[發(fā)明專利]一種固態(tài)鋰電池及其制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202011009115.9
• 申請日: 2020-09-23
• 公開（公告）號: CN112421103A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭向欣;郭新;畢志杰;趙寧
• 申請（專利權(quán)）人: 濟(jì)寧克萊泰格新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/052;H01M10/058
• 代理公司: 青島聯(lián)智專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 37101
• 代理人: 紀(jì)麗麗

本發(fā)明公開了一種固態(tài)鋰電池及其制備方法，固態(tài)鋰電池包括正極支撐的聚合物固體電解質(zhì)和鋰金屬負(fù)極，正極包括正極活性材料，粘結(jié)劑和電子導(dǎo)電劑，聚合物固體電解質(zhì)包括聚合物基體，鋰鹽和填料。本發(fā)明的固態(tài)鋰電池包括正極支撐的聚合物固體電解質(zhì)和鋰金屬負(fù)極，將聚合物固體電解質(zhì)漿料直接涂布至正極片上，待溶劑完全揮發(fā)后，得到正極支撐的聚合物固體電解質(zhì)，可以方便的控制固體電解質(zhì)的厚度，并改善正極和固體電解質(zhì)之間的界面接觸。本發(fā)明所提供的電池制備工藝不但能保證固體電解質(zhì)與正極之間良好的界面接觸，而且還可以方便地控制電解質(zhì)層的厚度，提高電池能量密度和安全性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種固態(tài)鋰電池及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著化石燃料的大量使用和不斷枯竭，綠色可再生能源的開發(fā)與有效利用以及環(huán)境保護(hù)成為全球共同關(guān)心的問題。發(fā)展能夠?qū)崿F(xiàn)高效能量存儲和轉(zhuǎn)換的二次電池不僅關(guān)系著國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和戰(zhàn)略安全，而且與人民的生活息息相關(guān)，因此受到國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。

鋰離子二次電池由于具有能量密度高、循環(huán)壽命長、自放電小、無記憶效應(yīng)、工作溫度寬和成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)，在消費(fèi)類電子產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)液態(tài)電池由于電解液泄露、燃燒甚至爆炸等，而面臨嚴(yán)重的安全性問題。基于固體電解質(zhì)的固態(tài)電池極大改善了電池安全性問題，且紐扣式鋰電池小巧輕便，便于電路集成，在便攜式電子產(chǎn)品中用途廣泛。然而，紐扣電池一般輸出電壓為1.5和3V，低輸出電壓極大限制了其應(yīng)用范圍。因此，如何通過簡易的工藝，提高紐扣電池的輸出電壓及使用安全性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高電壓紐扣電池的產(chǎn)業(yè)化面臨巨大挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種固態(tài)鋰電池及其制備方法，可以改善固態(tài)電池中的電極/電解質(zhì)界面問題，極大提升電池安全性和能量密度。

為此，本發(fā)明提供了一種固態(tài)鋰電池，所述固態(tài)鋰電池包括正極支撐的聚合物固體電解質(zhì)和鋰金屬負(fù)極，所述正極包括正極活性材料，粘結(jié)劑和電子導(dǎo)電劑，所述聚合物固體電解質(zhì)包括聚合物基體，鋰鹽和填料。

優(yōu)選的，所述正極活性材料、所述粘結(jié)劑和所述電子導(dǎo)電劑的質(zhì)量比為(70-90)：(15-5)：(15-5)。

優(yōu)選的，所述正極活性材料為磷酸鐵鋰(LFP)，磷酸錳鐵鋰(LFMP)，鈷酸鋰(LCO)，錳酸鋰(LMO)，三元材料(NCM)中的一種；所述粘結(jié)劑為聚偏二氟乙烯(PVDF)，聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)，聚氧化乙烯(PEO)，聚丙烯腈(PAN)中的一種；所述電子導(dǎo)電劑為導(dǎo)電碳黑(Super P)，乙炔黑和科琴黑中的一種。

優(yōu)選的，所述聚合物基體、所述鋰鹽和所述填料的質(zhì)量比為(10-20)：(5-10)： (0-0.1)。

優(yōu)選的，所述聚合物基體為聚氧化乙烯(PEO)，聚偏二氟乙烯(PVDF)，聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)，聚甲基乙撐碳酸酯(PPC)，聚丙烯腈(PAN)中的一種；所述鋰鹽為含鋰(Li)無機(jī)鹽中的一種；所述填料包括硫化物固體電解質(zhì)或氧化物固體電解質(zhì)。

本發(fā)明還提供了所固態(tài)鋰電池的制備方法，所述方法包括如下步驟：(1)將所述鋰電池正極活性材料，所述粘結(jié)劑和所述電子導(dǎo)電劑均勻分散至第一溶劑中，得到正極漿料；將所述正極漿料涂覆至集流體鋁箔上，將所述正極漿料烘干后得到正極片；(2)將所述聚合物基體，所述鋰鹽和所述填料均勻分散至第二溶劑中，得到固體電解質(zhì)漿料，將所述固體電解質(zhì)漿料涂覆至所述正極片上，待所述固體電解質(zhì)漿料烘干后，得到正極支撐的聚合物固體電解質(zhì)，剪成合適的尺寸后備用；(3)將鋰金屬負(fù)極片直接貼附在所述正極支撐的聚合物固體電解質(zhì)上，構(gòu)成所述高能量密度固態(tài)鋰電池。

優(yōu)選的，所述步驟(1)中，所述第一溶劑為N-甲基吡咯烷酮(NMP)或二甲基甲酰胺(DMF)中的一種，所述烘干溫度為60-120℃，烘干時間為12-48h。