[發明專利]一種類打印式一體化全固態鋰金屬電池及其制備方法

有效

• 申請號: 202010179499.2
• 申請日: 2020-03-16
• 公開（公告）號: CN111370750B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 孟躍中;鐘雷;李志峰;王天羿;肖敏;王拴緊;韓東梅;任山
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H01M10/052
• 分類號: H01M10/052;H01M10/0565;H01M10/058
• 代理公司: 廣州市深研專利事務所(普通合伙) 44229
• 代理人: 姜若天

本發明公開了一種類打印式一體化全固態鋰金屬電池及其制備方法。該可打印式一體化全固態鋰金屬電池是經由鋰負極SEI膜?固態聚合物電解質膜?正極的順序，經逐層“打印”而成。本發明制備的可打印式一體化全固態鋰金屬電池兼具鋰離子傳導率高、界面兼容性好、制備工藝簡單、可打印生產、原料便宜易得等優點。用本發明設計的可打印式一體化全固態鋰金屬電池放電容量高，循環性能好。

技術領域

本發明屬于固態電池領域，具體地說，涉及一種可打印式一體化全固態鋰金屬電池及其制備方法。

背景技術

金屬鋰由于其超高的理論比容量(3840mAh g^-1)、較低的密度(0.534g cm^-3)以及最低的電勢(-3.04V)，是新一代鋰電池負極的理想材料。然而，鋰金屬負極與有機電解質發生副反應，損耗了活性物質、縮短了電池的使用壽命；鋰離子在負極表面的不均勻沉積會引發鋰枝晶的生長，容易刺穿隔膜，造成電池的短路，帶來嚴重的安全問題¹。并且，傳統的“電解液-隔膜”的電池體系，所使用的有機電解液沸點低，易燃易爆，也存在極大的安全隱患²。采用固態聚合物電解質構筑固態鋰金屬電池被認為是解決上述問題的有效方法。聚合物電解質不僅可作為電解質膜替代傳統的隔膜/電解液體系，提高電池安全性能；還可應用于正極和負極等部件，構建離子傳輸通道、保護鋰負極和抑制鋰枝晶生成，改善電池性能³。

目前，國內外在固態電池方面的研究工作很多，但是在離子傳導率、機械強度、與電極界面的兼容性等方面不能兼顧^4-10。本發明經由鋰負極SEI膜-固態聚合物電解質膜-正極材料的順序，逐層“打印”獲得一體化全固態鋰金屬電池，極大地改善了界面兼容性。該方法具有制備簡單、操作時間短和可打印生產等優點，推進了全固態鋰金屬電池工業化生產的進程。

目前，國內外固態電解質的主要文獻有：

[1]A.Manthiram,S.H.Chung,C.Zu,Adv.Mater.2015,27,1980.

[2]P.Shi,X.Q.Zhang,X.Shen,R.Zhang,H.Liu,Q.Zhang,Adv.Mater.Technol.2019,1900806.

[3]S.Huang,R.T.Guan,S.J.Wang,M.Xiao,D.M.Han,L.Y.Sun,Y.Z.Meng,Prog.Polym.Sci.2019,89,19.

[4]R.C.Xu,Z.Wu,S.Z.Zhang,X.L.Wang,Y.Xia,X.H.Xia,X.H.Huang,J.P.Tu,Chem.Eur.J.2017,23,13950.

[5]K.Fu,Y.H.Gong,G.T.Hitz,D.W.McOwen,Y.J.Li,S.M.Xu,Y.Wen,L.Zhang,C.W.Wang,G.Pastel,J.Q.Dai,B.Y.Liu,H.Xie,Y.G.Yao,E.D.Wachsman,L.H.Hu,EnergyEnviron.Sci.,2017,10,1568.

[6]L.Chen,Y.T.Li,S.P.Li,L.Z.Fan,C.W.Nan,J.B.Goodenough,Nano Energy,2018,46,176.

[7]J.Bae,Y.T.Li,J.Zhang,X.Y.Zhou,F.Zhao,Y.Shi,J.B.Goodenough,G.H.Yu,Angew.Chem.2018,130,2118.

[8]J.Liu,T.Qian,M.F.Wang,J.Q.Zhou,N.Xu,C.L.Yan,Nano Lett.,2018,18,4598.

[9]X.Z.Chen,W.J.He,L.X.Ding,S.Q.Wang,H.H.Wang,EnergyEnviron.Sci.,2019,12,938.