全固态锂离子电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种全固态锂离子电池及其制作方法。该全固态锂离子电池包括：正极材料、正极集流体、固体电解质材料、负极材料、负极集流体和不锈钢外壳，其中，固体电解质材料为锆酸锂镧、锶掺杂锆酸锂镧、锗掺杂锆酸锂镧、铝掺杂锆酸锂镧或硅掺杂锆酸锂镧中的至少一种。该电池的制作过程简单，成本低、耗能小，在未来的锂电池技术及市场中具有极大的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电化学领域，具体地，涉及一种。
技术介绍
自二十世纪九十年代初商用化以来，锂离子电池凭借着其较高的能量密度与功率密度，在电子消费产品，如移动电话、笔记本电脑与数码相机等领域，逐步占据了越来越大的市场份额。随着国民经济的不断繁荣，与现代科技水平的不断提升，锂离子电池在当今社会又大大扩展了其应用领域。如近年来为降低二氧化碳排放而兴起的电动汽车，以及伴随电子器件小型化、集成化而产生的薄膜电池等。锂离子电池技术的改进与完善，扩展了其应用领域，同时新的使用条件又对锂离子电池提出了更为苛刻与高端的要求；两者相互影响与促进，带动了科学研究与产业经济的共同进步。目前，市场上的商用锂离子电池广泛使用液体电解质，它是易燃易爆的有机物，具有发生泄漏和温度过高时爆炸等安全隐患，会造成较大的人身伤害与经济损失。同时，对于某些极端环境，如高度集成的小型电子产品和高能、稳定的储能电站等，现有的锂离子电池技术都受到了严峻的挑战。锂电池安全事故屡有发生，锂电池电动汽车着火事故也使目前商用动力锂电池的发展受阻。因此，对锂离子电池的开发有待于进一步开发。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种全固态锂离子电池。该全固态锂离子电池，具有良好的热稳定性，化学稳定性及机械加工性，因而可以从根本上杜绝漏液、爆炸，使安全性能得到根本保障。根据本专利技术实施例的第一方面，本专利技术提供了一种全固态锂离子电池，包括:正极材料、正极集流体、固体电解质材料、负极材料、负极集流体和不锈钢外壳，其中，所述固体电解质材料为锆酸锂镧、锶掺杂锆酸锂镧、锗掺杂锆酸锂镧、铝掺杂锆酸锂镧或硅掺杂锆酸锂镧中的至少一种。由于锆酸锂镧具有立方石榴石结构，其凭借着较高的室温离子电导率(如1(T4S/Cm)和电化学稳定性(如与金属锂不发生反应)可以优化改善电极与电解质之间的界面接触，有望提升全固态锂离子电池的性能表现，具有极大的应用前景。根据本专利技术实施例的第二方面，本专利技术提供了一种上述全固态锂离子电池的制作方法，包括以下步骤:对固体电解质材料进行表面抛光处理；将正极活性物质和负极活性物质分别涂覆在所述经过表面抛光处理的固体电解质材料的两面；在所述正极活性物质和所述负极活性物质的外表面分别加上正极集流体和负极集流体，以便获得全固态锂离子电池结构；用不锈钢外壳封装所述全固态锂离子电池结构。通过本专利技术提供的制作方法得到的全固态锂离子电池，大大提高了锂电池的安全性，同时相对于商用电池，具有操作过程简便、成本低、能耗小等 优势，在未来的锂电池技术及市场中具有极大的应用前景。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:图1是根据本专利技术实施例的全固态锂离子电池的结构示意图；图2是根据本专利技术实施例的全固态锂离子电池的充放电曲线，其中正极为锰酸锂，电解质为锗掺杂错酸锂镧，负极为金属锂，充放电电压范围为2.3V 4.6V。具体实施例方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。根据本专利技术 实施例的第一方面，本专利技术提供了一种全固态锂离子电池，包括:正极材料、正极集流体、固体电解质材料、负极材料、负极集流体和不锈钢外壳。根据本专利技术的实施例，该固体电解质材料为锆酸锂镧、锶掺杂锆酸锂镧、锗掺杂锆酸锂镧、铝掺杂锆酸锂镧或硅掺杂锆酸锂镧中的至少一种。由于锆酸锂镧具有立方石榴石结构，其凭借着较高的室温离子电导率(如10_4s/cm)和电化学稳定性(如与金属锂不发生反应)可以优化改善电极与电解质之间的界面接触，有望提升全固态锂离子电池的性能表现，具有极大的应用前景。根据本专利技术的具体实施例，该全固态锂离子电池具有层状结构。由此，可以进一步提高该全固态锂离子电池导电性能和电化学稳定性，以及安全性能。根据本专利技术的具体实施例，正极材料为由正极活性物质、粘结剂和导电剂按照X: (100-x-y):y (其中x彡70，y彡5)比例配制的具有流动性的衆料。根据本专利技术的实施例，该活性物质为钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰三元材料或磷酸铁锂中的至少一种，优选地，该正极活性物质为锰酸锂。根据本专利技术的实施例，该粘结剂为聚偏氟乙烯溶液、聚四氟乙烯溶液和聚乙烯醇溶液的至少一种，优选地，该粘结剂为聚偏氟乙烯溶液。根据本专利技术的实施例，所述导电剂为Super P、乙炔黑和石墨粉中的至少一种,优选地,所述导电剂为Super P。根据本专利技术的实施例，该正极活性物质的比例不低于70%，所述导电剂的比例不低于5%。由此，可以进一步提高该全固态锂离子电池导电性能和电化学稳定性，以及安全性能。根据本专利技术的实施例，该负极材料为由负极活性物质、粘结剂和导电剂按照X: (100-x-y):y (其中x彡70，y彡5)比例配制的衆料。根据本专利技术的实施例，该负极活性物质为金属锂、石墨、硅或钛酸锂中的至少一种，优选地，所述负极材料为金属锂。根据本专利技术的实施例，该粘结剂为聚偏氟乙烯溶液、聚四氟乙烯溶液和聚乙烯醇溶液的至少一种，优选地，所述粘结剂为聚偏氟乙烯溶液。根据本专利技术的实施例，该导电剂为Super P、乙炔黑和石墨粉中的至少一种，优选地，所述导电剂为Super P。根据本专利技术的实施例，该负极活性物质的比例不低于70%，所述导电剂的比例不低于5%。由此，可以进一步提高该全固态锂离子电池导电性能和电化学稳定性，以及安全性能。根据本专利技术的具体实施例，所述正极集流体为不锈钢、铜或铝中的至少一种，优选地，所述正极集流体为铝。根据本专利技术的具体实施例，所述负极集流体为不锈钢铜或铝中的至少一种，优选地，所述负极集流体为铜。由此，可以进一步提高该全固态锂离子电池导电性能和电化学稳定性，以及安全性能。根据本专利技术实施例的第二方面，本专利技术提供了一种上述全固态锂离子电池的制作方法，包括以下步骤:对固体电解质材料进行表面抛光处理；将正极活性物质和负极活性物质分别涂覆在所述经过表面抛光处理的固体电解质材料的两面；在所述正极活性物质和所述负极活性物质的外表面分别加上正极集流体和负极集流体，以便获得全固态锂离子电池结构；用不锈钢外壳封装所述全固态锂离子电池结构。由此，可以获得导电性能佳、电化学稳定性好，安全性能高的全固态锂离子电池。根据本专利技术的实施例，对固体电解质材料的表面进行抛光处理的方式不受特别限制。例如可以根据本专利技术的一个示例，用200# 2000#砂纸进行打磨。由此可以得到表面平整光亮的固体电解质材料的表面。由此，可以获得导电性能佳、电化学稳定性好，安全性能高的全固态锂离子电池。根据本专利技术的实施例，将正极活性物质和负极活性物质分别涂覆在所述经过表面抛光处理的固体电解质材料的两面的方式并不受特别限制。例如根据本专利技术的具体实施例，可以将配置成具有流动性的浆料形态的正极和负极材料涂覆在固体电解质的表面。根据本专利技术的具体实施例，当负极材料选用金属锂时，可以直接装配到固体电解质的表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全固态锂离子电池，其特征在于，包括：正极材料、正极集流体、固体电解质材料、负极材料、负极集流体和不锈钢外壳，其中，所述固体电解质材料为锆酸锂镧、锶掺杂锆酸锂镧、锗掺杂锆酸锂镧、铝掺杂锆酸锂镧或硅掺杂锆酸锂镧中的至少一种。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：南策文，黄冕，沈洋，林元华，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：