[發明專利]一種多層復合電解質鋰電池的制備方法

有效

• 申請號: 201710388187.0
• 申請日: 2017-05-27
• 公開（公告）號: CN106960982B
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發明（設計）人: 晁流;尹訓忠;朱以科;肖劍
• 申請（專利權）人: 南京博馳新能源股份有限公司
• 主分類號: H01M10/058
• 分類號: H01M10/058;H01M10/056;H01M10/0565
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 張真真;張志軍

本發明提供了一種多層復合電解質鋰電池的制備方法，所述鋰電池從上到下依次包括正極片層、低彈性模量電解質層Ⅰ、高彈性模量電解質層、低彈性模量電解質層Ⅱ、負極片層。該電解質具有較高的電導率，在室溫下能夠大于10^?4S/cm，且彈性模量大于0.1GPa；該多層電解質結構同時具有高彈性模量及低彈性模量電解質，高彈性模量電解質能夠阻擋鋰枝晶，而低彈性模量電解質能夠保持固態電解質與電池正負極充分接觸，降低界面阻抗，在循環過程中抑制電池內阻的增大，提高電池的循環壽命及比容量。同時，該電池應用鋰金屬負極提高電池的比容量；通過多層電解質結構，令電極和電解質之間能夠獲得極好的接觸，提高電池的充放電能力。

技術領域

本發明屬于鋰電池制備領域，具體涉及一種多層復合電解質鋰電池的制備方法。

背景技術

目前隨著移動設備的發展，電動車輛的普及，對電池儲能續航能力需求也越來越高。目前綜合性能優異的鋰離子電池作為移動設備及電動車的主要動力來源，該鋰電池體系主要由含鋰金屬氧化物正極，聚合物隔膜，碳酸酯或醚類電解液，石墨或石墨摻雜硅材料負極構成。而正極采用鋰金屬氧化物，負極采用石墨的體系已經接近材料質量比能量的理論極限，約為250至300Wh/kg。而摻雜硅的負極，由于硅在鋰電池充放電過程中，體積會發生巨大變化，導致電池負極粉末化容量衰減甚至引發爆炸。

更換電極材料，特別是負極由石墨或者摻雜硅的石墨材料更換為鋰金屬單質（具有3800mAh/g容量，標準電極電勢-3.04V）或鋰合金可以極大地提升鋰離子電池的比容量。然而，在傳統電解液隔膜二次鋰電池中，直接應用負極進行充放電會不可避免地生成鋰枝晶，從而帶來容量的迅速衰減及內短路的風險。因而應用具有一定剛性（高彈性模量）的固態電解質能夠有效的阻礙鋰枝晶的產生以及避免內短路的風險。

但是，由于這種固態電解質極高的彈性模量，會與正負極之間產生較高的界面阻抗，降低鋰離子的遷移能力，增加電池內阻，降低電池高倍率下的容量。而且隨著電池循環，正負極的體積發生變化，正負極與電解質發生脫離，會進一步增加電池的內阻。

發明內容

本發明針對上述問題，通過多層電解質復合，降低界面阻抗，保持充放電循環過程中正負極與電解質的持續接觸，保持電池的內阻不會發生大幅度變化，從而獲得高比容量，同時保持電池的安全性與循環壽命等性能。

實現本發明的技術方案是：一種多層復合電解質鋰電池的制備方法，所述鋰電池從上到下依次包括正極片層、低彈性模量電解質層Ⅰ、高彈性模量電解質層、低彈性模量電解質層Ⅱ、負極片層；具體步驟如下：

（1）將鋰金屬通過電鍍或者輥壓的方式貼合于銅箔上，形成電池的負極片層；

（2）將正極活性材料涂覆于鋁箔上，形成電池的正極片層；

（3）將鋰鹽溶解于有機溶劑中、或將鋰鹽與環氧樹脂混合均勻得到低彈性模量電解質；

（4）將高分子聚合物與鋰鹽混合，加熱至300-350℃保持0.5-12h，冷卻至室溫后將混合物打碎成顆粒，利用擠出機在溫度為300-350℃下將顆粒擠出成卷狀薄膜，冷卻至室溫；將電子受體溶于二氧六環中得到浸漬液，之后將得到的卷狀薄膜放入浸漬液中，在60-200℃下密閉加熱1-30h，得到高彈性模量電解質層；

（5）將步驟（1）得到的負極片層、步驟（2）得到的正極片層和步驟（4）得到的高彈性模量電解質層進行層疊，之后向負極片層和高彈性模量電解質層之間注入步驟（3）得到的低彈性模量電解質、形成低彈性模量電解質層Ⅱ，向正極片層和高彈性模量電解質層之間注入步驟（3）得到的低彈性模量電解質、形成低彈性模量電解質層Ⅰ，層疊后從上到下依次為正極片層、低彈性模量電解質層Ⅰ、高彈性模量電解質層、低彈性模量電解質層Ⅱ、負極片層，層疊后密封，在60-80℃下加熱0.5-12h，得到鋰電池。

所述步驟（2）中的正極活性材料是鎳鈷錳三元材料、鎳鈷鋁三元材料、錳酸鋰、鈦酸鋰、磷、硫、多硫化鋰或磷酸鐵鋰。