[發明專利]柔性全固態聚合物鋰電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201710823175.6
• 申請日: 2017-09-13
• 公開（公告）號: CN107634184B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發明（設計）人: 何泓材;劉哲廷;杜瑋;王寧;劉濤;郭甜
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01M4/139
• 分類號: H01M4/139;H01M4/66;H01M4/74;H01M10/0565;H01M10/0585;H01M10/0525
• 代理公司: 成都希盛知識產權代理有限公司 51226
• 代理人: 柯海軍;武森濤

本發明涉及一種柔性全固態聚合物鋰離子電池及其制備方法，屬于柔性全固態電池領域。本發明的柔性全固態聚合物鋰電池，包括柔性正極層、固態電解質層、柔性負極層和封裝膜，疊放順序為封裝膜?柔性正極層?固態電解質層?柔性負極層?封裝膜；所述固態電解質層由無機陶瓷填料、鋰鹽、聚合物高分子組成的有序多層固態電解質纖維，其中鋰鹽包含于纖維之中，無機陶瓷填料則嵌入纖維或附著在纖維表面。本發明的全固態柔性聚合物鋰電池制備工藝簡單，具有較好的比容量，能夠在彎曲、扭折的狀態下正常充放電，容量無明顯變化，表現出良好的機械性能和穩定的電化學性能；另外，還具有電導率高，導通能力強；界面處阻抗低等優點。

技術領域

本發明涉及一種柔性全固態聚合物鋰離子電池及其制備方法，屬于柔性全固態電池領域。

背景技術

隨著科技的不斷進步和人們需求的不斷增長，新型柔性電子設備已經逐漸成為數碼產品的后起之秀，越來越多的新型柔性電子設備如卷曲式顯示器、智能手表、可穿戴動力傳感器等如雨后春筍般出現在人們的日常生活中。柔性電池作為新型柔性電子設備的關鍵部件，需要能夠在外界彎曲、扭折過程中穩定充放電，且對安裝空間要求不苛刻，這就要求電池具有柔性超薄的結構特征。

更進一步，傳統鋰離子電池一般基于液態有機電解質和隔膜，在使用過程中存在安全隱患，特別是在柔性電池在復雜的使用環境中有可能存在漏液、易燃、易爆等嚴重問題。為解決其安全性問題，目前鋰電池正在向固態化發展。與液態鋰離子電池相比，固態化鋰電池具有一系列更好的優勢：(1)沒有或含有少量液體成分，可避免有機電解液的泄漏和安全問題；(2)固態化電解質同時充當離子傳導電解質和隔膜的作用，簡化了電池結構；(3)允許金屬鋰作為負極可望顯著提高鋰電池的容量；(4)機械加工性能好，可根據要求設計成各種形狀和尺寸。由于上述的全固態鋰離子電池的各種優點，以柔性基材為基礎制備柔性的全固態鋰離子電池就成為一個很好的選擇。

自從1994年美國Bellcore公司成功研制出以導電高分子材料為固態電解質的聚合物鋰離子電池以來，聚合物鋰離子電池迅速發展。聚合物材料制備簡單、安全性能好、鋰離子遷移數高，但是其電導率普遍較低、熱穩定性不好，后來研究人員發現將無機粒子引入傳統的聚合物電解中可以同時提高電解質的離子電導率和機械強度，是一種很好的改性方法。但傳統無機聚合物電解質主要通過將聚合物與無機粒子原位或非原位混合形成，無機粒子無序分散在聚合物高分子中，鋰離子在無機粒子之間轉移較為困難，粒子間構成的界面阻抗大。

此外，全固態鋰電池的界面問題尤其是正極與電解質界面處會產生比較大的界面阻抗，這些問題一定程度上影響了柔性全固態聚合物鋰電池的進一步開發和應用?，F有技術中的柔性鋰電池的柔韌性還有待提高。

CN106784988A公開了一種柔性全固態薄膜鋰電池及其生產方法，但其為全固態薄膜電池，電容量非常小，目前僅適用于為微型電子供電，無法帶動手機、手表等常用中小型電子設備；另外其制備工藝設備非常復雜，還需要磁控濺射設備等；且其產品的柔韌性并不理想。

發明內容

本發明要解決的第一個技術問題是：提供一種柔性全固態聚合物鋰電池。

為解決上述第一個技術問題，本發明的柔性全固態聚合物鋰電池，包括柔性正極層、固態電解質層、柔性負極層和封裝膜，疊放順序為封裝膜-柔性正極層-固態電解質層-柔性負極層-封裝膜；

所述固態電解質層由無機陶瓷填料、鋰鹽、聚合物高分子組成的有序多層固態電解質纖維，其中鋰鹽包含于纖維之中，無機陶瓷填料則嵌入纖維或附著在纖維表面。

優選的，所述無機陶瓷填料質量分數為5％～90％，鋰鹽質量分數為0％～35％，聚合物質量分數為10％～90％。