【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂离子电池，尤其涉及一种半固态锂离子电池及其制备方法。
技术介绍
1、锂离子电池作为一种高能量密度、长寿命的电化学储能装置，广泛应用于便携式电子设备、电动汽车和储能系统中。现有的锂离子电池主要分为液态电池、全固态电池和半固态电池三种类型。液态锂离子电池由于其高导电率和成熟的生产工艺，目前仍占据市场主导地位。然而，液态电池中的有机电解液具有易燃性，存在泄漏和安全隐患。全固态锂离子电池由于采用固态电解质，具有高安全性和高能量密度的潜力，但其固态电解质离子导电率较低，界面阻抗较大，制备工艺复杂且成本较高。尽管半固态锂离子电池在一定程度上解决了液态电池的安全问题，但仍存在一些技术挑战。例如，固态电解质膜与正极材料的界面接触不良，导致离子导电率降低和界面阻抗增加。此外，固态电解质膜的机械性能和稳定性也有待提高。
2、公开号为cn113745454a的中国专利公开了一种正极片、其制备方法和在半固态电池中的应用，该专利将氧化物固态电解质通过匀浆引入正极，通过原位聚合得到的聚合物可有效改善氧化物固态电解质的与正极片中材料的接触性，降低正极片的阻抗，提升正极片的电化学性能。然而，在正极追求高压实的背景下，电解液难以充分浸润或填充于极片空隙，由此导致原位聚合不均匀，在进行电池充放电时锂沉积不均匀。此外，原位聚合形成的凝胶聚合物固态电解质由于其本身离子导低，伴随着循环中电解液的不断消耗，导致电芯循环性能差。
3、公开号为cn114335716a的中国专利公开了一种具有多层结构电解质的原位聚合固态电池及其制备方法。
技术实现思路
1、为解决现有技术存在的问题，本专利技术提供一种半固态锂离子电池及其制备方法。采用本专利技术的制备方法制备获得的一种正极涂覆固态电解质膜的半固态锂离子电池，提高了电池的离子导电率，降低了界面阻抗，提升了电池的能量密度、倍率性能和循环寿命，同时增强了电池的安全性和稳定性。
2、本专利技术为解决技术问题所采用的技术方案如下：
3、本专利技术提供的一种半固态锂离子电池，包括：正极片、负极片、隔膜和电解液；所述隔膜将正极片和负极片隔开，采用负极包正极的方式并叠片形成电芯，将电芯封装进电池外壳中注入电解液，通过预充、除气、分容工序后获得半固态锂离子电池。
4、本专利技术提供的一种半固态锂离子电池的制备方法，其具体包括以下步骤：
5、(1)将活性物质、导电剂、粘结剂和分散剂进行混合和匀浆处理后获得第一浆料；
6、(2)将固态电解质、粘结剂、离子液体和纳米填料进行混合和匀浆处理后获得第二浆料；
7、(3)通过双层涂布工艺将第一浆料涂覆于集流体上，将第二浆料涂覆于第一浆料上，通过辊压、分条、模切工序后获得正极片；
8、(4)将石墨、硅基负极、导电剂和粘结剂进行混合和匀浆处理后获得负极浆料，通过涂布、辊压、分条、模切工序后获得负极片；
9、(5)将正极片、负极片和隔膜通过叠片组装成芯包，通过焊接、铝塑膜入壳、热封工序获得干电芯；
10、(6)将电解液注入干电芯内，通过预充、除气、分容工序后获得半固态锂离子电池。
11、作为优选的实施方式，步骤(1)中，所述活性物质选自三元材料linixcoym1-x-yo2、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂中的一种或多种，所述三元材料linixcoym1-x-yo2中，m为mn和al中的至少一种，0.4≤x<1，0<y<0.2；所述导电剂选自多壁碳纳米管、单壁碳纳米管、石墨烯、super-p中的一种或多种；所述粘结剂选自聚偏二氟乙烯和聚偏二氟乙烯-六氟丙烯的一种或两种；所述分散剂选自磷酸三丙酯、磷酸二丁酯、聚醚改性聚硅氧烷共聚物的一种或两种。
12、作为优选的实施方式，步骤(1)中，所述活性物质、导电剂、粘结剂和分散剂的质量比为(95～99.25)：(0.2～5)：(0.5～2)：(0.05～0.5)。
13、作为优选的实施方式，步骤(2)中，所述固态电解质选自锂镧锆钛氧、磷酸铝钛锂、锂锆硅磷氧中的一种或多种；所述粘结剂选自聚偏二氟乙烯和聚偏二氟乙烯-六氟丙烯的一种或两种；所述离子液体选自1-乙基-3-甲基咪唑啉双(三氟甲基磺酰基)亚胺、1-乙基-3-甲基咪唑二腈胺盐、1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑、1-乙基-3-甲基咪唑二氰亚甲盐、1-丁基-3-甲基咪唑二氰胺盐、1-丁基-3-甲基咪唑二氰胺盐中的一种或多种；所述纳米填料选自二氧化钛、二氧化硅、石墨烯、迈克希的一种或多种。
14、作为优选的实施方式，步骤(2)中，所述固态电解质、粘结剂、离子液体和纳米填料的质量比为(20～99)：(0.5～60)：(0.4～20)：(0～5)。
15、作为优选的实施方式，步骤(4)中，所述硅基负极选自硅氧、硅碳、硅纳米线中的一种或多种；所述导电剂选自多壁碳纳米管、单壁碳纳米管、石墨烯、super-p中的一种或多种；所述粘结剂选自聚丙烯酸、聚丙烯腈、羧甲基纤维素、丁苯橡胶中的一种或多种。
16、作为优选的实施方式，步骤(4)中，所述石墨、硅基负极、导电剂和粘结剂的质量比为(1～96)：(1～96)：(0.1～5)：(1～5)。
17、作为优选的实施方式，步骤(5)中，所述隔膜选自陶瓷单/双面涂覆隔膜、固态电解质单/双面涂覆隔膜、单/双面涂胶隔膜中的一种。
18、作为优选的实施方式，步骤(3)中，所述第二浆料的涂层厚度为2-20μm。
19、作为优选的实施方式，步骤(6)中，所述电解液占干电芯总重量的2-15％。
20、本专利技术的有益效果是：
21、1、本专利技术区别于传统的半固态电池，无需采用原位固化策略，能够避免原位固化存在的难以实现均匀聚合、高温固化后自由基攻击电芯活性材料导致的材料失效、内阻增大及衰减快等问题。
22、2、本专利技术通过正极片双层涂覆构建了一种正极支撑式固态电解质薄膜框架，其可以有效阻隔正极材料与液态电解质之间的直接接触，防止副反应的发生，从而减少电池容量的损失。
23、3、本专利技术所构建的一种正极支撑式固态电解质薄膜框架，能够在高电压下保持稳定性，可以改善材料的电压窗口，从而提高整个电池的容量和能量密度。
24、4、本专利技术所构建的一种正极支撑式固态电解质薄膜框架，能够改善电池的离子传导性能，使得电池在低温下也能保持良好的电化本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种半固态锂离子电池，其特征在于，包括：正极片、负极片、隔膜和电解液；所述隔膜将正极片和负极片隔开，采用负极包正极的方式并叠片形成电芯，将电芯封装进电池外壳中注入电解液，通过预充、除气、分容工序后获得半固态锂离子电池。
2.如权利要求1所述的一种半固态锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的一种半固态锂离子电池的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述活性物质选自三元材料LiNixCoyM1-x-yO2、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂中的一种或多种，所述三元材料LiNixCoyM1-x-yO2中，M为Mn和Al中的至少一种，0.4≤x<1，0<y<0.2；所述导电剂选自多壁碳纳米管、单壁碳纳米管、石墨烯、Super-P中的一种或多种；所述粘结剂选自聚偏二氟乙烯和聚偏二氟乙烯-六氟丙烯的一种或两种；所述分散剂选自磷酸三丙酯、磷酸二丁酯、聚醚改性聚硅氧烷共聚物的一种或两种。
4.根据权利要求1所述的一种半固态锂离子电池的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述活性物质、导电剂、粘结剂和分散剂的质量比为(
5.根据权利要求1所述的一种半固态锂离子电池的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述固态电解质选自锂镧锆钛氧、磷酸铝钛锂、锂锆硅磷氧中的一种或多种；所述粘结剂选自聚偏二氟乙烯和聚偏二氟乙烯-六氟丙烯的一种或两种；所述离子液体选自1-乙基-3-甲基咪唑啉双(三氟甲基磺酰基)亚胺、1-乙基-3-甲基咪唑二腈胺盐、1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑、1-乙基-3-甲基咪唑二氰亚甲盐、1-丁基-3-甲基咪唑二氰胺盐、1-丁基-3-甲基咪唑二氰胺盐中的一种或多种；所述纳米填料选自二氧化钛、二氧化硅、石墨烯、迈克希的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种半固态锂离子电池的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述固态电解质、粘结剂、离子液体和纳米填料的质量比为(20～99)：(0.5～60)：(0.4～20)：(0～5)。
7.根据权利要求1所述的一种半固态锂离子电池的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述硅基负极选自硅氧、硅碳、硅纳米线中的一种或多种；所述导电剂选自多壁碳纳米管、单壁碳纳米管、石墨烯、Super-P中的一种或多种；所述粘结剂选自聚丙烯酸、聚丙烯腈、羧甲基纤维素、丁苯橡胶中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的一种半固态锂离子电池的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述石墨、硅基负极、导电剂和粘结剂的质量比为(1～96)：(1～96)：(0.1～5)：(1～5)。
9.根据权利要求1所述的一种半固态锂离子电池的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述隔膜选自陶瓷单/双面涂覆隔膜、固态电解质单/双面涂覆隔膜、单/双面涂胶隔膜中的一种。
10.根据权利要求1所述的一种半固态锂离子电池的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述第二浆料的涂层厚度为2-20μm；步骤(6)中，所述电解液占干电芯总重量的2-15％。
...【技术特征摘要】
1.一种半固态锂离子电池，其特征在于，包括：正极片、负极片、隔膜和电解液；所述隔膜将正极片和负极片隔开，采用负极包正极的方式并叠片形成电芯，将电芯封装进电池外壳中注入电解液，通过预充、除气、分容工序后获得半固态锂离子电池。
2.如权利要求1所述的一种半固态锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的一种半固态锂离子电池的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述活性物质选自三元材料linixcoym1-x-yo2、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂中的一种或多种，所述三元材料linixcoym1-x-yo2中，m为mn和al中的至少一种，0.4≤x<1，0<y<0.2；所述导电剂选自多壁碳纳米管、单壁碳纳米管、石墨烯、super-p中的一种或多种；所述粘结剂选自聚偏二氟乙烯和聚偏二氟乙烯-六氟丙烯的一种或两种；所述分散剂选自磷酸三丙酯、磷酸二丁酯、聚醚改性聚硅氧烷共聚物的一种或两种。
4.根据权利要求1所述的一种半固态锂离子电池的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述活性物质、导电剂、粘结剂和分散剂的质量比为(95～99.25)：(0.2～5)：(0.5～2)：(0.05～0.5)。
5.根据权利要求1所述的一种半固态锂离子电池的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述固态电解质选自锂镧锆钛氧、磷酸铝钛锂、锂锆硅磷氧中的一种或多种；所述粘结剂选自聚偏二氟乙烯和聚偏二氟乙烯-六氟丙烯的一种或两种；所述离子液体选自1-乙基-3-甲基咪唑啉双(三氟...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗勇，杨允杰，高培，周永涛，胡彬，
申请(专利权)人：华鼎国联四川动力电池有限公司，
类型：发明
国别省市：
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