[發(fā)明專利]基于多功能層狀復合固態(tài)電解質(zhì)的固態(tài)鋰電池及制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201810600595.2
• 申請日: 2018-06-12
• 公開（公告）號: CN108963328A
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發(fā)明（設計）人: 孟繁慧;劉婧;鄭濤;王欣全;周江;伍紹中
• 申請（專利權(quán)）人: 天津力神電池股份有限公司
• 主分類號: H01M10/056
• 分類號: H01M10/056;H01M10/058;H01M10/0525
• 代理公司: 天津市三利專利商標代理有限公司 12107
• 代理人: 徐金生

1.基于多功能層狀復合固態(tài)電解質(zhì)的固態(tài)鋰電池，其特征在于，包括電池正極、多功能層狀復合固態(tài)電解質(zhì)層和電池負極；

所述多功能層狀復合固態(tài)電解質(zhì)層位于電池正極和電池負極之間。

2.如權(quán)利要求1所述的固態(tài)鋰電池，其特征在于，所述多功能層狀復合固態(tài)電解質(zhì)層包括主體電解質(zhì)層，所述主體電解質(zhì)層的上下兩側(cè)分別具有緩沖電解質(zhì)層。

3.如權(quán)利要求1所述的固態(tài)鋰電池，其特征在于，所述緩沖電解質(zhì)層包含：重量百分比為10％～90％的聚合物固態(tài)電解質(zhì)、1％～60％的氧化硅基骨架結(jié)構(gòu)化合物和1％～60％的離子液體。

4.如權(quán)利要求1所述的固態(tài)鋰電池，其特征在于，所述電池正極為新型復合正極，包括正極集流體，所述正極集流體表面涂覆有一層復合固態(tài)電解質(zhì)；

所述電池負極為新型復合負極，包括負極集流體，所述負極集流體表面涂覆有一層復合固態(tài)電解質(zhì)；

所述復合固態(tài)電解質(zhì)包含重量百分比為10％～90％的聚合物固態(tài)電解質(zhì)、1％～60％的氧化硅基骨架結(jié)構(gòu)化合物和1％～60％的離子液體。

5.如權(quán)利要求3或4所述的固態(tài)鋰電池，其特征在于，所述聚合物固態(tài)電解質(zhì)包含重量百分比為5％～50％的鋰鹽和50％～95％的聚合物；

所述聚合物包括聚氧化乙烯PEO、聚丙烯腈PAN、聚偏氟乙烯PVDF、聚氧化乙烯PEO改性結(jié)構(gòu)和聚丙烯腈PAN改性結(jié)構(gòu)中的至少一種；

所述鋰鹽包括雙三氟甲基磺酰亞胺鋰LiTFSI、六氟磷酸鋰LiPF₆、四氟硼酸鋰LiBF₄和六氟砷酸鋰LiAsF₆中的至少一種；

所述離子液體中的陽離子包括烷基取代的吡咯、噻唑、哌啶、咪唑、季銨鹽和季鏻鹽中的至少一種，所述離子液體中的陰離子包括四氯鋁酸根[AlCl₄]^-、六氟磷酸根[PF₆]^-、三氟甲烷磺酰亞胺根[(CF₃SO₂)₂N]^-、三氟甲基磺酸根[CF₃SO₃]^-、四氟硼酸根[BF₄]^-、硝酸根[NO₃]^-、溴離子Br^-和氯離子Cl^-中的一種。

6.一種如權(quán)利要求1所述的固態(tài)鋰電池的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

第一步：制備復合固態(tài)電解質(zhì)溶液；

第二步：將復合固態(tài)電解質(zhì)溶液涂覆到正極集流體上，然后烘干，制備獲得具有緩沖電解質(zhì)層的電池正極，以及將復合固態(tài)電解質(zhì)溶液涂覆到負極集流體上，然后烘干，獲得具有緩沖電解質(zhì)層的電池負極；

第三步：將主體電解質(zhì)層放置在具有緩沖電解質(zhì)層的電池正極和具有緩沖電解質(zhì)層的電池負極之間，然后放入電池殼，制備獲得固態(tài)鋰電池。

7.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，在第二步中，具體烘干操作為：首先置于干燥氣氛中烘干，烘干溫度為40～130℃，烘干時間為0～20小時，然后再放置在真空箱中進行二次烘干，烘干溫度為40～130℃，烘干時間為0～60小時。

8.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述主體電解質(zhì)層的厚度為100納米～100微米；

所述緩沖電解質(zhì)層的厚度為100納米～100微米。

9.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述第一步具體包括以下步驟：

第一子步驟，將聚合物和鋰鹽溶于預設的溶劑中，配制成聚合物固態(tài)電解質(zhì)溶液，其中聚合物和鋰鹽一起組成聚合物固態(tài)電解質(zhì)；

第二子步驟，將原硅酸四乙酯溶于甲酸中，然后與離子液體進行混合，配制成由離子液體、原硅酸四乙酯和甲酸組成的第一混合溶液；

第三子步驟：將聚合物固態(tài)電解質(zhì)溶液和第一混合溶液，按照預設質(zhì)量比進行混合，攪拌均勻獲得復合固態(tài)電解液溶液；

在第一子步驟中，所述預設的溶劑為四氫呋喃；

在第一子步驟中，所述聚合物固態(tài)電解質(zhì)溶液的固含量為1％～50％，并且在復合固態(tài)電解質(zhì)的固態(tài)含量中，聚合物和鋰鹽之間的重量比為(1：1)～(95：5)；

所述聚合物包括聚氧化乙烯PEO、聚丙烯腈PAN、聚偏氟乙烯PVDF、聚氧化乙烯PEO改性結(jié)構(gòu)和聚丙烯腈PAN改性結(jié)構(gòu)中的至少一種；

所述鋰鹽包括雙三氟甲基磺酰亞胺鋰LiTFSI、六氟磷酸鋰LiPF₆、四氟硼酸鋰LiBF₄和六氟砷酸鋰LiAsF₆中的至少一種；

在第二子步驟中，在所述第一混合溶液中，離子液體的重量百分比為1％～30％，原硅酸四乙酯的重量百分比為1％～20％，甲酸的重量百分比為50％～98％；

所述離子液體中的陽離子包括烷基取代的吡咯、噻唑、哌啶、咪唑、季銨鹽和季鏻鹽中的至少一種，所述離子液體中的陰離子包括四氯鋁酸根[AlCl₄]^-、六氟磷酸根[PF₆]^-、三氟甲烷磺酰亞胺根[(CF₃SO₂)₂N]^-、三氟甲基磺酸根[CF₃SO₃]^-、四氟硼酸根[BF₄]^-、硝酸根[NO₃]^-、溴離子Br^-和氯離子Cl^-中的一種；

在第三子步驟中，所述預設的質(zhì)量比為1:1。