[發明專利]一種新型電解質復合方式的固態鋰電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201810118912.7
• 申請日: 2018-02-06
• 公開（公告）號: CN108365165B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 高云智;田宇;付傳凱;曹毅;吳李斌;吳勇民;湯衛平
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M10/0525;H01M10/058;H01M10/0562
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

一種新型電解質復合方式的固態鋰電池及其制備方法，屬于鋰電池制備技術領域。所述的固態鋰電池正極包括導電劑、聚合物電解質及正極活性材料，負極為金屬鋰及其合金，電解質為無機固態電解質。所述方法如下：將聚合物基體材料溶于有機溶劑并加入鋰鹽，隨后加正極活性材料、導電劑，攪拌均勻，得復合正極漿料；將復合正極漿料涂覆到鋁箔上并在80 ℃真空烘干12 h，獲得正極片；用聚合物電解質的均相混合溶液對正極片進行反復澆筑和干燥，得到高致密度的正極片；將無機固態電解質片與高致密度正極片進行疊片處理，并進行熱處理；將負極材料置于無機固態電解質片的另一側，對電池進行封裝，組裝成固態鋰電池。本發明制備的復合正極壓實密度達到2.3~3.5 g cm^?3。

技術領域

本發明屬于鋰電池制備技術領域，具體涉及一種新型電解質復合方式的固態鋰電池及其制備方法。

背景技術

固態鋰電池相比傳統液態鋰離子電池具有能量密度高，機械性能好，安全性好等優點。使用固態電解質后，鋰離子電池可以直接使用金屬鋰來做負極，使電池能量密度有明顯提高。同時固態鋰電池不需要用易燃易揮發的有機溶劑，固態電解質膜也可以抑制鋰枝晶的生成，電池的安全性獲得顯著提升。

然而，固態電池也有缺點。目前固態鋰電池應用的固態電解質包括有機固態電解質和無機固態電解質，其中無機固態電解質包括硫化物系固態電解質和氧化物系固態電解質。固態電池電極/電解質界面為固/固接觸，界面相容性很差，同時考慮到硫化物電解質和氧化物電極材料之間的化學勢的不同，空間電荷層按照熱力學平衡的需求可能在兩相界面間形成。進一步考慮到氧化物相比于硫化物對鋰更具有吸收性，鋰離子可能會從硫化物轉移到氧化物中，電子離子混合導電氧化物的電子將會消除靠近邊界的鋰間隙，使得氧化物側的空間電荷層厚度增大。由于界面的輸運特性由鋰間隙的移動所決定，這樣的載流子分布會增大界面阻抗，增加極化，使得倍率性能變得更差，這就是固態鋰電池的空間電荷層效應。因此，改善固態鋰電池電極/電解質界面的相容性，消除空間電荷層效應已成為提高固態電池性能的重要途徑。

發明內容

本發明的目的是為了解決全固態電池電極與電解質界面相容性差的問題，提供一種新型電解質復合方式的固態鋰電池及其制備方法，該種電池通過導電聚合物與電極活性材料進行復合，改善電池界面相容性，降低鋰離子二次電池的空間電荷層效應，從而降低固態鋰電池的界面阻抗，同時對Li⁺遷移數也有顯著提高。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案如下：

一種新型電解質復合方式的固態鋰電池，所述的固態鋰電池正極包括導電劑、聚合物電解質及正極活性材料，負極為金屬鋰或金屬鋰基合金材料，電解質為無機固態電解質。

一種上述的新型電解質復合方式的固態鋰電池的制備方法，所述方法步驟如下：

步驟一：將聚合物基體材料溶于有機溶劑中，使聚合物基體材料在有機溶劑中的質量分數為1%~10%，加入鋰鹽，鋰鹽與聚合物基體材料的質量比為1：10~60，制備成聚合物電解質的均相混合溶液，隨后將正極活性材料、導電劑加入均相混合溶液中攪拌均勻，制備成復合正極漿料；

步驟二：將步驟一得到的復合正極漿料涂覆到鋁箔上并在80 ℃真空烘干12 h，獲得正極片；

步驟三：使用步驟一中所述的聚合物電解質的均相混合溶液對干燥后的正極片進行反復澆筑和干燥2~10次，直到消除正極片中的孔隙，得到高致密度的正極片；

步驟四：將無機固態電解質片與步驟三得到的高致密度正極片進行疊片處理，并進行熱處理；

步驟五：將負極材料置于無機固態電解質片的另一側，對電池進行封裝，組裝成固態鋰電池。

本發明相對于現有技術的有益效果是：

（1）本發明中通過對正極片進行反復澆筑和干燥，最終消除了正極片中的孔隙，得到高致密度的正極片。