CN113471529B - 一种使用寿命长的固态硅锂电池制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明具体公开了一种使用寿命长的固态硅锂电池及其制备方法,所述固态硅锂电池包括含有复合硅负极、复合锂正极和动态聚合物电解质。所述复合硅负极是由动态聚合物电解质、硅基活性材料、碳材料在有机溶剂中研磨,干燥而成;复合锂正极是由动态聚合物电解质、锂基活性材料、碳材料在有机溶剂中研磨,干燥而成;动态聚合物电解质是由含有二硫键和乙氧基的丙烯单体与甲基丙烯酸己酯反应,然后加入锂盐,干燥所得。本发明通动态可修复的聚合物电解质与正负极活性材料结合,解决了传统电解质与硅基负极之间的界面分离问题,从而使得固态电池的寿命加长。
Description
技术领域
本发明涉及全固态电池技术领域,具体为一种使用寿命长的固态硅锂电池制备方法。
背景技术
为满足电网储能、电动汽车以及消费类电子产品对储能器件的需求,硅锂电池得到广泛关注。硅锂电池具有高的比容量和能量密度,同时硅元素储存量丰富,环境友好,对环境基本没有污染,因此,硅锂电池被认为是一种非常有前景的锂电池。但是,硅锂电池存在一定问题和缺点,如硅元素的低导电性及循环过程中的体积膨胀,固体电解质和电极之间的界面分离,都会导致硅锂电池较差的循环性能。
中国专利CN109921090A公开了一种具有良好循环性能的硫化锂/硅固态全电池正负极材料及其制备方法,通过溶液原位合成一步法制备了硅/硫基固态电解质复合负极材料,该方法操作简单方便,通过硫基固态电解质包覆提高电化学性能稳定性与电化学循环性能。但是硅基复合负极在嵌锂和脱锂的循环过程中较大的体积膨胀/收缩率会导致与硫基固态电解质的界面分离,进而影响电池寿命。
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足,本发明提供了一种使用寿命长的固态硅锂电池制备方法,解决固态硅锂电池中存在的电化学性能差,尤其是循环性能差导致的寿命短的问题。
技术方案
针对以上技术问题,本发明提供:一种使用寿命长的固态硅锂电池制备方法,包括含有复合硅负极、复合锂正极和动态聚合物电解质;
所述的复合硅负极是由动态聚合物电解质、硅基活性材料、碳材料在有机溶剂中研磨,干燥而成;
所述的复合锂正极是由动态聚合物电解质、锂基活性材料、碳材料在有机溶剂中研磨,干燥而成;
所述动态聚合物电解质是由含有二硫键和乙氧基的丙烯单体与甲基丙烯酸己酯反应,然后加入锂盐,干燥所得。
优选的,所述硅基活性材料为硅颗粒,粒径为30~50nm;
优选的,所述锂基活性材料为Li2S颗粒,粒径为10~15nm;
优选的,所述碳材料为乙炔黑、炭黑、科琴黑或super P中的至少一种;
优选的,所述复合硅负极中动态聚合物电解质、硅基活性材料、碳材料的质量比为10:10~30:10~15;
优选的,所述复合锂正极中动态聚合物电解质、锂基活性材料、碳材料的质量比为10:10~30:10~15;
本申请对有机溶剂不做特殊限定,只要能够使原材料有效分散的有机溶剂均可;
本发明所述的动态聚合物电解质的制备方法,具体合成步骤如下:
(a1)将2,2'-(乙二氧基)二乙硫醇和2-丙烯-1-硫醇溶解在四氢呋喃溶液中,于室温下通入氧气,并将混合物搅拌过夜,洗涤,冷冻干燥,即得带有二硫键和乙氧基的丙烯单体;
(b1)将步骤(a1)制备的带有二硫键和乙氧基的丙烯单体和甲基丙烯酸己酯加入到无水N,N-二甲基乙酰胺溶液中,N2鼓泡除氧气,在N2氛围下向溶液中加入偶氮二甲氧基异庚腈,之后将所得溶液在室温下搅拌24小时,然后通过暴露于空气中止反应,最后将所得粘稠溶液倒入冷却的甲醇中,再加入锂盐,室温干燥,即得动态聚合物电解质。
优选的,所述步骤(a1)中N2鼓泡的时间为15~30min;
优选的,所述步骤(a1)中2,2'-(乙二氧基)二乙硫醇、2-丙烯-1-硫醇溶解和四氢呋喃的质量比为6:4.8~5.2:20~30;
优选的,所述步骤(b1)中带有二硫键和乙氧基的丙烯单体、甲基丙烯酸己酯、偶氮二甲氧基异庚腈、锂盐和N,N-二甲基乙酰胺的质量比例为10:8~12:1~2:1~1.5:20~25;
优选的,所述步骤(b1)中锂盐包括六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、双草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、二氟草酸硼酸锂中的一种或多种组合物;
本发明所述的使用寿命长的固态硅锂电池的制备方法,具体步骤如下:
(a2)将硅基活性材料、动态聚合物电解质和碳材料加入到有机溶剂中,研磨,得到混合浆料,再将混合浆料倾倒在模具上,静置沉淀,干燥,得到含有复合硅负极。
(b2)将锂基活性材料、动态聚合物电解质和碳材料加入到有机溶剂中,研磨,得到混合浆料,再将混合浆料倾倒在模具上,静置沉淀,干燥,得到含有复合锂正极。
(c2)将所述的动态聚合物电解质、复合硅负极和复合锂正极加工成所需要的形状,在手套箱中压紧密封组装成全固态电池。
(三)有益的技术效果
与现有技术相比,本发明具备以下的化学机理和有益技术效果:
(1)该一种使用寿命长的固态硅锂电池,将动态可修复的聚合物电解质与正负极活性材料结合,在电池的循环冲放电过程中,完美的适应了正负极的体积膨胀和收缩,特别对于硅基负极,过大的体积膨胀会导致二硫键的断裂,但是,在收缩过后,断裂的二硫键会自我修复,解决了传统电解质与硅基负极之间的界面分离问题。
(2)该一种使用寿命长的固态硅锂电池,将乙氧基通过空气氧化法接枝到巯基丙烯的支链上,同时形成了二硫键,再将其与甲基丙烯酸己酯原位聚合,支链结构有助于降低聚合物的结晶度,同时支链上的乙氧基有助于促进锂离子的传输。
具体实施方式
为实现上述目的,本发明提供如下具体实施方式和实施例:
实施例1
动态聚合物电解质的制备方法,具体合成步骤如下:
(a1)将6g的2,2'-(乙二氧基)二乙硫醇和4.8g的2-丙烯-1-硫醇溶解在20g的四氢呋喃溶液中,于室温下通入氧气,并将混合物搅拌过夜,洗涤,冷冻干燥,即得带有二硫键和乙氧基的丙烯单体;
(b1)将步骤(a1)制备的10g带有二硫键和乙氧基的丙烯单体和8g甲基丙烯酸己酯加入到20g无水N,N-二甲基乙酰胺溶液中,N2鼓泡15min除氧气,在N2氛围下向溶液中加入1g偶氮二甲氧基异庚腈,之后将所得溶液在室温下搅拌24小时,然后通过暴露于空气中止反应,最后将所得粘稠溶液倒入冷却的甲醇中,再加入双草酸硼酸锂,室温干燥,即得动态聚合物电解质。
使用寿命长的固态硅锂电池的制备方法,具体步骤如下:
(a2)将10g粒径为50nm的硅颗粒、10g动态聚合物电解质和10g乙炔黑加入到有机溶剂中,研磨,得到混合浆料,再将混合浆料倾倒在模具上,静置沉淀,干燥,得到含有复合硅负极。
(b2)将10g粒径为15nm的Li2S、10g动态聚合物电解质和10g乙炔黑加入到有机溶剂中,研磨,得到混合浆料,再将混合浆料倾倒在模具上,静置沉淀,干燥,得到含有复合锂正极。
(c2)将所述的动态聚合物电解质、复合硅负极和复合锂正极加工成所需要的形状,在手套箱中压紧密封组装成全固态电池。
实施例2
动态聚合物电解质的制备方法,具体合成步骤如下:
(a1)将6g的2,2'-(乙二氧基)二乙硫醇和4.9g的2-丙烯-1-硫醇溶解在22g的四氢呋喃溶液中,于室温下通入氧气,并将混合物搅拌过夜,洗涤,冷冻干燥,即得带有二硫键和乙氧基的丙烯单体;
(b1)将步骤(a1)制备的10g带有二硫键和乙氧基的丙烯单体和9g甲基丙烯酸己酯加入到21g无水N,N-二甲基乙酰胺溶液中,N2鼓泡20min除氧气,在N2氛围下向溶液中加入1.1g偶氮二甲氧基异庚腈,之后将所得溶液在室温下搅拌24小时,然后通过暴露于空气中止反应,最后将所得粘稠溶液倒入冷却的甲醇中,再加入四氟硼酸锂,室温干燥,即得动态聚合物电解质。
使用寿命长的固态硅锂电池的制备方法,具体步骤如下:
(a2)将12g粒径为45nm的硅颗粒、10g动态聚合物电解质和10g乙炔黑加入到有机溶剂中,研磨,得到混合浆料,再将混合浆料倾倒在模具上,静置沉淀,干燥,得到含有复合硅负极。
(b2)将15g粒径为14nm的Li2S、10g动态聚合物电解质和10g乙炔黑加入到有机溶剂中,研磨,得到混合浆料,再将混合浆料倾倒在模具上,静置沉淀,干燥,得到含有复合锂正极。
(c2)将所述的动态聚合物电解质、复合硅负极和复合锂正极加工成所需要的形状,在手套箱中压紧密封组装成全固态电池。
实施例3
动态聚合物电解质的制备方法,具体合成步骤如下:
(a1)将6g的2,2'-(乙二氧基)二乙硫醇和5g的2-丙烯-1-硫醇溶解在24g的四氢呋喃溶液中,于室温下通入氧气,并将混合物搅拌过夜,洗涤,冷冻干燥,即得带有二硫键和乙氧基的丙烯单体;
(b1)将步骤(a1)制备的10g带有二硫键和乙氧基的丙烯单体和10g甲基丙烯酸己酯加入到23g无水N,N-二甲基乙酰胺溶液中,N2鼓泡25min除氧气,在N2氛围下向溶液中加入1.2g偶氮二甲氧基异庚腈,之后将所得溶液在室温下搅拌24小时,然后通过暴露于空气中止反应,最后将所得粘稠溶液倒入冷却的甲醇中,再加入六氟磷酸锂,室温干燥,即得动态聚合物电解质。
使用寿命长的固态硅锂电池的制备方法,具体步骤如下:
(a2)将15g粒径为40nm的硅颗粒、10g动态聚合物电解质和10g乙炔黑加入到有机溶剂中,研磨,得到混合浆料,再将混合浆料倾倒在模具上,静置沉淀,干燥,得到含有复合硅负极。
(b2)将20g粒径为13nm的Li2S、10g动态聚合物电解质和10g乙炔黑加入到有机溶剂中,研磨,得到混合浆料,再将混合浆料倾倒在模具上,静置沉淀,干燥,得到含有复合锂正极。
(c2)将所述的动态聚合物电解质、复合硅负极和复合锂正极加工成所需要的形状,在手套箱中压紧密封组装成全固态电池。
实施例4
动态聚合物电解质的制备方法,具体合成步骤如下:
(a1)将6g的2,2'-(乙二氧基)二乙硫醇和5.2g的2-丙烯-1-硫醇溶解在30g的四氢呋喃溶液中,于室温下通入氧气,并将混合物搅拌过夜,洗涤,冷冻干燥,即得带有二硫键和乙氧基的丙烯单体;
(b1)将步骤(a1)制备的10g带有二硫键和乙氧基的丙烯单体和12g甲基丙烯酸己酯加入到25g无水N,N-二甲基乙酰胺溶液中,N2鼓泡30min除氧气,在N2氛围下向溶液中加入1.5g偶氮二甲氧基异庚腈,之后将所得溶液在室温下搅拌24小时,然后通过暴露于空气中止反应,最后将所得粘稠溶液倒入冷却的甲醇中,再加入六氟磷酸锂,室温干燥,即得动态聚合物电解质。
使用寿命长的固态硅锂电池的制备方法,具体步骤如下:
(a2)将30g粒径为30nm的硅颗粒、10g动态聚合物电解质和10g乙炔黑加入到有机溶剂中,研磨,得到混合浆料,再将混合浆料倾倒在模具上,静置沉淀,干燥,得到含有复合硅负极。
(b2)将30g粒径为10nm的Li2S、10g动态聚合物电解质和10g乙炔黑加入到有机溶剂中,研磨,得到混合浆料,再将混合浆料倾倒在模具上,静置沉淀,干燥,得到含有复合锂正极。
(c2)将所述的动态聚合物电解质、复合硅负极和复合锂正极加工成所需要的形状,在手套箱中压紧密封组装成全固态电池。
对比例1
动态聚合物电解质的制备方法,具体合成步骤如下:
(a1)将6g的2,2'-(乙二氧基)二乙硫醇和4.8g的2-丙烯-1-硫醇溶解在30g的四氢呋喃溶液中,于室温下通入氧气,并将混合物搅拌过夜,洗涤,冷冻干燥,即得带有二硫键和乙氧基的丙烯单体;
(b1)将步骤(a1)制备的10g带有二硫键和乙氧基的丙烯单体和12g甲基丙烯酸己酯加入到25g无水N,N-二甲基乙酰胺溶液中,N2鼓泡30min除氧气,在N2氛围下向溶液中加入1.5g偶氮二甲氧基异庚腈,之后将所得溶液在室温下搅拌24小时,然后通过暴露于空气中止反应,最后将所得粘稠溶液倒入冷却的甲醇中,再加入六氟磷酸锂,室温干燥,即得动态聚合物电解质。
非动态聚合物电解质的制备方法,具体合成步骤如下:
(b1)将步骤(a1)制备的10g带有2-乙氧基丙烯和12g甲基丙烯酸己酯加入到25g无水N,N-二甲基乙酰胺溶液中,N2鼓泡30min除氧气,在N2氛围下向溶液中加入1.5g偶氮二甲氧基异庚腈,之后将所得溶液在室温下搅拌24小时,然后通过暴露于空气中止反应,最后将所得粘稠溶液倒入冷却的甲醇中,再加入六氟磷酸锂,室温干燥,即得非动态聚合物电解质。
固态硅锂电池的制备方法,具体步骤如下:
(a2)将30g粒径为30nm的硅颗粒、10g非动态聚合物电解质和10g乙炔黑加入到有机溶剂中,研磨,得到混合浆料,再将混合浆料倾倒在模具上,静置沉淀,干燥,得到含有复合硅负极。
(b2)将30g粒径为10nm的Li2S、10g非动态聚合物电解质和10g乙炔黑加入到有机溶剂中,研磨,得到混合浆料,再将混合浆料倾倒在模具上,静置沉淀,干燥,得到含有复合锂正极。
(c2)将所述的动态聚合物电解质、复合硅负极和复合锂正极加工成所需要的形状,在手套箱中压紧密封组装成全固态电池。
对比例2
动态聚合物电解质的制备方法,具体合成步骤如下:
(a1)将6g的2,2'-(乙二氧基)二乙硫醇和4.8g的2-丙烯-1-硫醇溶解在30g的四氢呋喃溶液中,于室温下通入氧气,并将混合物搅拌过夜,洗涤,冷冻干燥,即得带有二硫键和乙氧基的丙烯单体;
(b1)将步骤(a1)制备的10g带有二硫键和乙氧基的丙烯单体和12g甲基丙烯酸己酯加入到25g无水N,N-二甲基乙酰胺溶液中,N2鼓泡30min除氧气,在N2氛围下向溶液中加入1.5g偶氮二甲氧基异庚腈,之后将所得溶液在室温下搅拌24小时,然后通过暴露于空气中止反应,最后将所得粘稠溶液倒入冷却的甲醇中,再加入六氟磷酸锂,室温干燥,即得动态聚合物电解质。
非动态聚合物电解质的制备方法,具体合成步骤如下:
(b1)将步骤(a1)制备的10g带有2-乙氧基丙烯和12g甲基丙烯酸己酯加入到25g无水N,N-二甲基乙酰胺溶液中,N2鼓泡30min除氧气,在N2氛围下向溶液中加入1.5g偶氮二甲氧基异庚腈,之后将所得溶液在室温下搅拌24小时,然后通过暴露于空气中止反应,最后将所得粘稠溶液倒入冷却的甲醇中,再加入六氟磷酸锂,室温干燥,即得非动态聚合物电解质。
固态硅锂电池的制备方法,具体步骤如下:
(a2)将30g粒径为30nm的硅颗粒、10g动态聚合物电解质和10g乙炔黑加入到有机溶剂中,研磨,得到混合浆料,再将混合浆料倾倒在模具上,静置沉淀,干燥,得到含有复合硅负极。
(b2)将30g粒径为10nm的Li2S、10g非动态聚合物电解质和10g乙炔黑加入到有机溶剂中,研磨,得到混合浆料,再将混合浆料倾倒在模具上,静置沉淀,干燥,得到含有复合锂正极。
(c2)将所述的动态聚合物电解质、复合硅负极和复合锂正极加工成所需要的形状,在手套箱中压紧密封组装成全固态电池。
对比例3
动态聚合物电解质的制备方法,具体合成步骤如下:
(a1)将6g的2,2'-(乙二氧基)二乙硫醇和4.8g的2-丙烯-1-硫醇溶解在30g的四氢呋喃溶液中,于室温下通入氧气,并将混合物搅拌过夜,洗涤,冷冻干燥,即得带有二硫键和乙氧基的丙烯单体;
(b1)将步骤(a1)制备的10g带有二硫键和乙氧基的丙烯单体和12g甲基丙烯酸己酯加入到25g无水N,N-二甲基乙酰胺溶液中,N2鼓泡30min除氧气,在N2氛围下向溶液中加入1.5g偶氮二甲氧基异庚腈,之后将所得溶液在室温下搅拌24小时,然后通过暴露于空气中止反应,最后将所得粘稠溶液倒入冷却的甲醇中,再加入六氟磷酸锂,室温干燥,即得动态聚合物电解质。
非动态聚合物电解质的制备方法,具体合成步骤如下:
(b1)将步骤(a1)制备的10g带有2-乙氧基丙烯和12g甲基丙烯酸己酯加入到25g无水N,N-二甲基乙酰胺溶液中,N2鼓泡30min除氧气,在N2氛围下向溶液中加入1.5g偶氮二甲氧基异庚腈,之后将所得溶液在室温下搅拌24小时,然后通过暴露于空气中止反应,最后将所得粘稠溶液倒入冷却的甲醇中,再加入六氟磷酸锂,室温干燥,即得非动态聚合物电解质。
固态硅锂电池的制备方法,具体步骤如下:
(a2)将30g粒径为30nm的硅颗粒、10g非动态聚合物电解质和10g乙炔黑加入到有机溶剂中,研磨,得到混合浆料,再将混合浆料倾倒在模具上,静置沉淀,干燥,得到含有复合硅负极。
(b2)将30g粒径为10nm的Li2S、10g动态聚合物电解质和10g乙炔黑加入到有机溶剂中,研磨,得到混合浆料,再将混合浆料倾倒在模具上,静置沉淀,干燥,得到含有复合锂正极。
(c2)将所述的动态聚合物电解质、复合硅负极和复合锂正极加工成所需要的形状,在手套箱中压紧密封组装成全固态电池。
测定以充放电速率0.05C得到的初始容量(25℃,充电上限电压:3.7V,放电下限电压:2.5V)并设为放电容量1。接着,以充放电速率1C反复充放电10次(25℃,充电上限电压:3.7V,放电下限电压:2.5V)。将在以充放电速率1C的第1次放电中得到的容量设为放电容量2,将(放电容量2)/(放电容量1)的比以百分率的形式作为输出特性(%)。将全固态锂离子电池在2.3V~4.6V的电压范围内进行充放电测试出可稳定循环次数。结果如表1所示:
表1
由实施例1-4可以看出,随着聚合物电解质中的二硫键量的增加,全固态电池的可稳定循环次数越多。因为动态可修复的聚合物电解质与正负极活性材料结合,在电池的循环冲放电过程中,完美的适应了正负极的体积膨胀和收缩,特别对于硅基负极,过大的体积膨胀会导致二硫键的断裂,但是,在收缩过后,断裂的二硫键会自我修复,解决了传统电解质与硅基负极之间的界面分离问题,从而使得固态电池的寿命加长,
由对比例1与实施例1可以看出,电解质采用动态聚合物电解质,将正负极活性材料和非动态聚合物电解质结合的电池循环效果,要远远小于正负极活性材料和动态聚合物电解质结合的效果;对比例2是将正极活性材料和非动态电解质结合,负极活性材料和动态聚合物电解质结合,与对比例1相比,其全固态电池的可稳定循环次数较大幅度的上升,与实施例1相比,其全固态电池的可稳定循环次数还是有所下降;对比例3是将负极活性材料和非动态电解质结合,正极活性材料和动态聚合物电解质结合,与对比例1相比,其全固态电池的可稳定循环次数小幅度上升,与实施例1相比,其全固态电池的可稳定循环次数大大的降低。
区别于对比例1、2和3,本发明同时附于正极,负极和电解质动态修复能力,在整个固态电池循环过程中,完美的适应了正负极的体积膨胀和解决了传统电解质与硅基负极之间的界面分离问题,使得固态电池的循环能力大幅度提升。
Claims (10)
1.一种使用寿命长的固态硅锂电池,其特征在于,所述固态硅锂电池包括含有复合硅负极、复合锂正极和动态聚合物电解质;
所述复合硅负极是由动态聚合物电解质、硅基活性材料、碳材料在有机溶剂中研磨,干燥而成;
所述复合锂正极是由动态聚合物电解质、锂基活性材料、碳材料在有机溶剂中研磨,干燥而成;
所述动态聚合物电解质是由含有二硫键和乙氧基的丙烯单体与甲基丙烯酸己酯反应,然后加入锂盐,干燥所得。
2.根据权利要求1所述的一种使用寿命长的固态硅锂电池,其特征在于,所述硅基活性材料为硅颗粒,粒径为30~50nm;所述锂基活性材料为Li2S颗粒,粒径为10~15nm。
3.根据权利要求1所述的一种使用寿命长的固态硅锂电池,其特征在于,所述碳材料为乙炔黑、炭黑、科琴黑或super P中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种使用寿命长的固态硅锂电池,其特征在于,所述复合硅负极中动态聚合物电解质、硅基活性材料、碳材料的质量比为10:10~30:10~15;所述复合锂正极中动态聚合物电解质、锂基活性材料、碳材料的质量比为10:10~30:10~15。
5.根据权利要求1所述的一种使用寿命长的固态硅锂电池,其特征在于,所述动态聚合物电解质的制备方法,具体合成步骤如下:
(1)将2,2'-(乙二氧基)二乙硫醇和2-丙烯-1-硫醇溶解在四氢呋喃溶液中,于室温下通入氧气,并将混合物搅拌过夜,洗涤,冷冻干燥,即得含有二硫键和乙氧基的丙烯单体;
(2)将步骤(1)制备的含有二硫键和乙氧基的丙烯单体与甲基丙烯酸己酯加入到无水N,N-二甲基乙酰胺溶液中,通入N2鼓泡除去氧气,在N2氛围下向溶液中加入偶氮二甲氧基异庚腈,然后将所得溶液在室温下搅拌24小时,通过暴露于空气中止反应,最后将所得粘稠溶液倒入冷却的甲醇中,再加入锂盐,室温干燥,即得动态聚合物电解质。
6.根据权利要求5所述的一种使用寿命长的固态硅锂电池,其特征在于,所述步骤(1)中通过N2鼓泡的时间为15~30min。
7.根据权利要求5所述的一种使用寿命长的固态硅锂电池,其特征在于,所述步骤(1)中2,2'-(乙二氧基)二乙硫醇、2-丙烯-1-硫醇溶解和四氢呋喃的质量比为6:4.8~5.2:20~30。
8.根据权利要求5所述的一种使用寿命长的固态硅锂电池,其特征在于,所述步骤(2)中含有二硫键和乙氧基的丙烯单体、甲基丙烯酸己酯、偶氮二甲氧基异庚腈、锂盐和N,N-二甲基乙酰胺的质量比为10:8~12:1~2:1~1.5:20~25。
9.根据权利要求5所述的一种使用寿命长的固态硅锂电池,其特征在于,所述步骤(2)中锂盐包括六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、双草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、二氟草酸硼酸锂中的一种或多种组合物。
10.一种根据权利要求1所述的使用寿命长的固态硅锂电池的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)将硅基活性材料、动态聚合物电解质和碳材料加入到有机溶剂中,研磨,得到混合浆料,再将混合浆料倾倒在模具上,静置沉淀,干燥,得到含有复合硅负极;
(2)将锂基活性材料、动态聚合物电解质和碳材料加入到有机溶剂中,研磨,得到混合浆料,再将混合浆料倾倒在模具上,静置沉淀,干燥,得到含有复合锂正极;
(3)将所述的动态聚合物电解质、复合硅负极和复合锂正极加工成所需要的形状,在手套箱中压紧密封组装成全固态电池。
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Citations (5)
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WO2017012522A1 (zh) * | 2015-07-20 | 2017-01-26 | 江苏华东锂电技术研究院有限公司 | 正极材料及锂硫电池 |
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