CN109671985A - 一种一体化结构在固态锂离子电池中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种一体化结构在固态锂离子电池中的应用,属于固态锂离子电池技术领域。该制备方法包括以下步骤:(1)将正极活性材料,导电剂,粘结剂,溶剂球磨混合均匀涂布在铝箔上得到正极片;(2)将聚合物、无机颗粒、锂盐和溶剂搅拌混合均匀,通过溶液浇铸法得到复合固态电解质;(3)将步骤(2)所得复合固态电解质放在步骤(1)所得正极片上面,用热压机热压,得到正极固态电解质一体化结构;(4)负极使用金属锂片组装全固态锂离子电池。利用本发明方法制备的全固态锂离子电池界面阻抗小、循环性能优异。
Description
技术领域
本发明涉及固态锂离子电池技术领域,具体涉及一种一体化结构在固态锂离子电池中的应用。
背景技术
锂离子电池因其能量密度高、输出功率大、循环寿命长等优点,自从1990年锂离子实现商业化以来,便在各种便携式电子产品、电动储能设备等领域得到广泛应用。然而,传统的锂离子电池多采用易泄露、易挥发、易爆炸的有机电解液,大大降低了锂离子电池的安全性能。全固态锂离子电池由于不含液态有机溶剂,可以从根本上解决电池安全问题。
无机固态电解质离子电导率高,但与正负极界面接触性非常差。聚合物电解质以其较好的柔韧性,使得电解质与电极的界面接触良好从而得到广泛的研究,然而其离子电导率偏低。因此制备一种同时兼具高离子电导率和良好界面接触的全固态锂离子电池是一个巨大的挑战。
发明内容
本发明就是为了解决现有全固态锂离子电池界面性能差、电导率低的技术问题,提供一种一体化结构在固态锂离子电池中的应用。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案。
一种一体化结构在固态锂离子电池中的应用,包括以下步骤:
(1)将正极活性材料,导电剂,粘结剂,溶剂球磨混合均匀涂布在铝箔上烘干后得到正极片;所述正极活性材料、导电剂和粘结剂为正极粉料;
(2)将聚合物、无机颗粒、锂盐和溶剂搅拌混合均匀,通过溶液浇铸法得到复合固态电解质;
(3)将步骤(2)所得复合固态电解质放在步骤(1)所得正极片上面,用热压机热压,得到正极固态电解质一体化结构;
(4)使用步骤(3)所得正极固态电解质一体化结构和使用金属锂片作负极组装全固态锂离子电池。
优选的,步骤(1)中,所述的正极活性材料为镍钴锰酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂和锰酸锂中的任一种;所述正极活性材料在正极粉料中的质量百分比为40-80%。
优选的,步骤(1)中,所述导电剂为乙炔黑、导电炭黑Super P、碳纳米管和石墨烯中的任一种;所述导电剂在正极粉料中的质量百分比为5-15%。
优选的,步骤(1)中,所述粘结剂为聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚偏四氟乙烯和聚氧化乙烯中的任一种;所述粘结剂在正极粉料中的质量百分比为10-25%。
优选的,步骤(1)中,所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮、乙醇和丙酮中的任一种。
优选的,步骤(1)中,所述球磨在300r/min下球磨24h。
优选的,步骤(2)中,所述聚合物为聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯六氟丙烯、聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚酯和聚醚砜酮中的任一种;所述聚合物在复合固态电解质中质量百分比为70-95%。
优选的,步骤(2)中,所述无机颗粒为三氧化二铝,二氧化硅,二氧化钛和氧化锆中的任一种;所述无机颗粒在复合固态电解质中质量百分比为5-30%。
优选的,步骤(2)中,所述锂盐为高氯酸锂,双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、四氟硼酸锂、二氟双丙二酸硼酸锂和四氰硼酸锂中的任一种;所述锂盐在复合固态电解质中质量百分比为2-10%。
优选的,步骤(2)中,所述溶剂为N-甲基吡咯烷和二甲基甲酰胺中的任一种。
优选的,步骤(2)中,将混合溶液浇铸在聚四氟乙烯槽里面,然后25-55℃真空干燥12-72h得到复合固态电解质。
优选的,步骤(3)中,所述热压的温度为30-90℃,时间为6-24h。
与现有技术相比,本发明具有如下优点:
本发明将正极片直接与复合固态电解质进行热压,得到界面接触性能良好的一体化结构。并将其与金属锂片组装成固态锂离子电池,具备了较好的充放电性能。而且本发明提供的制备工艺简单、成本低、易实现工业化应用。
附图说明
图1为实施例1对应的锂离子固态电池的充放电性能曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
(1)取2g磷酸铁锂电极材料,0.25g乙炔黑,0.25g聚偏氟乙烯于12mlN-甲基吡咯烷酮300r/min球磨24h混合均匀并涂覆在铝箔上。80℃下真空干燥12h,得到正极片。
(2)取2g聚丙烯腈粉末,0.05g高氯酸锂,0.1g三氧化二铝颗粒加入到20ml二甲基甲酰胺中搅拌20h得到均匀混合溶液,然后将其倒入聚四氟乙烯模具中,25℃真空干燥12h得到复合固态电解质。
(3)将复合固态电解质放在正极片上面,用热压机30℃热压6h,得到正极固态电解质一体化结构。
(4)组装全固态锂离子电池,组装成以下形式:正极壳-弹簧片-不锈钢垫片-正极固态电解质一体化结构–金属锂片-负极壳。
(5)使用蓝电测试系统,室温条件下测试该固态锂离子电池的充放电性能。如图1所示,所组装的固态锂离子电池的电压平台很低,而且首圈容量可以达到120mAhg-1。
实施例2
(1)取1g钴酸锂电极材料,0.9g碳纳米管,0.6g聚偏氟乙烯于10mlN-甲基吡咯烷酮300r/min球磨24h混合均匀并涂覆在铝箔上。80℃下真空干燥12h,得到正极片。
(2)取2g聚丙烯腈粉末,0.06g高氯酸锂,0.8g三氧化二铝颗粒加入到20ml二甲基甲酰胺中搅拌20h得到均匀混合溶液,然后将其倒入聚四氟乙烯模具中,40℃真空干燥42h得到复合固态电解质。
(3) 将复合固态电解质放在正极片上面,用热压机90℃热压15h,得到正极固态电解质一体化结构
(4)组装全固态锂离子电池,组装成以下形式:正极壳-弹簧片-不锈钢垫片-正极固态电解质一体化结构–金属锂片-负极壳。
(5)使用蓝电测试系统,室温条件下测试该固态锂离子电池的充放电性能。所组装的固态锂离子电池的曲线很稳定,而且首圈容量可以达到104mAhg-1。
实施例3
(1)取1.5g镍钴锰酸锂电极材料,0.7g石墨烯,0.3g聚偏氟乙烯于10mlN-甲基吡咯烷酮300r/min球磨24h混合均匀并涂覆在铝箔上。80℃下真空干燥12h,得到正极片。
(2)取2g聚丙烯腈粉末,0.1g高氯酸锂,0.4g三氧化二铝颗粒加入到20ml二甲基甲酰胺中搅拌20h得到均匀混合溶液,然后将其倒入聚四氟乙烯模具中,40℃真空干燥42h得到复合固态电解质。
(3) 将复合固态电解质放在正极片上面,用热压机90℃热压24h,得到正极固态电解质一体化结构
(4)组装全固态锂离子电池,组装成以下形式:正极壳-弹簧片-不锈钢垫片-正极固态电解质一体化结构–金属锂片-负极壳。
(5)使用蓝电测试系统,室温条件下测试该固态锂离子电池的充放电性能。所组装的固态锂离子电池的曲线很稳定,而且首圈容量可以达到118mAhg-1。
Claims (10)
1.一种一体化结构在固态锂离子电池中的应用,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将正极活性材料,导电剂,粘结剂,溶剂球磨混合均匀涂布在铝箔上烘干后得到正极片;所述正极活性材料、导电剂和粘结剂为正极粉料;
(2)将聚合物、无机颗粒、锂盐和溶剂搅拌混合均匀,通过溶液浇铸法得到复合固态电解质;
(3)将步骤(2)所得复合固态电解质放在步骤(1)所得正极片上面,用热压机热压,得到正极固态电解质一体化结构;
(4)使用步骤(3)所得正极固态电解质一体化结构和使用金属锂片作负极组装全固态锂离子电池。
2.如权利要求1所述的应用,其特征在于,步骤(1)中,所述的正极活性材料为镍钴锰酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂和锰酸锂中的任一种;所述正极活性材料在正极粉料中的质量百分比为40-80%。
3. 如权利要求1所述的应用,其特征在于,步骤(1)中,所述导电剂为乙炔黑、导电炭黑Super P、碳纳米管和石墨烯中的任一种;所述导电剂在正极粉料中的质量百分比为5-15%。
4.如权利要求1所述的应用,其特征在于,步骤(1)中,所述粘结剂为聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚偏四氟乙烯和聚氧化乙烯中的任一种;所述粘结剂在正极粉料中的质量百分比为10-25%;所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮、乙醇和丙酮中的任一种。
5.如权利要求1所述的应用,其特征在于,步骤(2)中,所述聚合物为聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯六氟丙烯、聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚酯和聚醚砜酮中的任一种;所述聚合物在复合固态电解质中质量百分比为70-95%。
6.如权利要求1所述的应用,其特征在于,步骤(2)中,所述无机颗粒为三氧化二铝,二氧化硅,二氧化钛和氧化锆中的任一种;所述无机颗粒在复合固态电解质中质量百分比为5-30%。
7.如权利要求1所述的应用,其特征在于,步骤(2)中,所述锂盐为高氯酸锂,双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、四氟硼酸锂、二氟双丙二酸硼酸锂和四氰硼酸锂中的任一种;所述锂盐在复合固态电解质中质量百分比为2-10%。
8.如权利要求1所述的应用,其特征在于,步骤(2)中,所述溶剂为N-甲基吡咯烷和二甲基甲酰胺中的任一种。
9.如权利要求1所述的应用,其特征在于,步骤(2)中,将混合溶液浇铸在聚四氟乙烯槽里面,然后25-55℃真空干燥12-72h得到复合固态电解质。
10.如权利要求1所述的应用,其特征在于,步骤(3)中,所述热压的温度为30-90℃,时间为6-24h。
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