CN112201849A - 类固态锂电池及其制备方法、电解液 - Google Patents

类固态锂电池及其制备方法、电解液 Download PDF

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翁星星
陈朝晖
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Abstract

本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种类固态锂电池及其制备方法、电解液。其中类固态锂电池包括：电解液；所述电解液包括：有机溶剂、锂盐添加剂、引发剂。在电解液中加入引发剂，经过混合分散后注入电池内部，然后高温烘烤，使电池内部发生交联，得到类固态锂电池，可以解决电解液在电池内部的沉积。

Description

类固态锂电池及其制备方法、电解液
技术领域
本发明属于锂电池隔膜技术领域，具体涉及一种类固态锂电池及其制备方法、电解液。
背景技术
由于锂电池含有较好的二次循环特性，高的能力密度，被广泛应用在移动通信、储能、电动汽车等领域。目前锂电池根据电解液的形态分为：普通锂电池、半固态锂电池、固态电池，其中普通的锂电池由于发展时间更长，行业发展的更好，但由于电解液是液态的，所以电解液的均匀分布更加重要，尤其是电池在长期使用时，由于重力作用电解液会有一定的沉积现象，导致电池内部电解液上下分布不均，最终电池的容量、密度、循环等降低，影响电池的使用寿命。如专利CN111509172A一体化纤维涂覆隔膜及制备方法、纤维涂层、交联引发剂中提及，交联引发剂的作用是使纤维涂层与基材形成一体化结构，极大的增强了锂电池隔膜的结构一体化，提高了锂电池隔膜的高温稳定性，其目的是对隔膜性能进行改善，而电解液位于电极和隔膜之间，因此该方案很难解决电解液的沉积现象。
发明内容
本发明的目的是提供一种类固态锂电池及其制备方法、电解液。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种类固态锂电池，包括：电解液；所述电解液包括：有机溶剂、锂盐添加剂、引发剂。
又一方面，本发明还提供了一种类固态锂电池的制备方法，包括：将有机溶剂、锂盐添加剂、引发剂混合均匀，制成电解液；将电解液注入锂电池的电芯内部；在大于50℃的温度下烘烤，得到类固态锂电池。
另一方面，本发明还提供了一种类固态锂电池用电解液，包括：有机溶剂、锂盐添加剂、引发剂。
本发明的有益效果是，本发明的类固态锂电池及其制备方法、电解液在电解液中加入引发剂，经过混合分散后注入电池内部，然后高温烘烤，使电池内部发生交联，得到类固态锂电池，可以解决电解液在电池内部的沉积。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是类固态锂电池的制备工艺流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
第一部分：阐述具体技术方案
针对电解液的沉积现象，目前采用的方法是将电池的电极和隔膜之间进行挤压，使得隔膜与电极强行贴附在一起，然后再注入电解液。随着使用时间的增加，电解液在电池内部还是会逐步沉积，并未从根本上解决电解液的沉积现象。为此，本发明提供了一种类固态锂电池，包括：电解液；所述电解液包括：有机溶剂、锂盐添加剂、引发剂。
作为电解液的一种可选的实施方式。
有机溶剂、锂盐添加剂、引发剂的质量比为(5～80)：(1～20)：(0.1～10)，可选为40：10：1，60：15：5。
可选的，所述有机溶剂含有碳氢链结构，以与引发剂发生反应。有机溶剂包括但不限于1,4-丁丙酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、羧酸酯类一种或多种混合。
可选的，所述锂盐添加剂包括LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiAsF6、LiCF3SO3中的一种或多种混合。
可选的，所述引发剂的分子式为
Figure BDA0002735809630000031
其中R为C原子数为1-20的高分子结构，在紫外、高温、电子束等作用下，引发剂中的氮-氮双键打开，含有非常强的活性，会将碳氢链中的氢原子取代，进而使两个碳氢链通过引发剂交联在一起，而隔膜表面、电极表面和电解液的有机溶剂中含有碳氢链结构，在外部作用下，引发剂会使他们交联在一起，形成交联网状结构。
本实施方式的电解液将引发剂加入电解液中，结合有机溶剂可以引发隔膜、电解液、电极三者进行交联，可以根本上解决电解液的沉积现象。
作为隔膜的一种可选的实施方式。
所述类固态锂电池还包括隔膜；所述隔膜的表面设有含有碳氢链结构的隔膜涂层。
可选的，所述隔膜例如但不限于聚烯烃隔膜、无纺布隔膜、PI隔膜(聚酰亚胺)，其表面的隔膜涂层例如但不限于陶瓷涂层、PVDF涂层、PMMA涂层等。
本实施方式的隔膜在表面设置含有碳氢链结构的隔膜涂层，由于有机溶剂中含有碳氢链结构，可以通过引发剂的作用，使隔膜与电解液形成交联网状结构；同时隔膜中含有大量微孔，可以使引发剂深入隔膜内部，引发隔膜本身进行自交联，从而将电解液锁定在固定位置，电解液不会随着时间推移沉积。
作为电极的一种可选的实施方式。
所述类固态锂电池还包括电极；所述电极的表面设有包含碳氢链结构的锂盐涂层。具体的，将锂盐加入溶剂中，搅拌分散后，加入助剂搅拌分散，涂覆到极片上，烘干。
可选的，所述电极包括正极、负极；正极、负极均包括铜箔、铝箔、石墨中的任一种。
可选的，所述锂盐涂层的原料包括：锂盐；所述锂盐包括：碳酸锂、磷酸锂、磷酸钛锂、锰酸锂、钴酸锂中的一种或多种混合。
本实施方式的电极在表面涂覆包含碳氢链结构的锂盐涂层，可以通过引发剂的作用，使电极与电解液形成交联网状结构。
如本公司已公开的专利CN111509172A一体化纤维涂覆隔膜及制备方法、纤维涂层、交联引发剂中提及，交联引发剂的作用是使纤维涂层与基材形成一体化结构，极大的增强了锂电池隔膜的结构一体化，提高了锂电池隔膜的高温稳定性。而本发明的类固态锂电池设置有机溶剂、隔膜、电极中均含有碳氢链结构，并在电解液中加入引发剂，在高温下可以将锂电池内部的电解液、隔膜、电极三者之间产生交联反应，生成交联网状结构，形成结构一体化的类固态锂电池；由于电解液被锁在隔膜、电极之间，不会随着时间推移出现电解液沉积；同时电解液的分布也更加均匀，不易形成锂枝晶，提升了锂电池的安全性能，主要是利用引发剂与机溶剂、隔膜、电极中含有的碳氢链结构结合，形成结构一体化的类固态锂电池，防止电解液沉积，属于引发剂在不同方向的应用和改进，不应当视为有技术启示。
进一步，见图1，本发明提供了一种类固态锂电池的制备方法，包括：将有机溶剂、锂盐添加剂、引发剂混合均匀，制成电解液；将电解液注入锂电池的电芯内部；在大于50℃的温度下烘烤，以使引发剂发生反应，得到类固态锂电池。
进一步，本发明提供了一种类固态锂电池用电解液，包括：有机溶剂、锂盐添加剂、引发剂。
第二部分：列举部分实施例
实施例1
将含有碳氢链结构的碳酸丙烯酯80质量份、LiPF61质量份、引发剂0.1质量份混合均匀，制成电解液；将电解液注入锂电池的电芯内部；在51℃的温度下烘烤1小时，得到类固态锂电池；其中类固态锂电池的隔膜选用含有碳氢链结构涂层的聚烯烃隔膜，类固态锂电池的正极选用含有碳氢链结构涂层的铜箔，负极选用含有碳氢链结构涂层的铜箔。
实施例2
将含有碳氢链结构的碳酸二甲酯5质量份、LiClO410质量份、LiBF410质量份、引发剂10质量份混合均匀，制成电解液；将电解液注入锂电池的电芯内部；在60℃的温度下烘烤2小时，得到类固态锂电池；其中类固态锂电池的隔膜选用含有碳氢链结构涂层的无纺布隔膜，类固态锂电池的正极选用含有碳氢链结构涂层的石墨，负极选用含有碳氢链结构涂层的石墨。
实施例3
将含有碳氢链结构的碳酸二乙酯20质量份、1,4-丁丙酯20质量份、LiCF3SO310质量份、引发剂5质量份混合均匀，制成电解液；将电解液注入锂电池的电芯内部；在65℃的温度下烘烤3小时，得到类固态锂电池；其中类固态锂电池的隔膜选用含有碳氢链结构涂层的PI隔膜，类固态锂电池的正极选用含有碳氢链结构涂层的石墨，负极选用含有碳氢链结构涂层的石墨。
实施例4
将含有碳氢链结构的碳酸二乙酯60质量份、LiPF65质量份、引发剂1质量份混合均匀，制成电解液；将电解液注入锂电池的电芯内部；在70℃的温度下烘烤1.5小时，得到类固态锂电池；其中类固态锂电池的隔膜选用含有碳氢链结构涂层的PI隔膜，类固态锂电池的正极选用含有碳氢链结构涂层的石墨，负极选用含有碳氢链结构涂层的石墨。
实施例5
将含有碳氢链结构的碳酸二乙酯20质量份、LiClO415质量份、引发剂3质量份混合均匀，制成电解液；将电解液注入锂电池的电芯内部；在70℃的温度下烘烤2.5小时，得到类固态锂电池；其中类固态锂电池的隔膜选用含有碳氢链结构涂层的PI隔膜，类固态锂电池的正极选用含有碳氢链结构涂层的石墨，负极选用含有碳氢链结构涂层的石墨。
第三部分：性能参数对比分析
本部分对实施例1-5制备的类固态锂电池和常规锂电池(如18650型号的锂电池)进行性能检测，其检测结果如表1所示。
表1锂电池性能对比
具体实施方式 容量/mA 循环周数
实施例1 2500 3200
实施例2 2800 4800
实施例3 2800 3800
实施例4 2800 4200
实施例5 3000 3600
对比例 2500 3000
通过表1可以看出，本类固态锂电池的各方面性能均优于对比例，其原因在于本类固态锂电池在电解液、隔膜表面、电极表面均含有碳氢链结构，并在电解液中加入特定结构的引发剂，引发剂在高温下可以将锂电池内部的电解液、隔膜、电极三者之间产生交联反应，生成交联网状结构，形成结构一体化的类固态锂电池；由于电解液被锁在隔膜、电极之间，不会随着时间推移出现电解液沉积；同时电解液的分布也更加均匀，不易形成锂枝晶，提升了锂电池的安全性能。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种类固态锂电池，其特征在于，包括：
电解液；
所述电解液包括：有机溶剂、锂盐添加剂、引发剂。
2.根据权利要求1所述的类固态锂电池，其特征在于，
有机溶剂、锂盐添加剂、引发剂的质量比为(5～80)：(1～20)：(0.1～10)。
3.根据权利要求1所述的类固态锂电池，其特征在于，
所述有机溶剂含有碳氢链结构；
所述有机溶剂包括：1,4-丁丙酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、羧酸酯类一种或多种混合。
4.根据权利要求1所述的类固态锂电池，其特征在于，
所述锂盐添加剂包括LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiAsF6、LiCF3SO3中的一种或多种混合。
5.根据权利要求1所述的类固态锂电池，其特征在于，
所述引发剂的分子式为
Figure FDA0002735809620000011
其中R为C原子数为1-20的高分子结构。
6.根据权利要求1所述的类固态锂电池，其特征在于，
所述类固态锂电池还包括隔膜；
所述隔膜的表面设有含有碳氢链结构的隔膜涂层。
7.根据权利要求1所述的类固态锂电池，其特征在于，
所述类固态锂电池还包括电极；
所述电极的表面设有包含碳氢链结构的锂盐涂层。
8.根据权利要求1所述的类固态锂电池，其特征在于，
所述锂盐涂层的原料包括：锂盐；
所述锂盐包括：碳酸锂、磷酸锂、磷酸钛锂、锰酸锂、钴酸锂中的一种或多种混合。
9.一种类固态锂电池的制备方法，其特征在于，包括：
将有机溶剂、锂盐添加剂、引发剂混合均匀，制成电解液；
将电解液注入锂电池的电芯内部；
在大于50℃的温度下烘烤，得到类固态锂电池。
10.一种类固态锂电池用电解液，其特征在于，包括：
有机溶剂、锂盐添加剂、引发剂。
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