CN108400387A - 一种全固态薄膜锂离子电池的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于锂离子电池制备技术领域，提供一种全固态薄膜锂离子的制备方法，用以克服现有制备工艺中设备要求较高、成本较高、难以大规模生产和应用的问题。本发明选用金属板作为电池正极集流体板和负极集流体板，采用雾化器将正极材料浆料、固态电解质浆料、负极材料浆料依次雾化成小微粒打印，形成层叠的正极集流体板、正极薄膜层、固态电解质薄膜层、负极薄膜层及负极集流体板的全固态薄膜锂离子电池。本发明采用雾化打印技术，制备工艺简单，制备成本低；同时，即能通过对浆料成分的控制来控制各层材料的成分，又能通过对打印喷头的运动控制和掩模设计打印生成不同形状、大小和厚度的全固态薄膜锂离子电池；利于工业化生产和应用。

Description

一种全固态薄膜锂离子电池的制备方法
技术领域
本发明属于锂离子电池制备技术领域，具体涉及全固态薄膜锂离子的制备方法。
背景技术
全固态薄膜锂离子电池比液态电解质锂离子电池更稳定、更安全，因而具有更广泛的应用前景。当前全固态薄膜锂离子电池的制备多采用物理气相沉积(PVD)的方法，包括磁控溅射和真空蒸发等；上述方法对制备设备要求较高、成本较高、难以大规模生产和应用，并且制备过程均在真空中进行，难以制备形状和尺寸范围变化较大的电池。
发明内容
本发明的目的在于针对上述缺陷，提供一种全固态薄膜锂离子电池的制备方法；本发明采用雾化打印技术，制备工艺简单，制备成本低，利于工业化生产和应用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种全固态薄膜锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、选用金属板作为电池正极集流体板和负极集流体板；
步骤2、采用雾化器将正极材料浆料雾化成小微粒打印至正极集流体板上，形成正极材料浆料层，固结后作为正极薄膜层；
步骤3、采用雾化器将固态电解质浆料雾化成小微料打印至正极薄膜层上，形成固态电解质浆料层，固结后作为固态电解质薄膜层；
步骤4、采用雾化器将负极材料浆料雾化成小微粒打印至固态电解质薄膜层上，形成负极材料浆料层；
步骤5、将负极集流体薄板压合至负极材料浆料层上，负极材料浆料层固结后作为负极薄膜层，则制备得全固态薄膜锂离子电池。
进一步的，所述步骤2中，正极材料浆料包括：正极活性材料(LiCoO2、LiMnO2等)，粘结剂(通常为PVDF)，溶剂(通常为NMP)及导电剂(SuperP,KS6,碳纳米管等)；其中，正极活性材料含量越多越好，通常＞95wt％，粘结剂、溶剂、导电剂共计＜5wt％；其中溶剂用于调节正极材料浆料的粘度，形成正极材料浆料的粘度范围为30cP-200cP，以保证顺利雾化。
进一步的，所述步骤3中，固态电解质浆料包括：电解质活性材料(Li1+xAlxTi2-x(PO4)3(LATP)，Li7La3Zr2O12(LLZO)，La2/3-xLi3xTiO3(LLTO)，Li1+xAlxGe2-x(PO4)3(LAGP)，Li4- xGe1-xPxS4，Li2S-P2S5，Li2S-SiS2，Li2S-B2S3-P2S中的一种或几种)，粘结剂(通常为PVDF)，溶剂(通常为NMP)；其中，电解质活性材料含量越多越好，通常＞95wt％；粘结剂、溶剂共记<5wt％，其中溶剂用于调节固态电解质浆料的粘度，形成固态电解质浆料的粘度范围为30cP-200cP，以保证顺利雾化。
进一步的，所述步骤4中，负极材料浆料包括：负极活性材料(石墨、Si-C、非晶硅等)，粘结剂(通常为PVDF)，溶剂(通常为NMP)，导电剂(SuperP,KS6,碳纳米管等)；其中，负极活性材料含量越多越好，通常>wt95％，粘结剂、溶剂、导电剂共记<wt5％，其中溶剂用于调节正极材料浆料的粘度，形成负极材料浆料的粘度范围为30cP-200cP，以保证顺利雾化。
进一步的，所述步骤1中，电池正、负极集流体板采用电子导体：铜、铝、镍或不锈钢。
进一步的，所述全固态薄膜锂离子电池的厚度为5μm～5cm，尺寸范围为1μm-500mm。
本发明中，在雾化打印过程中，正极集流体可加热至正负极浆料和电解质浆料分解点以下，以促进粘结剂、溶剂的挥发，使浆料迅速固结成薄膜，大致为25℃～200℃范围；也可以在室温下打印，待每一层打印完成之后再加热至设定温度保温促进粘结剂、溶剂挥发，使浆料迅速固结成薄膜。负极集流体金属薄板需在负极浆料粘结剂和溶剂挥发前压合紧密，以保证与负极活性材料结合紧密，增大接触面积。打印中可以设计不同的掩模板和打印头运动路径来制备不同形状的电池。
本发明的有益效果在于：
本发明采用雾化打印技术，通过雾化打印喷头分别打印正极、固态电解质、负极至金属集流体上，形成全固态薄膜锂离子电池；制备工艺简单，制备成本低；同时，既能通过对浆料成分的控制来控制各层材料的成分，又能通过对打印喷头的运动控制和掩模设计打印生成不同形状、大小和厚度的全固态薄膜锂离子电池；利于工业化生产和应用。
附图说明
图1为本发明全固态薄膜锂离子电池结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
本实施例提供一种全固态薄膜锂离子电池的制备方法，制备得全固态薄膜锂离子电池结构如图1所示，其制备过程具体包括以下步骤：
步骤1、将正极活性材料LiMnO2，负极活性材料石墨，分别与PVDF粘结剂、溶剂NMP溶剂和SuperP导电剂混合均匀，分别制成LiMnO2含量大于95％的正极浆料和石墨含量大于95％的负极浆料，粘度约50cP；
步骤2、将固态电解质活性材料Li1+xAlxTi2-x(PO4)3与PVDF粘结剂、溶剂NMP溶剂混合均匀，制成Li1+xAlxTi2-x(PO4)3含量大于95％的正极浆料和石墨含量大于95％的固态电解质浆料，粘度约50cP；
步骤3、选用铜作为正极集流体板，厚度约1μm，尺寸5mm×5mm。将铜正极集流体板加热至150℃；
步骤4、将正极浆料打印至正极集流体铜板上；由于温度较高，正极浆料中的粘结剂和溶剂迅速挥发，活性材料和导电剂迅速生成正极薄膜，厚度约1μm；
步骤5、将固态电解质浆料打印至正极薄膜上，面积稍大，覆盖正极薄膜，以防止正负极材料接触导致的短路；固态电解质在150℃下快速生成固态电解质薄膜，厚度约1μm；
步骤6、降低温度至室温，将负极浆料打印至固态电解质薄膜上，厚度约1μm；
步骤7、在负极浆料粘结剂和溶剂挥发前将负极集流体金属板压合致负极浆料层上；然后加热至150℃，使负极浆料中的粘结剂和溶剂挥发，生成负极薄膜层，厚度约1μm；如图1中全固态薄膜锂离子电池制备完成，完成操作。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。

Claims (8)

1.一种全固态薄膜锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、选用金属板作为电池正极集流体板和负极集流体板；
步骤2、采用雾化器将正极材料浆料雾化成小微粒打印至正极集流体板上，形成正极材料浆料层，固结后作为正极薄膜层；
步骤3、采用雾化器将固态电解质浆料雾化成小微料打印至正极薄膜层上，形成固态电解质浆料层，固结后作为固态电解质薄膜层；
步骤4、采用雾化器将负极材料浆料雾化成小微粒打印至固态电解质薄膜层上，形成负极材料浆料层；
步骤5、将负极集流体薄板压合至负极材料浆料层上，负极材料浆料层固结后作为负极薄膜层，则制备得全固态薄膜锂离子电池。
2.按权利要求1所述全固态薄膜锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，正极材料浆料包括：正极活性材料：LiCoO2或LiMnO2，粘结剂，溶剂及导电剂；其中，正极活性材料含量＞95wt％，粘结剂、溶剂、导电剂共记＜5wt％。
3.按权利要求1所述全固态薄膜锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，固态电解质浆料包括：电解质活性材料：Li1+xAlxTi2-x(PO4)3(LATP)、Li7La3Zr2O12(LLZO)、La2/3-xLi3xTiO3(LLTO)、Li1+xAlxGe2-x(PO4)3(LAGP)、Li4-xGe1-xPxS4、Li2S-P2S5、Li2S-SiS2、Li2S-B2S3-P2S中的一种或几种，粘结剂，溶剂；其中，电解质活性材料含量＞95wt％；粘结剂、溶剂共记<5wt％。
4.按权利要求1所述全固态薄膜锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述步骤4中，负极材料浆料包括：负极活性材料：石墨、Si-C或非晶硅，粘结剂，溶剂，导电剂；其中，负极活性材料含量>95wt％，粘结剂、溶剂、导电剂共记<5wt％。
5.按权利要求2～4任一所述全固态薄膜锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述步骤2、步骤3、步骤4中，所述粘结剂采用PVDF，所述溶剂采用NMP；所述步骤2，步骤4中，所述导电剂采用SuperP、KS6或碳纳米管。
6.按权利要求1所述全固态薄膜锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述正极材料浆料、固态电解质浆料及负极材料浆料的粘度均为30cP-200cP。
7.按权利要求1所述全固态薄膜锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，电池正、负极集流体板采用电子导体：铜、铝、镍或不锈钢。
8.按权利要求1所述全固态薄膜锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述全固态薄膜锂离子电池的厚度为5μm～5cm，尺寸范围为1μm-500mm。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111224059A (zh) * 2018-11-27 2020-06-02 多氟多化工股份有限公司 一种含碳纳米管的电极浆料的分散方法、电极浆料分散装置
WO2020145214A1 (ja) * 2019-01-09 2020-07-16 エムテックスマート株式会社 全固体電池の製造方法
CN114447406A (zh) * 2022-01-28 2022-05-06 蜂巢能源科技(无锡)有限公司 全固态电芯及其制备方法和全固态电池

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1437278A (zh) * 2003-03-13 2003-08-20 复旦大学 超薄电极、隔膜和超薄一次电池和超薄二次可循环充放电池及该电极、隔膜、电池的制备方法
CN103066331A (zh) * 2012-11-29 2013-04-24 能一郎科技股份有限公司 一种超低温高倍率型锂离子电池的制备方法
CN106887588A (zh) * 2015-12-15 2017-06-23 丰田自动车株式会社 全固体电池以及全固体电池的制造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1437278A (zh) * 2003-03-13 2003-08-20 复旦大学 超薄电极、隔膜和超薄一次电池和超薄二次可循环充放电池及该电极、隔膜、电池的制备方法
CN103066331A (zh) * 2012-11-29 2013-04-24 能一郎科技股份有限公司 一种超低温高倍率型锂离子电池的制备方法
CN106887588A (zh) * 2015-12-15 2017-06-23 丰田自动车株式会社 全固体电池以及全固体电池的制造方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111224059A (zh) * 2018-11-27 2020-06-02 多氟多化工股份有限公司 一种含碳纳米管的电极浆料的分散方法、电极浆料分散装置
CN111224059B (zh) * 2018-11-27 2021-09-24 多氟多新材料股份有限公司 一种含碳纳米管的电极浆料的分散方法、电极浆料分散装置
WO2020145214A1 (ja) * 2019-01-09 2020-07-16 エムテックスマート株式会社 全固体電池の製造方法
JP2020113407A (ja) * 2019-01-09 2020-07-27 エムテックスマート株式会社 全固体電池の製造方法
JP7411975B2 (ja) 2019-01-09 2024-01-12 エムテックスマート株式会社 全固体電池の製造方法
CN114447406A (zh) * 2022-01-28 2022-05-06 蜂巢能源科技(无锡)有限公司 全固态电芯及其制备方法和全固态电池
CN114447406B (zh) * 2022-01-28 2023-05-05 蜂巢能源科技(无锡)有限公司 全固态电芯及其制备方法和全固态电池

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