CN111540956A - 一种原位固化的电极微界面处理工艺 - Google Patents

一种原位固化的电极微界面处理工艺 Download PDF

Info

Publication number
CN111540956A
CN111540956A CN202010379571.6A CN202010379571A CN111540956A CN 111540956 A CN111540956 A CN 111540956A CN 202010379571 A CN202010379571 A CN 202010379571A CN 111540956 A CN111540956 A CN 111540956A
Authority
CN
China
Prior art keywords
situ
lithium
layer
pole piece
treatment process
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010379571.6A
Other languages
English (en)
Inventor
不公告发明人
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan Ruikemei New Energy Co ltd
Original Assignee
Wuhan Ruikemei New Energy Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan Ruikemei New Energy Co ltd filed Critical Wuhan Ruikemei New Energy Co ltd
Priority to CN202010379571.6A priority Critical patent/CN111540956A/zh
Publication of CN111540956A publication Critical patent/CN111540956A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0565—Polymeric materials, e.g. gel-type or solid-type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4235—Safety or regulating additives or arrangements in electrodes, separators or electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本发明涉及原位固化的电极微界面处理工艺，将聚氨酯预聚体和交联剂在溶剂中混合，添加一定量催化剂，得到凝胶聚合物电解质溶液；将凝胶聚合物电解质溶液、锂盐和增塑剂混合，得到混合凝胶电解液；将混合凝胶电解液注入到有极片以及固态电解质层或隔膜层的电芯中，充分浸润极片以及固态电解质层或隔膜层，并进行电催化聚合，使混合凝胶电解液在电芯中的极片和固态电解质层或隔膜层以及层间原位聚合固化。极大地提高了电池界面的兼容性，还使得固态电池同时具备了凝胶聚合物电池的高离子电导率特性。

Description

一种原位固化的电极微界面处理工艺
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种原位固化的电极微界面处理工艺。
背景技术
锂离子电池具有能量密度高、工作电压高、循环寿命长、无记忆效应等优点，相较于铅酸电池、镍氢电池和太阳能电池等储能器件优势明显，近年来得到了长足的发展，然而目前锂离子电池所采用的有机电解液具有高度的可燃性，在电池滥用、发生短路或过热等极端条件下极易引发爆炸着火事故，因而安全问题日益突出，已成为锂离子电池行业发展的重要瓶颈。而全固态锂电池，由于所采用的是固态电解质，电芯内部并没有可流动的有机电解液，电池的安全性和稳定性得到了大幅度的提高。
然而，全固态电解质较低的室温离子电导率和较差的电极-电解质界面相容性在很大程度上限制了全固态锂离子电池的商业化应用，由于固态电解质不具有液体电解液的润湿作用，电解质与电极间只是点接触，这使得电解质和电极之间容易产生裂缝和气孔等缺陷，缺陷的存在限制了锂离子在界面处的传输，可见，液态锂离子电池和固态电池在应用中都存在一定的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种原位固化的电极微界面处理工艺，以克服上述现有技术中的不足。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种原位固化的电极微界面处理工艺，包括如下步骤：
S100、将聚氨酯预聚体和交联剂在溶剂中混合，添加一定量的催化剂，得到凝胶聚合物电解质溶液；
S200、将凝胶聚合物电解质溶液、锂盐和增塑剂混合，得到混合凝胶电解液；
S300、将混合凝胶电解液注入到有极片以及固态电解质层或隔膜层的电芯中，充分浸润极片以及固态电解质层或隔膜层，并进行电催化聚合，使混合凝胶电解液在电芯中的极片和固态电解质层或隔膜层以及层间原位聚合固化。
进一步，所述聚氨酯预聚体为聚(丙二醇)，甲苯基-2,4-二异氰酸酯封端，分子量300～5000。
进一步，交联剂为含氧亚甲基的醇类中的一种。
进一步，锂盐为高氯酸锂、四氟硼酸锂、六氟磷酸锂、三氟甲磺酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂中的一种。
进一步，增塑剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、聚碳酸酯中的一种或几种。
进一步，S200中，凝胶聚合物电解质：增塑剂：锂盐的比例为0.1％～30％：50％～99％：3％～30％。
进一步，S300中，电催化所使用的充电倍率为0.01C～2C，电催化所需总电量为设计容量的0.01～20倍。
本发明的有益效果是：通过电催化聚合法将浸润在电芯中各个界面的凝胶小分子聚合物催化，进一步聚合固化，不仅极大地提高了电池界面的兼容性，还使得固态电池同时具备了凝胶聚合物电池的高离子电导率特性，极片与隔膜或固态电解质之间的固固界面得到了极大的改善；本发明中的凝胶聚合物电解质具有离子导电率高、塑性强和使用方便的优点，同时，本发明提供的方法可以在生产中放大，所得的凝胶聚合物电解质可用于解决各类固固界面的接触问题。
附图说明
图1为本发明所述原位固化的电极微界面处理工艺示意图；
图2为液态凝胶注入后电极的界面状态；
图3为电催化之后电极的界面状态；
图4为实施例1循环容量保持曲线；
图5为实施例2首次充放电曲线。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，一种原位固化的电极微界面处理工艺，包括如下步骤：
S100、将聚氨酯预聚体和交联剂混合，得到凝胶聚合物电解质溶液；
S200、将凝胶聚合物电解质溶液、锂盐和增塑剂混合，得到混合凝胶电解液；
S300、将混合凝胶电解液注入到有极片以及固态电解质层或隔膜层的电芯中，充分浸润极片以及固态电解质层或隔膜层，并进行电催化聚合，使混合凝胶电解液在电芯中的极片和固态电解质层或隔膜层以及层间原位聚合固化。
其中，聚氨酯预聚体为聚(丙二醇)，甲苯基-2,4-二异氰酸酯封端，分子量300～5000。
交联剂为含氧亚甲基的醇类中的一种。
锂盐为高氯酸锂、四氟硼酸锂、六氟磷酸锂、三氟甲磺酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂中的一种。
增塑剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、聚碳酸酯中的一种或几种。
S200中，凝胶聚合物电解质：增塑剂：锂盐的比例为0.1％～30％：50％～99％：3％～30％。
S300中，电催化所使用的充电倍率为0.01C～2C，电催化所需总电量为设计容量的0.01～20倍。
实施例1
按3:2的摩尔比称取聚氨酯预聚体和甘油在25℃下充分反应，得到凝胶聚合物电解质溶液；
向凝胶聚合物电解质溶液中加入11倍重量的三元电解液，三元电解液包括锂盐和增塑剂，锂盐为1mol/L的六氟磷酸锂，增塑剂为碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯的混合物，搅拌均匀后，得到混合凝胶电解液；
按照常规注液方式将混合凝胶电解液注入到有极片以及固态电解质层或隔膜层的软包电芯中，注液效果参照图2，将上述电芯在40℃搁置24h后，使用0.1C的电流给电池充电8h进行电催化，得到界面固化良好的电芯界面；界面情况参照图3，在25℃下测试，0.5C倍率充放电300圈后容量保持率为95.16％，表现出良好的循环稳定性，循环容量保持曲线如图4所示。
实施例2
按3:2的摩尔比称取聚氨酯预聚体和甘油在25℃下充分反应，得到凝胶聚合物电解质溶液；
向凝胶聚合物电解质溶液中加入11倍重量的三元电解液，三元电解液包括锂盐和增塑剂，锂盐为1.2mol/L的双三氟甲基磺酰亚胺锂，增塑剂为碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯的混合物，搅拌均匀后，得到混合凝胶电解液；
按照常规注液方式将混合凝胶电解液注入到有极片以及固态电解质层或隔膜层的软包电芯中，其中，采用LiCo0.8Ni0.1MN0.1O2作为正极材料涂布成极片，使用PEO类固态电解质作为隔膜，石墨作负极，注液效果参照图2，将上述电芯在40℃搁置24h后，使用0.1C的电流给电池充电8h进行电催化，得到界面固化良好的电芯界面；界面情况参照图3，在25℃下测试，0.5C倍率充放电300圈后容量保持率为95.16％，表现出良好的循环稳定性，首次充放电曲线如图5所示。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种原位固化的电极微界面处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S100、将聚氨酯预聚体和交联剂在溶剂中混合，再添加一定量的催化剂，得到凝胶聚合物电解质溶液；
S200、将凝胶聚合物电解质溶液、锂盐和增塑剂混合，得到混合凝胶电解液；
S300、将混合凝胶电解液注入到有极片以及固态电解质层或隔膜层的电芯中，充分浸润极片以及固态电解质层或隔膜层，并进行电催化聚合，使混合凝胶电解液在电芯中的极片和固态电解质层或隔膜层以及层间原位聚合固化。
2.根据权利要求1所述的一种原位固化的电极微界面处理工艺，其特征在于，所述聚氨酯预聚体为聚(丙二醇)，甲苯基-2,4-二异氰酸酯封端，分子量300～5000。
3.根据权利要求2所述的一种原位固化的电极微界面处理工艺，其特征在于，所述交联剂为含氧亚甲基醇类中的一种。
4.根据权利要求3所述的一种原位固化的电极微界面处理工艺，其特征在于，所述锂盐为高氯酸锂、四氟硼酸锂、六氟磷酸锂、三氟甲磺酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂中的一种。
5.根据权利要求4所述的一种原位固化的电极微界面处理工艺，其特征在于，所述增塑剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、聚碳酸酯中的一种或几种。
6.根据权利要求5所述的一种原位固化的电极微界面处理工艺，其特征在于，所述S200中，凝胶聚合物电解质：增塑剂：锂盐的比例为0.1％～30％：50％～99％：3％～30％。
7.根据权利要求6所述的一种原位固化的电极微界面处理工艺，其特征在于，所述S300中，电催化所使用的充电倍率为0.01C～2C，电催化所需总电量为设计容量的0.01～20倍。
CN202010379571.6A 2020-05-08 2020-05-08 一种原位固化的电极微界面处理工艺 Pending CN111540956A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010379571.6A CN111540956A (zh) 2020-05-08 2020-05-08 一种原位固化的电极微界面处理工艺

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010379571.6A CN111540956A (zh) 2020-05-08 2020-05-08 一种原位固化的电极微界面处理工艺

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111540956A true CN111540956A (zh) 2020-08-14

Family

ID=71980328

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010379571.6A Pending CN111540956A (zh) 2020-05-08 2020-05-08 一种原位固化的电极微界面处理工艺

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111540956A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112436185A (zh) * 2020-10-30 2021-03-02 武汉瑞科美新能源有限责任公司 一种凝胶聚合物电解质及其制备方法、应用和含其的锂离子电池
CN114300805A (zh) * 2021-12-02 2022-04-08 厦门大学 一种具有改良界面层的全固态电池及其电极界面改良方法
CN114696037A (zh) * 2020-12-28 2022-07-01 陈璞 聚合物凝胶电解质隔膜及其制备方法和锌离子电池
EP4207418A2 (en) 2021-12-31 2023-07-05 Beijing WeLion New Energy Technology Co., Ltd In-situ polymerized solid-state battery with multilayer structural electrolyte and preparation method thereof

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0536438A (ja) * 1991-07-31 1993-02-12 Honda Motor Co Ltd リチウム電池用ゲル状電解質およびこれを用いた電池
KR20030030552A (ko) * 2001-10-11 2003-04-18 에스케이에버텍 주식회사 블록화된 이소시아네이트를 이용한 열경화형 전해질조성물 및 이로부터 폴리우레탄계 고분자 겔 전해질을제조하는 방법
WO2014186980A1 (en) * 2013-05-24 2014-11-27 Basf Corporation Ge1 polymer electrolyte and lithium-ion batteries employing the ge1 polymer electrolyte
CN104852085A (zh) * 2015-05-06 2015-08-19 深圳高远通新材料科技有限公司 一种石墨烯聚合物电解质及其制备方法
CN104966847A (zh) * 2015-05-06 2015-10-07 深圳高远通新材料科技有限公司 一种高锂盐浓度的水性聚氨酯离聚体的制备方法及应用
CN108847504A (zh) * 2018-06-28 2018-11-20 清陶（昆山）新能源材料研究院有限公司 一种凝胶聚合物锂离子电池的制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0536438A (ja) * 1991-07-31 1993-02-12 Honda Motor Co Ltd リチウム電池用ゲル状電解質およびこれを用いた電池
KR20030030552A (ko) * 2001-10-11 2003-04-18 에스케이에버텍 주식회사 블록화된 이소시아네이트를 이용한 열경화형 전해질조성물 및 이로부터 폴리우레탄계 고분자 겔 전해질을제조하는 방법
WO2014186980A1 (en) * 2013-05-24 2014-11-27 Basf Corporation Ge1 polymer electrolyte and lithium-ion batteries employing the ge1 polymer electrolyte
CN104852085A (zh) * 2015-05-06 2015-08-19 深圳高远通新材料科技有限公司 一种石墨烯聚合物电解质及其制备方法
CN104966847A (zh) * 2015-05-06 2015-10-07 深圳高远通新材料科技有限公司 一种高锂盐浓度的水性聚氨酯离聚体的制备方法及应用
CN108847504A (zh) * 2018-06-28 2018-11-20 清陶（昆山）新能源材料研究院有限公司 一种凝胶聚合物锂离子电池的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
范欢欢等: ""现场聚合制备锂离子电池凝胶聚合物电解质研究进展"", 《硅酸盐学报》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112436185A (zh) * 2020-10-30 2021-03-02 武汉瑞科美新能源有限责任公司 一种凝胶聚合物电解质及其制备方法、应用和含其的锂离子电池
CN114696037A (zh) * 2020-12-28 2022-07-01 陈璞 聚合物凝胶电解质隔膜及其制备方法和锌离子电池
CN114300805A (zh) * 2021-12-02 2022-04-08 厦门大学 一种具有改良界面层的全固态电池及其电极界面改良方法
EP4207418A2 (en) 2021-12-31 2023-07-05 Beijing WeLion New Energy Technology Co., Ltd In-situ polymerized solid-state battery with multilayer structural electrolyte and preparation method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111540956A (zh) 一种原位固化的电极微界面处理工艺
CN106654363B (zh) 一种复合固态聚合物电解质及全固态锂电池
JP2019204765A (ja) 全固体リチウムイオン電池の作り方
CN113130895B (zh) 一种固态锂离子电池及其制备方法
CN109346767A (zh) 一种固态聚合物电解质及其在锂金属电池中的应用
CN101740758B (zh) 锂离子电池用硫化导电聚合物复合正极的制备方法
CN102637903A (zh) 一种锂离子电池的化成方法
KR20230028455A (ko) 겔 전해질 전구체 및 그의 응용
CN112259789B (zh) 一种聚醚类固态聚合物电解质及其制备方法以及包含其的固态电池
CN103594735B (zh) 一种钛酸锂锂离子电池的制备方法
CN101740754A (zh) 一种锂单质硫二次电池用复合正极材料的制备方法
JP2023515547A (ja) ゲル電解質前駆体及びその使用
CN114292484B (zh) 一种互穿网络结构层和原位制备的方法及其应用
CN111725559A (zh) 固态电解质及其制备方法和锂二次固态电池
CN113036223A (zh) 一种超低温锂离子电池电解液
CN111786017B (zh) 原位固化制备的高粘结性固态电解质、制备方法及应用
CN111969247A (zh) 一种原位保护金属锂负极的固态电解质及其制备方法
CN113745653B (zh) 一种基于pvdf-hfp聚合物固体电解质的原位固态电池制备方法
CN115149206A (zh) 氟修饰准固态混合基质锂电池隔膜及锂电池制备方法
CN110611120A (zh) 单离子导体聚合物全固态电解质及包含其的锂二次电池
CN112599861A (zh) 一种钴酸锂动力电池的制备方法
Zhang et al. Ion-compensation regime between electrolyte and cathode to prepare advanced lithium metal batteries
CN109671978B (zh) 一种耐高电压的固态聚合物电解质、制备方法及其应用
CN113488695A (zh) 一种聚合物固态电解质二次电池的制备方法
CN113140801A (zh) 一种低温快充型锂离子电池电解液及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200814