锂离子传输速率可提高至(～10-4s/cm-10-3s/cm)。因此，辅助加热工具，如烘箱、环境箱或温度培养箱，成为固态电池发挥优异性能的必要条件。然而这些加热系统体积庞大，存在加热缓慢、不均匀、热损失严重、且存在安全隐患等问题。
技术实现思路
1、本专利技术要解决现有技术中固态电池所用加热系统因体积庞大存在加热缓慢、不均匀、热损失严重、不安全的技术问题，提供一种循环稳定性好且库伦效率高的激光辅助高离子电导率固态电池及其制备方法。本专利技术采用激光辅助辐照固态电解质，显著提升锂离子电导率，最终优化固态电池的循环稳定性和循环寿命。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案具体如下：
3、本专利技术提供一种激光辅助高离子电导率固态电池，自下而上包括负极壳、负极片、激光辅助辐照固态电解质、带孔正极
4、其特征在于，所述激光辅助辐照固态电解质是全固态电解质、半固态电解质和准固态电解质中的一种或几种的混合；
5、所述激光辅助辐照固态电解质由锂盐、高分子聚合物基体、光热转换材料组成；所述高分子聚合物基体与锂盐的摩尔比为(0.1-100)：1，所述光热转换材料的质量与高分子聚合物基体和锂盐的总质量比为(0-10)：100。
6、在上述技术方案中，优选的是，所述锂盐为高氯酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双二氟磺酰亚胺锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、氟化锂、硝酸锂和氮化锂中的一种或几种。
7、在上述技术方案中，优选的是，所述高分子聚合物基体为聚氧化乙烯类基体、聚丙烯腈类基体、聚丙烯酸酯类基体、聚偏氟乙烯类基体、聚丙烯酰胺类基体和聚氨酯类基体中的一种或几种混合，或者为这些基体中的一种或多种基体的交联网络。
8、在上述技术方案中，优选的是，所述光热转换材料为普鲁士蓝纳米材料、金纳米棒、碳纳米管、硒化铜纳米粒子和黑磷量子点中的一种或者多种，或者为酞菁衍生物和/或卟啉衍生物，或者为苝二酰亚胺、二酮吡咯、bodipy染料、方酸和苯并双噻二唑中的一种或者多种，或者为苯、三苯胺和噻吩中的一种或者多种，或者为聚苯胺、聚吡咯、聚多巴胺、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)、聚苯乙烯磺酸盐和天然有机化合物黑色素中的一种或者多种。
9、在上述技术方案中，优选的是，所述负极片为金属锂片、嵌锂的石墨烯电极片、金属钠片和嵌钠的石墨烯电极片中的一种。
10、在上述技术方案中，优选的是，所述带孔正极片为磷酸铁锂、钴酸锂、ni/co/mn元素组成的三元正极材料、硫、硫化物、硅和硅化物中的一种活性物质或者几种混合活性物质。
11、在上述技术方案中，优选的是，所述具有光学窗口的正极壳是在电池正极壳表面嵌入硒化锌窗口片、锗窗口片、硅窗口片、氟化钡窗口片、氟化钙窗口片、石英窗口片、蓝宝石窗口片、k9窗口片、铍窗口片或者镀膜玻璃窗口片。
12、在上述技术方案中，优选的是，所述固态电池形式为纽扣电池、软包电池或圆柱电池。
13、本专利技术还提供一种激光辅助高离子电导率固态电池的制备方法，包括以下步骤：
14、(1)激光辅助辐照固态电解质的制备
15、在氧含量和水含量均低于0.1ppm的手套箱内，称取高分子聚合物基体和锂盐，并溶解于有机溶剂或离子液体溶剂中，配制成高分子聚合物基体与锂盐摩尔比为(0.1-100):1的均匀粘稠溶液，然后再加入光热转换材料，所述光热转换材料与高分子聚合物和锂盐的总质量比为(0-10):100，加热搅拌，之后将分散均匀的溶液涂于定制的聚四氟乙烯模具内，室温静置，然后真空干燥，待溶剂挥发完全后，将其在裁片机上剪裁成固定尺寸的薄膜，最后转移到氩气手套箱中备用；
16、(2)带孔正极片的制备
17、将正极活性物质、粘结剂和导电添加剂混合，再加入分散剂，研磨制成均匀电极浆料，使用刮刀在集流体表面涂覆厚薄均匀的电极浆料，随后真空干燥，直至溶剂全部蒸发且电极表面完全干燥，将电极片裁剪成固定尺寸的圆形电极，最后在正极片的中心制造直径3-8mm的圆孔，最后转移到氩气手套箱中备用；
18、(3)固态电池的组装
19、在手套箱中，自下而上将负极壳、负极片、激光辅助辐照固态电解质、带孔正极片、带孔垫片、弹片、具有光学窗口的正极壳，依次放置，并在电池压片机上施加压力固定，得到所述的固态电池。
20、在上述技术方案中，优选的是，步骤(1)中：
21、加热搅拌为：在65℃下加热搅拌12小时；
22、室温静置的时间为12小时；
23、真空干燥为：50℃下真空干燥12小时；
24、步骤(2)中：
25、真空干燥为：在60℃的真空烘箱干燥24小时。
26、本专利技术的有益效果是：
27、本专利技术的激光辅助高离子电导率固态电池，本专利技术采用激光辅助辐照由光热材料组成的固态电解质，显著提升锂离子电导率，最终优化固态电池的循环稳定性和循环寿命。
28、本专利技术的激光辅助高离子电导率固态电池，消除了传统辅助加热设备的使用，具有快速均匀的加热能力，能够在室温下实现固态电池的运行，并大大提高了电池动力学。本专利技术的固态电池，在循环100圈后循环效率超过90％，充放电曲线的极化差小于0.1v，在储能领域以及柔性可穿戴电子设备领域具有重要的应用价值。本专利技术的固态电池在高比能和高功率密度的储能设备发展中具有很大的前景。
29、本专利技术的激光辅助高离子电导率固态电池，具有合成原料简单易得、造价低廉、组装工艺简单、循环寿命长、循环效率高，因而具有广泛的应用前景。
30、本专利技术的激光辅助高离子电导率固态电池，制备方法简单，无需繁杂的合成工艺。
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1.一种激光辅助高离子电导率固态电池，自下而上包括负极壳、负极片、激光辅助辐照固态电解质、带孔正极片、带孔垫片、弹片、具有光学窗口的正极壳；
2.根据权利要求1所述的激光辅助高离子电导率固态电池，其特征在于，所述锂盐为高氯酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双二氟磺酰亚胺锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、氟化锂、硝酸锂和氮化锂中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的激光辅助高离子电导率固态电池，其特征在于，所述高分子聚合物基体为聚氧化乙烯类基体、聚丙烯腈类基体、聚丙烯酸酯类基体、聚偏氟乙烯类基体、聚丙烯酰胺类基体和聚氨酯类基体中的一种或几种混合，或者为这些基体中的一种或多种基体的交联网络。
4.根据权利要求1所述的激光辅助高离子电导率固态电池，其特征在于，所述光热转换材料为普鲁士蓝纳米材料、金纳米棒、碳纳米管、硒化铜纳米粒子和黑磷量子点中的一种或者多种，或者为酞菁衍生物和/或卟啉衍生物，或者为苝二酰亚胺、二酮吡咯、BODIPY染料、方酸和苯并双噻二唑中的一种或者多种，或者为苯、三苯胺和噻吩中的一种或者多种，或者为聚
5.根据权利要求1所述的激光辅助高离子电导率固态电池，其特征在于，所述负极片为金属锂片、嵌锂的石墨烯电极片、金属钠片和嵌钠的石墨烯电极片中的一种。
6.根据权利要求1所述的激光辅助高离子电导率固态电池，其特征在于，所述带孔正极片为磷酸铁锂、钴酸锂、Ni/Co/Mn元素组成的三元正极材料、硫、硫化物、硅和硅化物中的一种活性物质或者几种混合活性物质。
7.根据权利要求1所述的激光辅助高离子电导率固态电池，其特征在于，所述具有光学窗口的正极壳是在电池正极壳表面嵌入硒化锌窗口片、锗窗口片、硅窗口片、氟化钡窗口片、氟化钙窗口片、石英窗口片、蓝宝石窗口片、K9窗口片、铍窗口片或者镀膜玻璃窗口片。
8.根据权利要求1-7任意一种所述的激光辅助高离子电导率固态电池，其特征在于，所述固态电池形式为纽扣电池、软包电池或圆柱电池。
9.一种权利要求1-7任意一种所述的激光辅助高离子电导率固态电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中：
...【技术特征摘要】
1.一种激光辅助高离子电导率固态电池，自下而上包括负极壳、负极片、激光辅助辐照固态电解质、带孔正极片、带孔垫片、弹片、具有光学窗口的正极壳；
2.根据权利要求1所述的激光辅助高离子电导率固态电池，其特征在于，所述锂盐为高氯酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双二氟磺酰亚胺锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、氟化锂、硝酸锂和氮化锂中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的激光辅助高离子电导率固态电池，其特征在于，所述高分子聚合物基体为聚氧化乙烯类基体、聚丙烯腈类基体、聚丙烯酸酯类基体、聚偏氟乙烯类基体、聚丙烯酰胺类基体和聚氨酯类基体中的一种或几种混合，或者为这些基体中的一种或多种基体的交联网络。
4.根据权利要求1所述的激光辅助高离子电导率固态电池，其特征在于，所述光热转换材料为普鲁士蓝纳米材料、金纳米棒、碳纳米管、硒化铜纳米粒子和黑磷量子点中的一种或者多种，或者为酞菁衍生物和/或卟啉衍生物，或者为苝二酰亚胺、二酮吡咯、bodipy染料、方酸和苯并双噻二唑中的一种或者多种，或者为苯、三苯胺和噻吩中的一种或者多种，或者为聚苯胺、聚吡咯、聚多巴胺、聚(3,4-...
【专利技术属性】
技术研发人员：逯乐慧，任晓燕，王琴，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：
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