CN112687948A - 一种改善界面性能的固态电池及其制备方法 - Google Patents

一种改善界面性能的固态电池及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及锂离子电池领域，特别涉及一种改善界面性能的固态电池及其制备方法。一种改善界面性能的固态电池包括正极、负极、固态电解质，所述固态电解质采用凝胶聚合物电解质，通过原位聚合法制得。本发明采用原位聚合技术制备固态电解质，能够使得电解质与极片表面充分融合，提高极片与电解质的界面相容性。本发明中固态电池的制备方法，与现有锂离子电池制备工艺相近，能够降低设备成本，有利于固态电池产业化生产。

Description

一种改善界面性能的固态电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，特别涉及一种改善界面性能的固态电池及其制备方法。
背景技术
锂离子电池已经在通信、动力、数码产品领域得到了广泛的应用。然而，传统的锂离子电池由于液态电解液的存在，会导致电池存在一定的安全问题。固态电池，由于减少了液态电解质的含量，在一定程度上能够提高电池的安全性能。固态电解质中，主要分为无机固态电解质和聚合物电解质。其中，聚合物电解质具有良好的机械性能，是国内各科研院所、企业研究的主要材料。
固态电池由于采用固态电解质，这就存在界面电阻大、界面相容性差的问题。本发明采用凝胶聚合物电解质，向传统的固态电解质中加入液态电解液，能够改善极片与固态电解质间的界面相容性，能够提高固态电池的循环寿命和电化学性能。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种改善界面性能的固态电池及其制备方法。
实现本发明目的的技术方案是：一种改善界面性能的固态电池包括正极、负极、固态电解质，所述固态电解质采用凝胶聚合物电解质，通过原位聚合法制得。
进一步的，所述正极由(75-85wt.％)正极活性材料、(6-10wt.％)导电剂、(6-10wt.％)粘结剂、(3-5wt.％)无机填料组成，其中正极活性材料为LiFePO4、LiCoO2、LiFe0.2Mn0.8PO4、Li[Ni0.5Co0.2Mn0.3]O2中的一种，粘结剂由PVDF、PVCA、PBA中的一种或多种组成。
进一步的，所述负极材料，采用金属锂电镀在铜箔表面。
进一步的，所述聚合物电解质由聚合物单体、锂盐、引发剂、电解液溶剂组成，所述聚合物单体在加热条件下完成聚合。
进一步的，所述锂盐为LiTFSI、LiClO4、LiFSI、LiPF6、LiDFOB、LiBOB中的一种或多种。
进一步的，所述电解液溶剂为EC、DMC、DEC、EMC、FEC中的两种或多种。
进一步的，所述引发剂为AIBN、AIBME、BPO中的一种。
一种改善界面性能的固态电池的制备方法包括如下步骤：
S1.取锂盐、有机电解液溶剂混合均匀后，获得溶液A；取聚合物单体、引发剂混合均匀后，获得溶液B；将溶液A和B混合均匀后，获得前驱体溶液；
S2.取(75-85wt.％)正极活性材料、(6-10wt.％)导电剂、(6-10wt.％)粘结剂、(3-5wt.％)无机填料混合均匀后，加入NMP，磁力搅拌11h后，涂覆在涂炭铝箔集流体上，在80℃下烘干20h后，压片后，采用120℃真空烘干10h后，得到正极；
S3.取金属锂电镀在铜箔表面，作为负极；
S4.将正负极极片与隔膜进行叠片工艺后装入铝塑膜中，向电芯中注入S1前驱体溶液，封装后，将电芯在25℃下搁置8-12h后，转入60℃下烘干24h后，使前驱体溶液充分形成聚合物电解质后，在室温下静置4-6h，进行化成工序后得到成品电芯。
采用上述技术方案后，本发明具有以下积极的效果：
(1)本发明采用原位聚合技术制备固态电解质，能够使得电解质与极片表面充分融合，提高极片与电解质的界面相容性。
(2)本发明中固态电池的制备方法，与现有锂离子电池制备工艺相近，能够降低设备成本，有利于固态电池产业化生产。
具体实施方式
(实施例1)
固态电池的制作方法包括以下步骤：
S1.取锂盐LiTFSI、LiPF6(1：1wt.％)、有机电解液溶剂EC/DEC(体积比1：1)混合均匀后，获得溶液A；取聚合物单体BA、引发剂AIBN(1wt.％)混合均匀后，获得溶液B；将溶液A和B混合均匀后，获得前驱体溶液；
S2.取75wt.％正极活性材料LiFePO4、10wt.％导电剂炭黑、10wt.％粘结剂(PVDF：PBA＝2：1)、5wt.％无机填料LLZTO混合均匀后，加入NMP，磁力搅拌11h后，涂覆在涂炭铝箔集流体上，在80℃下烘干20h后，压片后，采用120℃真空烘干10h后，得到正极；
S3.取金属锂电镀在铜箔表面，作为负极。
S4.将正负极极片与隔膜进行叠片工艺后装入铝塑膜中，向电芯中注入S1前驱体溶液，封装后，将电芯在25℃下搁置8-12h后，转入60℃下烘干24h后，使前驱体溶液充分形成聚合物电解质后，在室温下静置4-6h，进行化成工序后得到成品电芯。
(实施例2)
固态电池的制作方法包括以下步骤：
S1.取锂盐LiClO4、有机电解液溶剂EC/DMC/EMC(体积比1：1：1)混合均匀后，获得溶液A；取聚合物单体BA、引发剂AIBN混合均匀后，获得溶液B；将溶液A和B混合均匀后，获得前驱体溶液；
S2.取80wt.％正极活性材料LiFe0.2Mn0.8PO4、8wt.％导电剂碳纳米管、9wt.％粘结剂(PVDF：PBA＝3：1)、3wt.％无机填料LATP混合均匀后，加入NMP，磁力搅拌11h后，涂覆在涂炭铝箔集流体上，在80℃下烘干20h后，压片后，采用120℃真空烘干10h后，得到正极；
S3.取金属锂电镀在铜箔表面，作为负极。
S4.将正负极极片与隔膜进行叠片工艺后装入铝塑膜中，向电芯中注入S1前驱体溶液，封装后，将电芯在25℃下搁置8-12h后，转入60℃下烘干24h后，使前驱体溶液充分形成聚合物电解质后，在室温下静置4-6h，进行化成工序后得到成品电芯。
(实施例3)
固态电池的制作方法包括以下步骤：
S1.取锂盐LiBOB、有机电解液溶剂EC/DMC/DEC(体积比1：1：1)混合均匀后，获得溶液A；取聚合物单体VC、引发剂AIBN混合均匀后，获得溶液B；将溶液A和B混合均匀后，获得前驱体溶液；
S2.取85wt.％正极活性材料LiCoO2、6wt.％导电剂石墨烯、6wt.％粘结剂(PVDF：PVC＝2：1)、3wt.％无机填料LAGP混合均匀后，加入NMP，磁力搅拌11h后，涂覆在涂炭铝箔集流体上，在80℃下烘干20h后，压片后，采用120℃真空烘干10h后，得到正极；
S3.取金属锂电镀在铜箔表面，作为负极。
S4.将正负极极片与隔膜进行叠片工艺后装入铝塑膜中，向电芯中注入S1前驱体溶液，封装后，将电芯在25℃下搁置8-12h后，转入60℃下烘干24h后，使前驱体溶液充分形成聚合物电解质后，在室温下静置4-6h，进行化成工序后得到成品电芯。
(实施例4)
固态电池的制作方法包括以下步骤：
S1.取锂盐LiTFSI、LiPF6(2：1wt.％)、有机电解液溶剂EC/DMC/EMC(体积比1：1：1)混合均匀后，获得溶液A；取聚合物单体VC、引发剂AIBN混合均匀后，获得溶液B；将溶液A和B混合均匀后，获得前驱体溶液；
S2.取80wt.％正极活性材料Li[Ni0.5Co0.2Mn0.3]O2、9wt.％导电剂碳纤维、8wt.％粘结剂(PVDF：PVC＝3：1)、3wt.％无机填料LLZTO混合均匀后，加入NMP，磁力搅拌11h后，涂覆在涂炭铝箔集流体上，在80℃下烘干20h后，压片后，采用120℃真空烘干10h后，得到正极；
S3.取金属锂电镀在铜箔表面，作为负极。
S4.将正负极极片与隔膜进行叠片工艺后装入铝塑膜中，向电芯中注入S1前驱体溶液，封装后，将电芯在25℃下搁置8-12h后，转入60℃下烘干24h后，使前驱体溶液充分形成聚合物电解质后，在室温下静置4-6h，进行化成工序后得到成品电芯。
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。
Figure BDA0002851763960000051
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。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种改善界面性能的固态电池，其特征在于：包括正极、负极、固态电解质，所述固态电解质采用凝胶聚合物电解质，通过原位聚合法制得。
2.根据权利要求1所述的一种改善界面性能的固态电池，其特征在于：所述正极由(75-85wt.％)正极活性材料、(6-10wt.％)导电剂、(6-10wt.％)粘结剂、(3-5wt.％)无机填料组成，其中正极活性材料为LiFePO4、LiCoO2、LiFe0.2Mn0.8PO4、Li[Ni0.5Co0.2Mn0.3]O2中的一种，粘结剂由PVDF、PVCA、PBA中的一种或多种组成。
3.根据权利要求1所述的一种改善界面性能的固态电池，其特征在于：所述负极材料，采用金属锂电镀在铜箔表面。
4.根据权利要求1所述的一种改善界面性能的固态电池，其特征在于：所述聚合物电解质由聚合物单体、锂盐、引发剂、电解液溶剂组成，所述聚合物单体在加热条件下完成聚合。
5.根据权利要求4所述的一种改善界面性能的固态电池，其特征在于：所述锂盐为LiTFSI、LiClO4、LiFSI、LiPF6、LiDFOB、LiBOB中的一种或多种。
6.根据权利要求4所述的一种改善界面性能的固态电池，其特征在于：所述电解液溶剂为EC、DMC、DEC、EMC、FEC中的两种或多种。
7.根据权利要求4所述的一种改善界面性能的固态电池，其特征在于：所述引发剂为AIBN、AIBME、BPO中的一种。
8.一种如权利要求1所述的改善界面性能的固态电池的制备方法：
S1.取锂盐、有机电解液溶剂混合均匀后，获得溶液A；取聚合物单体、引发剂混合均匀后，获得溶液B；将溶液A和B混合均匀后，获得前驱体溶液；
S2.取(75-85wt.％)正极活性材料、(6-10wt.％)导电剂、(6-10wt.％)粘结剂、(3-5wt.％)无机填料混合均匀后，加入NMP，磁力搅拌11h后，涂覆在涂炭铝箔集流体上，在80℃下烘干20h后，压片后，采用120℃真空烘干10h后，得到正极；
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