[發(fā)明專(zhuān)利]一種全固態(tài)鋰離子電池及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810068961.4
• 申請(qǐng)日: 2018-01-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108242564A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-07-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王振波;韓軼;陸陽(yáng);薛原;顧大明
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01M10/0565
• 分類(lèi)號(hào): H01M10/0565;H01M4/131;H01M4/133;H01M10/0525;H01M10/058
• 代理公司: 哈爾濱龍科專(zhuān)利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

本發(fā)明公開(kāi)了一種全固態(tài)鋰離子電池及其制備方法，所述全固態(tài)鋰離子電池以富鋰錳基材料、錳酸鋰、鎳錳酸鋰等中的一種作為正極，鈦酸鋰、石墨、?FeOOH、?MnOOH等中的一種作為負(fù)極，聚丙烯酸酯作為固體電解質(zhì)。本發(fā)明以紫外固化法制備聚丙烯酸酯，聚丙烯酸酯具有良好的機(jī)械性能、柔韌性和較高的離子電導(dǎo)率，成膜效果較好，能夠獲得相容性良好的電極電解質(zhì)界面，且聚丙烯酸酯對(duì)鋰穩(wěn)定性強(qiáng)，熱力學(xué)穩(wěn)定性高，將其作為電解質(zhì)，具有良好的柔性和熱穩(wěn)定性，較高的離子電導(dǎo)率。本發(fā)明用固體聚合物電解質(zhì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的液態(tài)電解質(zhì)，提高了電池的安全性能，同時(shí)將鎳錳酸鋰、鈦酸鋰和聚丙烯酸酯很好的結(jié)合起來(lái)，從而使鋰離子電池的性能更加優(yōu)越。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種全固態(tài)鋰離子電池及其制備方法。

背景技術(shù)

為應(yīng)對(duì)全球性的能源危機(jī)，許多國(guó)家積極推動(dòng)以電動(dòng)汽車(chē)為主的新能源汽車(chē)的發(fā)展。動(dòng)力電池是電動(dòng)汽車(chē)的重要組成部分，直接影響著電動(dòng)汽車(chē)性能。鋰離子電池具有工作電壓高、能量密度大、無(wú)記憶效應(yīng)、自放電率小和循環(huán)壽命長(zhǎng)等顯著優(yōu)點(diǎn)，作為動(dòng)力電池，有著非常廣泛的應(yīng)用前景。

在目前的幾種主流的正極材料中，磷酸亞鐵鋰的低溫性能和穩(wěn)定性無(wú)法滿足動(dòng)力電池的需要。錳酸鋰較差的高溫性能和三元材料的安全性能也無(wú)法單獨(dú)作為動(dòng)力電池的正極材料。在正極材料中，尖晶石型正極材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄具有較高放電平臺(tái)（4.7V）、較高容量、優(yōu)異的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、豐富的資源、廉價(jià)的成本以及環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，且高溫下的循環(huán)穩(wěn)定性也比錳酸鋰有了質(zhì)的提升，并可兼容工作電壓較高的負(fù)極材料，從而提高電池的安全性能，因此LiNi_0.5Mn_1.5O₄作為動(dòng)力電池材料具有廣泛的應(yīng)用前景。相比其它負(fù)極而言，Li₄Ti₅O₁₂被稱(chēng)為“零應(yīng)變材料”，具有高安全性、長(zhǎng)壽命及快速充放電等特性。因而，以Li₄Ti₅O₁₂為負(fù)極的鋰動(dòng)力電池在電動(dòng)汽車(chē)以及要求高穩(wěn)定性、高安全性和長(zhǎng)循環(huán)壽命的應(yīng)用領(lǐng)域中具有非常大的優(yōu)勢(shì)。

鋰離子電池實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中存在著諸多問(wèn)題，其中安全問(wèn)題受到了很多關(guān)注，安全問(wèn)題主要是因?yàn)橛袡C(jī)電解液成分易發(fā)生泄露、揮發(fā)，容易引起著火、爆炸等安全事故。全固態(tài)鋰離子電池由于采用具有高安全性的固態(tài)電解質(zhì)成為研究熱點(diǎn)。固態(tài)電解質(zhì)作為離子導(dǎo)體，能夠?qū)崿F(xiàn)正負(fù)極活性物質(zhì)之間鋰離子的傳遞，同時(shí)可以作為隔膜，從而分隔正負(fù)極防止內(nèi)部短路。與傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池相比，全固態(tài)鋰離子電池優(yōu)點(diǎn)明顯：1）良好的安全性能，無(wú)電解液泄露的隱患；2）更高的比能量和能量密度；3）更寬的溫度適用范圍；4）自放電速率小；5）循環(huán)過(guò)程中無(wú)副反應(yīng)發(fā)生，具有更長(zhǎng)的循環(huán)壽命；6）電化學(xué)窗口＞5 V，可以匹配高電壓正極材料；7）電解質(zhì)機(jī)械強(qiáng)度高、形狀可控，全固態(tài)鋰離子電池易加工成型。全固態(tài)鋰離子電池作為下一代儲(chǔ)能電源具有非常大的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種全固態(tài)鋰離子電池及其制備方法，用固體聚合物電解質(zhì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的液態(tài)電解質(zhì)，提高了電池的安全性能，同時(shí)將鎳錳酸鋰、鈦酸鋰和聚丙烯酸酯很好的結(jié)合起來(lái)，從而使鋰離子電池的性能更加優(yōu)越。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種全固態(tài)鋰離子電池，以富鋰錳基材料、錳酸鋰、鎳錳酸鋰等中的一種作為正極，鈦酸鋰、石墨、-FeOOH、-MnOOH等中的一種作為負(fù)極，聚丙烯酸酯作為固體電解質(zhì)。

一種上述全固態(tài)鋰離子電池的制備方法，包括如下步驟：

（1）按照丁二腈與雙三氟甲基磺酰亞胺鋰的質(zhì)量比為70～95：5～30的比例稱(chēng)取丁二腈與雙三氟甲基磺酰亞胺鋰，然后在60～70℃的溫度下將其溶解均勻；