[發明專利]一種全固態鋰電池中電解質/電極界面一體化構造工藝

有效

• 申請號: 201711044261.3
• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107742728B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 許曉雄;陳少杰;王俊燁
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: H01M4/66
• 分類號: H01M4/66;H01M10/0565;H01M10/0562
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 趙青朵

本發明提供了一種全固態鋰電池中電解質/電極界面一體化構造工藝。本發明通過在正極材料層上面原位制備聚合物電解質層，提高正極材料層與電解質層的界面接觸，降低界面阻抗，從而達到改善電池倍率性能和循環性能。極大地簡化全固態鋰電池構建過程，降低成本，優化了界面接觸，同時提高了聚合物電解質的電導率、電化學穩定性。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種全固態鋰電池中電解質/ 電極界面一體化構造工藝。

背景技術

鋰二次電池以輸出功率大、能量密度高、循環性優越、無記憶效應與無環境污染等諸多優勢在日常生活中廣泛應用，成為便攜式電子產品的可充電電源的首選對象，也被認為是最具競爭力的車用動力電池。但傳統電池使用的有機溶劑電解質常常由于液態電解質泄露、揮發造成燃燒、爆炸等安全隱患。

固態電池采用固體電解質來替代傳統有機液體電解質，相比于傳統液態鋰離子電池，減少了電解液、電解質鹽、隔膜甚至粘結劑的使用，不僅避免了電解液泄露等安全問題，而且由于固態電池能夠采用堆棧式設計，簡化了電池構造，比使用有機電解液的電池具有更高的能量密度，固體電解質不會揮發且不易燃，提高了鋰離子電池的安全性能；由于固體電解質較高的機械強度能夠有效阻止鋰金屬枝晶造成的短路問題，使得以鋰金屬作為電池負極成為可能；此外，固體電解質能夠在較寬的溫度范圍內進行工作，其電化學窗口比較寬，拓展了電極材料的使用范圍，因此固態電池在安全、能量、設計等方面具有較大優勢，更符合電動汽車和規模儲能領域未來發展的需求。

采用固體電解質的全固態鋰電池相比傳統的鋰電池具有更高的安全性和機械強度，可以實現大容量電池的制備。然而，全固態鋰電池結構中，固態電解質與固態電極之間不同于傳統的鋰電池屬于固-固接觸，導致接觸不夠緊密，層與層之間存在較大的縫隙，因此使得其電極/電解質之間存在著巨大的界面阻抗，極大地影響電池性能。

發明內容

有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供一種全固態鋰電池中電解質/電極界面一體化構造工藝，本發明提供的工藝可以提高正極材料層與電解質層的界面接觸，降低界面阻抗，從而達到改善電池倍率性能和循環性能。

本發明提供了一種全固態鋰電池中電解質/電極界面一體化構造工藝，包括以下步驟：

A)在惰性氣氛條件下，將乙烯基化合物、巰基化合物、炭黑、堿金屬鋰鹽，正極材料與無水溶劑進行混合，得到前驅體溶液；

將所述前驅體溶液涂覆于集流體表面后干燥，得到復合正極薄膜；

B)在惰性氣氛和避光條件下，將巰基化合物、乙烯基化合物和堿金屬鋰鹽混合均勻，得到漿料；

將所述漿料涂覆于復合正極薄膜表面，浸潤后在200～500nm波長的紫外燈光照固化0.1～10h，得到正極材料/電解質界面一體化結構。

優選的，步驟A)中，所述乙烯基化合物選自端位含有烯基的聚氧乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚丙烯腈中的一種或多種；所述巰基化合物包括含有端位巰基官能團的化合物。

所述堿金屬鋰鹽選自LiN(SO₂CF₃)₂、LiClO₄、LiSO₂CF₃和LiB(C₂O₄)₂中一種或多種；

所選正極材料選自LiFePO₄，LiCoO₂，NCM或NCA；

所述無水溶劑選自乙腈、四氫呋喃、乙二醇二甲醚和N-甲基甲酰胺中的一種或多種。

優選的，所述乙烯基化合物中的聚合物重復單元與堿金屬鋰鹽中鋰的摩爾比為(5～30)：1。