CN112349956A - 一种固态电池及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种固态电池及其制作方法，该方法包括如下步骤：将正极活性物质、导电剂、粘结剂、锂盐混合均匀后，溶解于有机溶剂中，得到正极浆料，采用磁力搅拌后，将浆料涂布于铝箔上，经过真空烘干、压片等步骤后得到正极；将锂盐加入到溶剂中，搅拌均匀后，依次加入聚合物材料、无机填料，搅拌均匀后得到混合浆料；将混合浆料涂覆于纳米纤维膜上，经过静置、真空干燥等步骤后得到复合电解质膜；将复合电解质浆料涂覆于负极表面，待溶剂烘干后得到负极。将正极、固态电解质、负极组装后得到固态电池。采用本方法制得的固态电池，能够有效的增加电解质与电极界面的相容性，且能够增加电解质的力学性能，有效的改善负极析锂问题。

Description

一种固态电池及其制作方法
技术领域
本发明涉及电池制备领域，尤其涉及一种固态电池及其制备工艺。
背景技术
现阶段，锂离子电池已广泛应用于通信、储能、动力、数码产品等各个领域，但是由于锂离子电池安全性能及能量密度方面的问题，限制着电池的进一步发展。液体电解质是锂离子电池自燃，影响电池安全性能的主要原因，而固态电池的出现，恰巧缓解了这一问题。固态电池，是一种采用固态正负极、固态电解质的电池，根据液体电解质的含量可以分为三类：液体电解质含量小于10wt.%为半固态电池；液体电解质含量小于5wt.%为准固态/类固态电池；不含液态电解质为全固态电池。
目前，各大车企、电池企业、高校等机构均开展了固态电池的研发，并预计在2020年前，完成固态电池的量产工作。固态电池能够提高电池的安全性能，并且提高电池的能量密度，是未来锂电的发展趋势。
根据目前开发的几种固态电解质制作的固态电池，存在电解质与电极界面相容性较差、离子电导率低的问题，这些都是急需要改进的问题，存在严重不足。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种固态电池及其制备方法。本发明的目的为提供一种电解质与电极界面相容性好的固态电池。
为了达到上述发明目的，本发明提供的技术方案如下：
一种固态电池，包括正极、负极、固态电解质。所述正极包括活性物质、导电剂、粘结剂、锂盐。所述负极为金属片。所述固态电解质包括聚合物材料、锂盐、无机填料。
这种固态电池的制备方法包括如下步骤：
S1固态电解质制作：将锂盐加入到乙腈溶剂中，搅拌均匀后，边搅拌边加入PEO，搅拌均匀后加入无机填料，搅拌均匀后得到混合浆料。将混合浆料涂覆于纳米纤维膜上，在室温下静置30min后，待溶剂挥发后，在真空60℃条件下干燥12h后，得到复合电解质膜。
S2正极制作：将正极活性物质、导电剂、粘结剂、锂盐按照比例混合均匀后，加入NMP，采用磁力搅拌12h后，将浆料涂布于铝箔上，在80℃真空烘干24h后，采用10MPa压片后，再次采用100℃真空烘干16h后，得到LiFePO4正极。
S3负极制作：将S1步骤制作的电解质混合浆料，均匀涂覆于负极表面，烘干溶剂后得到负极。
根据S1~S3制作步骤，将固态电解质膜置于正负极中间，组装得到所述固态电池。
较佳的，所述正极活性物质：导电剂：粘结剂：锂盐，按照质量比为（77~88.5）：（2.5~10）：（5~10）：（1~4）。
较佳的，所述正极活性物质为磷酸铁锂；所述导电剂为炭黑；所述粘结剂为PEO；所述锂盐为LiTFSI、LiFSI、LiClO4、LiBOB中的一种或多种。
较佳的，所述固态电解质为聚合物/无机复合电解质，其中：聚合物材料为PEO；无机填料为LAGP、LGPS、LLZTO、LLZO中的一种或多种；锂盐为LiTFSI、LiFSI、LiClO4、LiBOB中的一种或多种；PEO与锂盐按照EO：Li质量比为（6~19）：1；无机填料占总质量的5%~16%。
较佳的，所述负极为金属锂或锂合金。
较佳的，步骤S3中，所述电解质厚度：锂片或锂合金厚度为1：（8~15）。
基于上述技术方案，本发明的与现有技术相比具有如下技术优点：
1.固态电解质膜与极片界面具有更好的相容性，其中正极粘结剂采用PEO，能够有效的改善正极与PEO电解质间的界面相容性；
2.无机填料均匀的分布在电解质中，能够有效的改善电解质的热稳定性，且电解质中引用纳米纤维膜，能够为电解质提供骨架结构，能够有效的改善电解质的力学性能，从而能够抑制锂树枝状晶体的生长；
3.负极表面涂覆固态电解质浆料，能够有效的改善负极与电解质间的界面电阻。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步的解释说明，本发明保护范围不限于以下实施例。
实施例1
一种固态电池，其制备步骤如下：
S1固态电解质制作：将锂盐LiTFSI加入到乙腈溶剂中，搅拌均匀后，边搅拌边加入PEO，搅拌均匀后加入无机填料LGPS，搅拌均匀后得到混合浆料。将混合浆料涂覆于纳米纤维膜上，在室温下静置30min后，待溶剂挥发后，在真空60℃条件下干燥12h后，得到复合电解质膜。其中PEO与LiTFSI按照EO：Li质量比为6：1；无机填料LGPS占总质量的16%。
S2正极制作：将正极活性物质LiFePO4、导电剂炭黑、粘结剂PEO、锂盐LiTFSI按照质量比为88：2.5：5.5：4混合均匀后，加入NMP，采用磁力搅拌12h后，将浆料涂布于铝箔上，在80℃真空烘干24h后，采用10MPa压片后，再次采用100℃真空烘干16h后，得到LiFePO4正极。
S3负极制作：将S1步骤制作的电解质混合浆料，均匀涂覆于负极金属锂表面，烘干溶剂后得到负极。
根据S1~S3制作步骤，将固态电解质膜置于正负极中间，组装得到所述固态电池。
实施例2
一种固态电池，其制备步骤如下：
S1固态电解质制作：将锂盐LiFSI加入到乙腈溶剂中，搅拌均匀后，边搅拌边加入PEO，搅拌均匀后加入无机填料LLZTO，搅拌均匀后得到混合浆料。将混合浆料涂覆于纳米纤维膜上，在室温下静置30min后，待溶剂挥发后，在真空60℃条件下干燥12h后，得到复合电解质膜。其中PEO与LiFSI按照EO：Li质量比为10：1；无机填料LLZTO占总质量的12%。
S2正极制作：将正极活性物质LiFePO4、导电剂炭黑、粘结剂PEO、锂盐LiFSI按照质量比为77：10：10：3混合均匀后，加入NMP，采用磁力搅拌12h后，将浆料涂布于铝箔上，在80℃真空烘干24h后，采用10MPa压片后，再次采用100℃真空烘干16h后，得到LiFePO4正极。
S3负极制作：将S1步骤制作的电解质混合浆料，均匀涂覆于负极金属锂表面，烘干溶剂后得到负极。
根据S1~S3制作步骤，将固态电解质膜置于正负极中间，组装得到所述固态电池。
实施例3
一种固态电池，其制备步骤如下：
S1固态电解质制作：将锂盐LiBOB加入到乙腈溶剂中，搅拌均匀后，边搅拌边加入PEO，搅拌均匀后加入无机填料LAGP，搅拌均匀后得到混合浆料。将混合浆料涂覆于纳米纤维膜上，在室温下静置30min后，待溶剂挥发后，在真空60℃条件下干燥12h后，得到复合电解质膜。其中PEO与LiBOB按照EO：Li质量比为16：1；无机填料LAGP占总质量的8%。
S2正极制作：将正极活性物质LiFePO4、导电剂炭黑、粘结剂PEO、锂盐LiBOB按照质量比为88：6：5：1混合均匀后，加入NMP，采用磁力搅拌12h后，将浆料涂布于铝箔上，在80℃真空烘干24h后，采用10MPa压片后，再次采用100℃真空烘干16h后，得到LiFePO4正极。
S3负极制作：将S1步骤制作的电解质混合浆料，均匀涂覆于负极镁锂合金表面，烘干溶剂后得到负极。
根据S1~S3制作步骤，将固态电解质膜置于正负极中间，组装得到所述固态电池。
实施例4
一种固态电池，其制备步骤如下：
S1固态电解质制作：将锂盐LiClO4加入到乙腈溶剂中，搅拌均匀后，边搅拌边加入PEO，搅拌均匀后加入无机填料LLZO，搅拌均匀后得到混合浆料。将混合浆料涂覆于纳米纤维膜上，在室温下静置30min后，待溶剂挥发后，在真空60℃条件下干燥12h后，得到复合电解质膜。其中PEO与LiClO4按照EO：Li质量比为14：1；无机填料LLZO占总质量的7%。
S2正极制作：将正极活性物质LiFePO4、导电剂炭黑、粘结剂PEO、锂盐LiClO4按照质量比为80：10：9：1混合均匀后，加入NMP，采用磁力搅拌12h后，将浆料涂布于铝箔上，在80℃真空烘干24h后，采用10MPa压片后，再次采用100℃真空烘干16h后，得到LiFePO4正极。
S3负极制作：将S1步骤制作的电解质混合浆料，均匀涂覆于负极镁锂合金表面，烘干溶剂后得到负极。
根据S1~S3制作步骤，将固态电解质膜置于正负极中间，组装得到所述固态电池。
表1为根据实施例1~4制作的电解质及固态电池物化性能。
名称 电解质离子电导率（S cm<sup>-1</sup>） 电池循环100次后容量保持率（%）
实施例1 4.23*10<sup>-4</sup> 90.3
实施例2 3.05*10<sup>-4</sup> 89.0
实施例3 2.98*10<sup>-4</sup> 91.2
实施例4 3.57*10<sup>-4</sup> 93.1
由上表可知，采用本发明中方法制作的固态电池，具有良好的循环容量保持率。
上述内容为本发明的示例及说明，但不意味着本发明可取得的优点受此限制，凡是本发明实践过程中可能对结构的简单变换、和/或一些实施方式中实现的优点的其中一个或多个均在本申请的保护范围内。

Claims (6)

1.一种固态电池及其制作方法，其特征在于：固态电池包括正极、负极、固态电解质；所述正极包括活性物质、导电剂、粘结剂、锂盐；所述负极为金属片；所述固态电解质包括聚合物材料、锂盐、无机填料；
这种固态电池的制备方法包括如下步骤：
S1固态电解质制作：将锂盐加入到乙腈溶剂中，搅拌均匀后，边搅拌边加入PEO，搅拌均匀后加入无机填料，搅拌均匀后得到混合浆料；将混合浆料涂覆于纳米纤维膜上，在室温下静置30min后，待溶剂挥发后，在真空60℃条件下干燥12h后，得到复合电解质膜；
S2正极制作：将正极活性物质、导电剂、粘结剂、锂盐按照比例混合均匀后，加入NMP，采用磁力搅拌12h后，将浆料涂布于铝箔上，在80℃真空烘干24h后，采用10MPa压片后，再次采用100℃真空烘干16h后，得到LiFePO4正极；
S3负极制作：将S1步骤制作的电解质混合浆料，均匀涂覆于负极表面，烘干溶剂后得到负极；
根据S1~S3制作步骤，将固态电解质膜置于正负极中间，组装得到所述固态电池。
2.根据权利要求1所述的固态电池及其制作方法，其特征在于：所述正极活性物质：导电剂：粘结剂：锂盐，按照质量比为（77~88.5）：（2.5~10）：（5~10）：（1~4）。
3.根据权利要求1所述的固态电池及其制作方法，其特征在于：所述正极活性物质为磷酸铁锂；所述导电剂为炭黑；所述粘结剂为PEO；所述锂盐为LiTFSI、LiFSI、LiClO4、LiBOB中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的固态电池及其制作方法，其特征在于：所述固态电解质为聚合物/无机复合电解质，其中：聚合物材料为PEO；无机填料为LAGP、LGPS、LLZTO、LLZO中的一种或多种；锂盐为LiTFSI、LiFSI、LiClO4、LiBOB中的一种或多种；PEO与锂盐按照EO：Li质量比为（6~19）：1；无机填料占总质量的5%~16%。
5.根据权利要求1所述的固态电池及其制作方法，其特征在于：所述负极为金属锂或锂合金。
6.根据权利要求1所述的固态电池及其制作方法，其特征在于：步骤S3中，所述电解质厚度：锂片或锂合金厚度为1：（8~15）。
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