[發(fā)明專(zhuān)利]一種半固態(tài)電池的制備方法及其應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210615922.8
• 申請(qǐng)日: 2022-05-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114883657A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-08-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹輝;聶榮榮;侯敏;劉嬋
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海瑞浦青創(chuàng)新能源有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M10/058
• 分類(lèi)號(hào): H01M10/058;H01M10/0565;H01M10/0525;H01M10/42
• 代理公司: 北京品源專(zhuān)利代理有限公司 11332
• 代理人: 王艷齋

本發(fā)明提供了一種半固態(tài)電池的制備方法及其應(yīng)用。所述制備方法包括以下步驟：(1)在裝配電池中注入聚合劑后陳化，再注入電解液，得到完成注液的電池；(2)將步驟(1)中所述完成注液的電池靜置進(jìn)行凝膠化反應(yīng)，完成所述凝膠化反應(yīng)后對(duì)電池依次進(jìn)行化成、老化和分容，得到所述半固態(tài)電池；其中，步驟(1)所述聚合劑包括帶有陽(yáng)離子聚合功能的溶劑和/或帶有陽(yáng)離子聚合功能的凝膠因子。本發(fā)明使用原位聚合方法制備半固態(tài)電池，將聚合劑和液態(tài)電解液混合后，聚合劑中含有帶有陽(yáng)離子聚合物功能的溶劑和/或陽(yáng)離子聚合功能的凝膠因子，在液態(tài)電解液中引發(fā)凝膠化聚合反應(yīng)，從而得到低阻抗、高能量密度和高安全性能的半固態(tài)電池。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池領(lǐng)域，涉及一種半固態(tài)電池的制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著人們對(duì)提高鋰離子電池能量密度的日益迫切的要求，傳統(tǒng)鋰離子電池已經(jīng)很難滿足超高比能量的需求。當(dāng)前商業(yè)化的鋰電池負(fù)極材料主要為改性天然石墨和人造石墨，盡管制備技術(shù)已相當(dāng)成熟，但石墨的理論比容量只有372mAh g^-1，難以滿足市場(chǎng)對(duì)高能量密度鋰離子電池的需求。于是，基于高能量密度電池的需求，具有超高比能量?jī)?yōu)勢(shì)的負(fù)極材料成為研究熱點(diǎn)。例如：硅負(fù)極、金屬合金負(fù)極和金屬鋰負(fù)極。以硅負(fù)極材料為例，目前主要使用摻比一定量的硅材料以達(dá)到提升比容量的目的。以金屬鋰負(fù)極為例，其比容量為3860mAh g^-1，電化學(xué)勢(shì)為-3.04V(vs.標(biāo)準(zhǔn)氫電極)。以這些負(fù)極材料制作的電池可以有效提升能量密度，甚至可以達(dá)到400Wh kg^-1以上甚至更高。而中、高鎳三元鋰電池因其活性較高，搭配高比容量負(fù)極材料后，在提高比能量密度的同時(shí)，對(duì)于電池安全性的提升也是重中之重。

然而，基于傳統(tǒng)鋰離子電池體系，高能量密度電池材料目前仍有很多安全隱患。材料本身較大的體積膨脹，結(jié)構(gòu)的改變，和與液態(tài)電解液搭配時(shí)的循環(huán)壽命與安全性隱患。液態(tài)電解液無(wú)法有效抑制硅負(fù)極的巨大膨脹，或鋰金屬負(fù)極結(jié)構(gòu)的變化和金屬枝晶的生長(zhǎng)，且枝晶可能刺穿隔膜而引發(fā)電池內(nèi)部的短路，引發(fā)更大的安全問(wèn)題。

半固態(tài)電池可以有效降低電池中液態(tài)電解液的使用量，在提升電池的能量密度的同時(shí)，也將液態(tài)電解液可能引發(fā)的安全隱患同步降低，另外，半固態(tài)凝膠電解質(zhì)在一定程度上可以有效抑制負(fù)極結(jié)構(gòu)的改變和金屬枝晶的生長(zhǎng)，在提升比能量密度的同時(shí)，可以較大程度地提高電池的安全性能。

CN112133923A公開(kāi)了一種適用于半固態(tài)電池的正極材料層、其制備方法、正極片和半固態(tài)電池，在正極材料層中，聚合物纖維作為粘結(jié)劑構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，有利于正極活性物質(zhì)、固態(tài)電解質(zhì)和導(dǎo)電劑的均勻分散，氧化物固態(tài)電解質(zhì)和聚合物固態(tài)電解質(zhì)具有良好的離子傳導(dǎo)能力，提高了離子電導(dǎo)率。但是通過(guò)改變正極材料層僅僅能降低正極材料層和固態(tài)電解質(zhì)之間的阻抗，但是并不能降低固態(tài)電解質(zhì)與負(fù)極之間的阻抗。

CN111430674A公開(kāi)了一種電極極片及其制備方法、半固態(tài)電池，首先制備核殼材料，然后制備電極漿料，并將電極漿料涂布在極片上，對(duì)涂布后的極片進(jìn)行熱壓得到電極極片，然后通過(guò)疊片方式或卷繞方式進(jìn)行組裝，組裝后的電池進(jìn)行注液，注液后45攝氏度的高溫下AG處理24小時(shí)，最后進(jìn)行化成流程。注液后與極片之間的界面阻抗不能得到保證，會(huì)導(dǎo)致電池的阻抗變高。

因此，如何制備一種低阻抗，高能量密度的半固態(tài)電池，是本領(lǐng)域重要的研究方向。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種半固態(tài)電池的制備方法及其應(yīng)用。

為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明的目的之一在于提供一種半固態(tài)電池的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

(1)在裝配電池中注入聚合劑后陳化，再注入電解液，得到完成注液的電池；

(2)將步驟(1)中所述完成注液的電池靜置進(jìn)行凝膠化反應(yīng)，完成所述凝膠化反應(yīng)后對(duì)電池依次進(jìn)行化成、老化和分容，得到所述半固態(tài)電池。