CN108649262B - 一种固态电池用有机硅基缓冲层及其制备方法以及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种固态电池用有机硅基缓冲层的制备方法，其特征在于：步骤一：首先将有机硅、锂盐溶于溶剂中，搅拌溶解，得到溶液A；步骤二：在步骤一得到的溶液A中添加无机填料，进行分散搅拌，得到溶液B；步骤三：将步骤二中得到的溶液B超声分散1h‑10h；步骤四：将步骤三中经过超声分散的溶液B静置12h‑48h，即可得到电解质浆料，即为缓冲层。优点是：本发明固态电池用缓冲层应用于固态电池领域，可提高电池克容量发挥，提升循环性能，可实现大规模批量生产。

Description

一种固态电池用有机硅基缓冲层及其制备方法以及应用
技术领域
本发明涉及新能源锂电池领域，涉及了一种固态电池用有机硅基缓冲层，还涉及了一种固态电池用有机硅基缓冲层的制备方法，尤其涉及一种固态电池用有机硅基缓冲层的应用。
背景技术
随着社会经济的不断发展，新能源产业得到了快速的发展，锂离子电池在交通领域和储能领域已经被广泛应用，在社会发展中开始扮演越来越重要的角色。但是，近年来曝出的一系列锂电池爆炸的新闻，使得锂电池的安全性能备受关注。锂离子电池的安全性能不好主要是源于目前采用的电解液中溶剂为易燃液体，当电池短路或者温度过高都有可能引起电池的燃烧甚至爆炸，同时当前锂电池能量密度相对较低，人们迫切希望开发出高能量密度、安全性好的的锂离子电池。而全固态锂电池具有能量密度高、安全性高等优点，可以很好的解决上述问题。
全固态锂离子电池简单来说就是指电池结构中所有组分都是以固态形式存在，包括正极、电解质、负极，而如今传统的商业化的锂离子电池则是液态锂离子电池即电解液是液态溶液状。具体来说就是把传统锂离子电池的液态电解液和隔膜替换为固态电解质，一般是以锂金属为负极，或者石墨类及其他复合材料。
但是，当前全固态锂离子电池存在电极材料与固态电解质界面阻抗高的问题，界面阻抗低会对电池的循环、倍率等性能造成不良影响，要解决该问题，除需要研究开发新型的固态电解质和开发新型的正负极材料，还可以对界面采取一些特殊手段(如在界面添加缓冲物质)，以进一步提升全固态锂离子电池的电化学性能。
因此，需要寻求一种新的技术来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是：针对上述不足，提供一种固态电池用有机硅基缓冲层及其制备方法以及应用。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种固态电池用有机硅基缓冲层，其特征在于：此缓冲层的原材料包括溶剂、有机硅、锂盐、无机填料，并按照以下质量百分比混合：溶剂：有机硅：锂盐：无机填料＝50％-80％：0％-30％：0％-50％：0％-30％。
所述溶剂由碳酸丙烯酯(PC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸亚乙烯酯(VC)中的一种或两种以上组成。
所述有机硅包括聚二甲基硅氧烷、硅油、改性硅油、聚醚硅油、改性聚二甲基硅氧烷。
所述锂盐包括LiTFSI，LiClO4，LiBF4，LiPF6；LiAsF6。
所述无机填料包括锂镧钛氧、锂镧锆氧、锂镧锆钽氧、二氧化硅、三氧化二铝。
一种固态电池用有机硅基缓冲层的制备方法，步骤一：首先将有机硅、锂盐溶于溶剂中，搅拌溶解，得到溶液A；步骤二：在步骤一得到的溶液A中添加无机填料，进行分散搅拌，得到溶液B；步骤三：将步骤二中得到的溶液B超声分散1h-10h；步骤四：将步骤三中经过超声分散的溶液B静置12h-48h，即可得到电解质浆料，即为缓冲层。
一种固态电池用有机硅基缓冲层的应用，步骤一：将制备后的电解质浆料倾倒在涂布机料槽中；
步骤二：启动涂布机，调节涂布机的速度，使之以300mm/s的速度分别将电解质浆料涂覆在复合正极片和复合负极片的表面，通过调节刮刀高度来调节涂布高度，使得涂布高度范围为300μm；
步骤三：调节烘箱温度在100℃，对湿法涂覆后的复合正极片和复合负极片进行烘烤；
步骤四：最后通过收卷辊对涂覆干燥的复合正极片和复合负极片进行收卷，然后按照需求尺寸对极片进行分切，待用；
步骤五：在手套箱中将涂刷电解质浆料层的复合正极片和复合负极片进行叠片、组装得到固态锂离子电池，将得到的固态锂离子电池在25℃、0.1C充放电，充放电截止电压4.2V-3.0V的条件下进行充放电循环测试。
与现有技术相比，本发明所达到的技术效果是：本发明固态电池用缓冲层应用于固态电池领域，可提高电池克容量发挥，提升循环性能，可实现大规模批量生产。
附图说明
图1为有缓冲层以及无缓冲层固态电池放电比容量对比图；
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：
一种固态电池用有机硅基缓冲层，其特征在于：此缓冲层的原材料包括碳酸丙烯酯(PC)、聚二甲基硅氧烷、LiTFSI、锂镧钛氧，并按照以下质量百分比混合：碳酸丙烯酯(PC)：聚二甲基硅氧烷：LiTFSI：锂镧钛氧＝70％：5％：10％：15％。
一种固态电池用有机硅基缓冲层的制备方法，步骤一：首先将聚二甲基硅氧烷、LiTFSI溶于碳酸丙烯酯(PC)中，搅拌溶解，得到溶液A；步骤二：在步骤一得到的溶液A中添加锂镧钛氧，进行分散搅拌，得到溶液B；步骤三：将步骤二中得到的溶液B超声分散5h；步骤四：将步骤三中经过超声分散的溶液B静置12h，即可得到电解质浆料，即为缓冲层。
其中为了验证缓冲层性能，需要制备复合正极片以及复合负极片，并将电解质浆料涂覆在复合正极片以及复合负极片表面，并进行叠加组片，形成固态电池。
其中，关于复合正极片以及复合负极片的制备方法如下：
制备复合正极片，首先，制备正极浆料：首先将聚偏氟乙烯溶于N-甲基吡咯烷酮溶液中，之后添加纳米碳纤维，分散之后，继续添加Super-P，之后将三元NCM正极、聚氧化乙烯以及LiTFSI按照质量比分别添加到胶液中进行分散搅拌，制备成正极浆料；
其次：浆料涂布：采用涂布机将正极浆料涂布在厚度为16μm的铝箔上，涂布厚度为200μm，涂布机的烘干温度为120℃，收卷后的极片在100℃的真空烤箱中进行干燥，干燥时间为18h，对干燥后的电极片进行辊压，压实控制在2.9g/cm3，分切得到复合正极极片；
制备复合负极片：首先，制备负极浆料：首先将聚偏氟乙烯溶于N-甲基吡咯烷酮溶液中，之后添加Super-P，之后将石墨、聚氧化乙烯以及LiTFSI按照质量比分别添加到胶液中进行分散搅拌，制备成负极浆料；
其次：浆料涂布：采用涂布机将负极浆料涂布在厚度为12μm的铜箔上，涂布厚度为100μm，涂布机的烘干温度为120℃，收卷后的极片在100℃的真空烤箱中进行干燥，干燥时间为18h，对干燥后的电极片进行辊压，压实控制在1.5g/cm3，分切得到复合负极极片。
一种固态电池用有机硅基缓冲层的应用，步骤一：将制备后的电解质浆料倾倒在涂布机料槽中；
步骤二：启动涂布机，调节涂布机的速度，使之以300mm/s的速度分别将电解质浆料涂覆在复合正极片和复合负极片的表面，通过调节刮刀高度来调节涂布高度，使得涂布高度范围为300μm；
步骤三：调节烘箱温度在100℃，对湿法涂覆后的复合正极片和复合负极片进行烘烤；
步骤四：最后通过收卷辊对涂覆干燥的复合正极片和复合负极片进行收卷，然后按照需求尺寸对极片进行分切，待用；
步骤五：在手套箱中将涂刷电解质浆料层的复合正极片和复合负极片进行叠片、组装得到固态锂离子电池，将得到的固态锂离子电池在25℃、0.1C充放电，充放电截止电压4.2V-3.0V的条件下进行充放电循环测试。
与现有技术相比，本发明所达到的技术效果是：本发明固态电池用缓冲层应用于固态电池领域，可提高电池克容量发挥，提升循环性能，可实现大规模批量生产。
实施例二：
一种固态电池用有机硅基缓冲层，其特征在于：此缓冲层的原材料包括碳酸亚乙烯酯(VC)、硅油、LiClO4、锂镧锆氧，并按照以下质量百分比混合：碳酸亚乙烯酯(VC)：硅油：LiClO4：锂镧锆氧＝70％：15％：5％：10％。
一种固态电池用有机硅基缓冲层的制备方法，步骤一：首先将硅油、LiClO4溶于碳酸亚乙烯酯(VC)中，搅拌溶解，得到溶液A；步骤二：在步骤一得到的溶液A中添加锂镧钛氧，进行分散搅拌，得到溶液B；步骤三：
将步骤二中得到的溶液B超声分散2h；步骤四：将步骤三中经过超声分散的溶液B静置15h，即可得到电解质浆料，即为缓冲层。
其中为了验证缓冲层性能，需要制备复合正极片以及复合负极片，并将电解质浆料涂覆在复合正极片以及复合负极片表面，并进行叠加组片，形成固态电池。
其中，关于复合正极片以及复合负极片的制备方法如下：
制备复合正极片，首先，制备正极浆料：首先将聚偏氟乙烯溶于N-甲基吡咯烷酮溶液中，之后添加纳米碳纤维，分散之后，继续添加Super-P，之后将三元NCM正极、聚氧化乙烯以及LiTFSI按照质量比分别添加到胶液中进行分散搅拌，制备成正极浆料；
其次：浆料涂布：采用涂布机将正极浆料涂布在厚度为16μm的铝箔上，涂布厚度为200μm，涂布机的烘干温度为120℃，收卷后的极片在100℃的真空烤箱中进行干燥，干燥时间为18h，对干燥后的电极片进行辊压，压实控制在2.9g/cm3，分切得到复合正极极片；
制备复合负极片：首先，制备负极浆料：首先将聚偏氟乙烯溶于N-甲基吡咯烷酮溶液中，之后添加Super-P，之后将石墨、聚氧化乙烯以及LiTFSI按照质量比分别添加到胶液中进行分散搅拌，制备成负极浆料；
其次：浆料涂布：采用涂布机将负极浆料涂布在厚度为12μm的铜箔上，涂布厚度为100μm，涂布机的烘干温度为120℃，收卷后的极片在100℃的真空烤箱中进行干燥，干燥时间为18h，对干燥后的电极片进行辊压，压实控制在1.5g/cm3，分切得到复合负极极片。
一种固态电池用有机硅基缓冲层的应用，步骤一：将制备后的电解质浆料倾倒在涂布机料槽中；
步骤二：启动涂布机，调节涂布机的速度，使之以300mm/s的速度分别将电解质浆料涂覆在复合正极片和复合负极片的表面，通过调节刮刀高度来调节涂布高度，使得涂布高度范围为300μm；
步骤三：调节烘箱温度在100℃，对湿法涂覆后的复合正极片和复合负极片进行烘烤；
步骤四：最后通过收卷辊对涂覆干燥的复合正极片和复合负极片进行收卷，然后按照需求尺寸对极片进行分切，待用；
步骤五：在手套箱中将涂刷电解质浆料层的复合正极片和复合负极片进行叠片、组装得到固态锂离子电池，将得到的固态锂离子电池在25℃、0.1C充放电，充放电截止电压4.2V-3.0V的条件下进行充放电循环测试。
与现有技术相比，本发明所达到的技术效果是：本发明固态电池用缓冲层应用于固态电池领域，可提高电池克容量发挥，提升循环性能，可实现大规模批量生产。
实施例三：
一种固态电池用有机硅基缓冲层，其特征在于：此缓冲层的原材料包括碳碳酸乙烯酯(EC)、聚醚硅油、LiBF4、锂镧锆钽氧，并按照以下质量百分比混合：碳酸乙烯酯(EC)：聚醚硅油：LiBF4：锂镧锆钽氧＝60％：10％：10％：20％。
一种固态电池用有机硅基缓冲层的制备方法，步骤一：首先将聚醚硅油、LiBF4溶于碳酸乙烯酯(EC)中，搅拌溶解，得到溶液A；步骤二：在步骤一得到的溶液A中添加锂镧锆钽氧，进行分散搅拌，得到溶液B；步骤三：将步骤二中得到的溶液B超声分散1h；步骤四：将步骤三中经过超声分散的溶液B静置20h，即可得到电解质浆料，即为缓冲层。
其中为了验证缓冲层性能，需要制备复合正极片以及复合负极片，并将电解质浆料涂覆在复合正极片以及复合负极片表面，并进行叠加组片，形成固态电池。
其中，关于复合正极片以及复合负极片的制备方法如下：
制备复合正极片，首先，制备正极浆料：首先将聚偏氟乙烯溶于N-甲基吡咯烷酮溶液中，之后添加纳米碳纤维，分散之后，继续添加Super-P，之后将三元NCM正极、聚氧化乙烯以及LiTFSI按照质量比分别添加到胶液中进行分散搅拌，制备成正极浆料；
其次：浆料涂布：采用涂布机将正极浆料涂布在厚度为16μm的铝箔上，涂布厚度为200μm，涂布机的烘干温度为120℃，收卷后的极片在100℃的真空烤箱中进行干燥，干燥时间为18h，对干燥后的电极片进行辊压，压实控制在2.9g/cm3，分切得到复合正极极片；
制备复合负极片：首先，制备负极浆料：首先将聚偏氟乙烯溶于N-甲基吡咯烷酮溶液中，之后添加Super-P，之后将石墨、聚氧化乙烯以及LiTFSI按照质量比分别添加到胶液中进行分散搅拌，制备成负极浆料；
其次：浆料涂布：采用涂布机将负极浆料涂布在厚度为12μm的铜箔上，涂布厚度为100μm，涂布机的烘干温度为120℃，收卷后的极片在100℃的真空烤箱中进行干燥，干燥时间为18h，对干燥后的电极片进行辊压，压实控制在1.5g/cm3，分切得到复合负极极片。
一种固态电池用有机硅基缓冲层的应用，步骤一：将制备后的电解质浆料倾倒在涂布机料槽中；
步骤二：启动涂布机，调节涂布机的速度，使之以300mm/s的速度分别将电解质浆料涂覆在复合正极片和复合负极片的表面，通过调节刮刀高度来调节涂布高度，使得涂布高度范围为300μm；
步骤三：调节烘箱温度在100℃，对湿法涂覆后的复合正极片和复合负极片进行烘烤；
步骤四：最后通过收卷辊对涂覆干燥的复合正极片和复合负极片进行收卷，然后按照需求尺寸对极片进行分切，待用；
步骤五：在手套箱中将涂刷电解质浆料层的复合正极片和复合负极片进行叠片、组装得到固态锂离子电池，将得到的固态锂离子电池在25℃、0.1C充放电，充放电截止电压4.2V-3.0V的条件下进行充放电循环测试。
与现有技术相比，本发明所达到的技术效果是：本发明固态电池用缓冲层应用于固态电池领域，可提高电池克容量发挥，提升循环性能，可实现大规模批量生产。
实施例四：
一种固态电池用有机硅基缓冲层，其特征在于：此缓冲层的原材料包括碳酸二乙酯(DEC)、改性聚二甲基硅氧烷、LiPF6、二氧化硅，并按照以下质量百分比混合：碳酸二乙酯(DEC)：改性聚二甲基硅氧烷：LiPF6：二氧化硅＝80％：5％：5％：10％。
一种固态电池用有机硅基缓冲层的制备方法，步骤一：首先将改性聚二甲基硅氧烷、LiPF6溶于碳酸二乙酯(DEC)中，搅拌溶解，得到溶液A；步骤二：在步骤一得到的溶液A中添加二氧化硅，进行分散搅拌，得到溶液B；步骤三：将步骤二中得到的溶液B超声分散3h；步骤四：将步骤三中经过超声分散的溶液B静置30h，即可得到电解质浆料，即为缓冲层。
其中为了验证缓冲层性能，需要制备复合正极片以及复合负极片，并将电解质浆料涂覆在复合正极片以及复合负极片表面，并进行叠加组片，形成固态电池。
其中，关于复合正极片以及复合负极片的制备方法如下：
制备复合正极片，首先，制备正极浆料：首先将聚偏氟乙烯溶于N-甲基吡咯烷酮溶液中，之后添加纳米碳纤维，分散之后，继续添加Super-P，之后将三元NCM正极、聚氧化乙烯以及LiTFSI按照质量比分别添加到胶液中进行分散搅拌，制备成正极浆料；
其次：浆料涂布：采用涂布机将正极浆料涂布在厚度为16μm的铝箔上，涂布厚度为200μm，涂布机的烘干温度为120℃，收卷后的极片在100℃的真空烤箱中进行干燥，干燥时间为18h，对干燥后的电极片进行辊压，压实控制在2.9g/cm3，分切得到复合正极极片；
制备复合负极片：首先，制备负极浆料：首先将聚偏氟乙烯溶于N-甲基吡咯烷酮溶液中，之后添加Super-P，之后将石墨、聚氧化乙烯以及LiTFSI按照质量比分别添加到胶液中进行分散搅拌，制备成负极浆料；
其次：浆料涂布：采用涂布机将负极浆料涂布在厚度为12μm的铜箔上，涂布厚度为100μm，涂布机的烘干温度为120℃，收卷后的极片在100℃的真空烤箱中进行干燥，干燥时间为18h，对干燥后的电极片进行辊压，压实控制在1.5g/cm3，分切得到复合负极极片。
一种固态电池用有机硅基缓冲层的应用，步骤一：将制备后的电解质浆料倾倒在涂布机料槽中；
步骤二：启动涂布机，调节涂布机的速度，使之以300mm/s的速度分别将电解质浆料涂覆在复合正极片和复合负极片的表面，通过调节刮刀高度来调节涂布高度，使得涂布高度范围为300μm；
步骤三：调节烘箱温度在100℃，对湿法涂覆后的复合正极片和复合负极片进行烘烤；
步骤四：最后通过收卷辊对涂覆干燥的复合正极片和复合负极片进行收卷，然后按照需求尺寸对极片进行分切，待用；
步骤五：在手套箱中将涂刷电解质浆料层的复合正极片和复合负极片进行叠片、组装得到固态锂离子电池，将得到的固态锂离子电池在25℃、0.1C充放电，充放电截止电压4.2V-3.0V的条件下进行充放电循环测试。
与现有技术相比，本发明所达到的技术效果是：本发明固态电池用缓冲层应用于固态电池领域，可提高电池克容量发挥，提升循环性能，可实现大规模批量生产。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种固态电池用有机硅基缓冲层，其特征在于：此缓冲层的原材料包括碳酸丙烯酯、聚二甲基硅氧烷、LiTFSI、锂镧钛氧，并按照以下质量百分比混合：碳酸丙烯酯：聚二甲基硅氧烷：LiTFSI：锂镧钛氧＝70％：5％：10％：15％，
固态电池用有机硅基缓冲层的制备方法包括：
步骤一：首先将聚二甲基硅氧烷、LiTFSI溶于碳酸丙烯酯中，搅拌溶解，得到溶液A；
步骤二：在步骤一得到的溶液A中添加锂镧钛氧，进行分散搅拌，得到溶液B；
步骤三：将步骤二中得到的溶液B超声分散5h；
步骤四：将步骤三中经过超声分散的溶液B静置12h，即为缓冲层。
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