CN114361379A - 一种具有稳定界面性能的半固态电池及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于固态电池领域，特别涉及一种具有稳定界面性能的半固态电池及其制作方法。具有复合正极片、半固态电解质、负极片；所述复合正极片由正极片和表面涂层构成，表面涂层是通过将低聚物材料涂布于极片表面制得，所述低聚物材料在高于其熔点的温度下，形成熔融态，然后将熔融态低聚物材料涂布于正极片表面，待低聚物材料恢复室温后，得到具有表面涂层的复合正极片。本发明正极片表面包覆聚合物涂层，能够有效的改善电池在充放电过程中，由于正极体积变化而产生的应力，并抑制聚合物电解质氧化分解副反应的发生，可以有效的保持正极活性材料的结构，改善电池的循环寿命。
Description
技术领域
本发明属于固态电池领域，特别涉及一种具有稳定界面性能的半固态电池及其制作方法。
背景技术
固态电池因其具有良好的安全性能，能够拓宽锂离子电池的应用领域，且固态电池被认为是能够同时提高锂电池安全性能和能量密度的方法。目前成为了锂离子电池领域的研究热点，受到了广泛的关注。目前固态电池根据其电解质体系，主要分为硫化物固态电池、氧化物固态电池、聚合物固态电池。其中聚合物固态电池，因其具有良好的电导率，且制作工艺接近现有锂离子电池制作工艺，且采用聚合物电解质制作的固态电池具有较高的安全性和稳定性，目前成为了我国各科研院所、电池企业、车企的主要研究方向。但是上述三种固态电解质，均具有一定的优势和局限。
与传统的采用液态电解液的锂电池相比，固态电池中由于固态电解质与正极之间的界面问题，会导致固态电池的电性能相对较差。本发明主要针对固态电池具有的界面性能问题进行改进，提高界面稳定性、降低界面电阻，从而达到改善固态电池界面性能的目的。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种具有稳定界面性能的半固态电池及其制作方法。
实现本发明目的的技术方案是：
一种具有稳定界面性能的半固态电池，具有复合正极片、半固态电解质、负极片；所述复合正极片由正极片和表面涂层构成，表面涂层是通过将低聚物材料涂布于极片表面制得，所述低聚物材料在高于其熔点的温度下，形成熔融态，然后将熔融态低聚物材料涂布于正极片表面，待低聚物材料恢复室温后，得到具有表面涂层的复合正极片。
进一步的，所述半固态电解质由锂盐、聚合物材料A、增塑剂组成。
进一步的，所述低聚物材料为具有低熔点特性的聚酯类聚合物，所述表面涂层厚度为5～15μm。
进一步的，所述聚合物材料A为PVDF、PECA、PET、PVN、PTMC中的两种；所述锂盐为双锂盐，锂盐为LiPF6、LiTFSI、LiFSI、LiDFOB、LiBF4中的两种；所述增塑剂为SN、DMF、EC、EMC、NMP中的一种。
进一步的，所述负极片为石墨、锂金属、锂合金、硅材料中的一种。
进一步的，所述负极片为石墨或硅材料时，所述负极片与半固态电解质间滴加溶剂1，用于提高负极界面稳定性，所述溶剂C为EC、DEC、EMC、DMC、PC、FEC中的一种或多种。
进一步的，所述负极片为锂金属或锂合金时，所述负极片表面喷涂一层具有良好抗氧化性的聚合物材料B。
一种用于制作如权利要求1所述具有稳定界面性能的半固态电池的方法，具体制作步骤为：
S1.将正极活性材料、导电剂、粘结剂、溶剂D混合均匀，并涂布于正极集流体表面，经过压制后，得到正极片；
S2.将低熔点的聚酯类聚合物1，在高于其熔点温度下形成熔融态，并保温30min后，将其涂覆于S1步骤获得的正极片表面，待聚合物恢复室温后，得到复合正极片；
S3.将锂盐、聚合物材料A、增塑剂经磁力搅拌均匀后，得到半固态电解质；
S4.负极片材料为锂金属或锂合金时，将聚合物材料B经喷涂至负极片表面；负极片材料为石墨、硅材料时，组装时负极片与固态电解质间将滴加溶剂C；
S5.将S2步骤获得的复合正极片装入扣电正极壳中，滴入S3步骤制得的半固态电解质，将S4步骤制得的负极片置于半固态电解质上，将负极壳安装后，得到半固态电池。
采用上述技术方案后，本发明具有以下积极的效果：
(1)本发明正极片表面包覆聚合物涂层，能够有效的改善电池在充放电过程中，由于正极体积变化而产生的应力，并抑制聚合物电解质氧化分解副反应的发生，可以有效的保持正极活性材料的结构，改善电池的循环寿命。
(2)本发明固态电解质材料采用双锂盐，能够有效的调节聚合物电解质与极片间的稳定性，并有效的防止正极集流体的腐蚀。
(3)本发明石墨或硅负极表面滴入溶剂，锂金属或锂合金表面喷涂涂层，能够有效的改善负极与电解质的界面性能。
具体实施方式
一种具有稳定界面性能的半固态电池，具有复合正极片、半固态电解质、负极片；所述复合正极片由正极片和表面涂层构成，表面涂层是通过将低聚物材料涂布于极片表面制得，所述低聚物材料在高于其熔点的温度下，形成熔融态，然后将熔融态低聚物材料涂布于正极片表面，待低聚物材料恢复室温后，得到具有表面涂层的复合正极片。所述半固态电解质由锂盐、聚合物材料A、增塑剂组成。所述低聚物材料为具有低熔点特性的聚酯类聚合物，所述表面涂层厚度为5～15μm。所述聚合物材料A为PVDF、PECA、PET、PVN、PTMC中的两种；所述锂盐为双锂盐，锂盐为LiPF6、LiTFSI、LiFSI、LiDFOB、LiBF4中的两种；所述增塑剂为SN、DMF、EC、EMC、NMP中的一种。所述负极片为石墨、锂金属、锂合金、硅材料中的一种。所述负极片为石墨或硅材料时，所述负极片与半固态电解质间滴加溶剂1，用于提高负极界面稳定性，所述溶剂C为EC、DEC、EMC、DMC、PC、FEC中的一种或多种。所述负极片为锂金属或锂合金时，所述负极片表面喷涂一层具有良好抗氧化性的聚合物材料B。
一种用于制作上述具有稳定界面性能的半固态电池的方法，具体制作步骤为：
S1.将正极活性材料、导电剂、粘结剂、溶剂D混合均匀，并涂布于正极集流体表面，经过压制后，得到正极片；
S2.将低熔点的聚酯类聚合物1，在高于其熔点温度下形成熔融态，并保温30min后，将其涂覆于S1步骤获得的正极片表面，待聚合物恢复室温后，得到复合正极片；
S3.将锂盐、聚合物材料A、增塑剂经磁力搅拌均匀后，得到半固态电解质；
S4.负极片材料为锂金属或锂合金时，将聚合物材料B经喷涂至负极片表面；负极片材料为石墨、硅材料时，组装时负极片与固态电解质间将滴加溶剂C；
S5.将S2步骤获得的复合正极片装入扣电正极壳中，滴入S3步骤制得的半固态电解质，将S4步骤制得的负极片置于半固态电解质上，将负极壳安装后，得到半固态电池。
实施例1
固态电池具体制作步骤为：
S1.将正极活性材料NCM622、导电剂SP、粘结剂PVDF、溶剂NMP混合均匀，并涂布于正极集流体铝箔表面，经过压制后，得到正极片；
S2.将聚(1,4-丁二醇丁二酸)酯，在高于其熔点温度下形成熔融态，并保温30min后，将其涂覆于S1步骤获得的正极片表面，待聚合物恢复室温后，得到复合正极片；
S3.将锂盐LiPF6+LiTFSI(1:1)、PVDF、EC/EMC经磁力搅拌均匀后，得到半固态电解质；
S4.将负极活性材料石墨、导电剂SP、粘结剂CMC、SBR、去离子混合均匀，并涂布于负极集流体铜箔表面，经过压制，得到负极片；
S5.将S2步骤获得的复合正极片装入扣电正极壳中，滴入S3步骤制得的半固态电解质，将S4步骤制得的负极片置于半固态电解质上，将负极壳安装后，得到半固态电池。
实施例2
固态电池具体制作步骤为：
S1.将正极活性材料LFP、导电剂SP、粘结剂PVDF、溶剂NMP混合均匀，并涂布于正极集流体泡沫铝表面，经过压制后，得到正极片；
S2.将聚己二酸乙二醇酯，在高于其熔点温度下形成熔融态，并保温30min后，将其涂覆于S1步骤获得的正极片表面，待聚合物恢复室温后，得到复合正极片；
S3.将锂盐LiDFOB+LiTFSI(2:1)、PTMC、EC/EMC经磁力搅拌均匀后，得到半固态电解质；
S4.将负极活性材料石墨、导电剂SP、粘结剂CMC、SBR、去离子混合均匀，并涂布于负极集流体泡沫铜表面，经过压制，得到负极片；
S5.将S2步骤获得的复合正极片装入扣电正极壳中，滴入S3步骤制得的半固态电解质，将S4步骤制得的负极片置于半固态电解质上，将负极壳安装后，得到半固态电池。
实施例3
固态电池具体制作步骤为：
S1.将正极活性材料NCA、导电剂SP、粘结剂PVDF、溶剂NMP混合均匀，并涂布于正极集流体泡沫铝表面，经过压制后，得到正极片；
S2.将聚己二酸乙二醇酯，在高于其熔点温度下形成熔融态，并保温30min后，将其涂覆于S1步骤获得的正极片表面，待聚合物恢复室温后，得到复合正极片；
S3.将锂盐LiDFOB+LiPF6(1:1)、PVN、EC/EMC经磁力搅拌均匀后，得到半固态电解质；
S4.将负极活性材料石墨、导电剂SP、粘结剂CMC、SBR、去离子混合均匀，并涂布于负极集流体泡沫铜表面，经过压制，得到负极片；
S5.将S2步骤获得的复合正极片装入扣电正极壳中，滴入S3步骤制得的半固态电解质，将S4步骤制得的负极片置于半固态电解质上，将负极壳安装后，得到半固态电池。
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)
1.一种具有稳定界面性能的半固态电池，具有复合正极片、半固态电解质、负极片；其特征在于：所述复合正极片由正极片和表面涂层构成，表面涂层是通过将低聚物材料涂布于极片表面制得，所述低聚物材料在高于其熔点的温度下，形成熔融态，然后将熔融态低聚物材料涂布于正极片表面，待低聚物材料恢复室温后，得到具有表面涂层的复合正极片。
2.根据权利要求1所述的具有稳定界面性能的半固态电池，其特征在于：所述半固态电解质由锂盐、聚合物材料A、增塑剂组成。
3.根据权利要求1所述的具有稳定界面性能的半固态电池，其特征在于：所述低聚物材料为具有低熔点特性的聚酯类聚合物，所述表面涂层厚度为5～15μm。
4.根据权利要求2所述的具有稳定界面性能的半固态电池，其特征在于：所述聚合物材料A为PVDF、PECA、PET、PVN、PTMC中的两种；所述锂盐为双锂盐，锂盐为LiPF6、LiTFSI、LiFSI、LiDFOB、LiBF4中的两种；所述增塑剂为SN、DMF、EC、EMC、NMP中的一种。
5.根据权利要求1所述的具有稳定界面性能的半固态电池，其特征在于：所述负极片为石墨、锂金属、锂合金、硅材料中的一种。
6.根据权利要求5所述的具有稳定界面性能的半固态电池，其特征在于：所述负极片为石墨或硅材料时，所述负极片与半固态电解质间滴加溶剂1，用于提高负极界面稳定性，所述溶剂C为EC、DEC、EMC、DMC、PC、FEC中的一种或多种。
7.根据权利要求5所述的具有稳定界面性能的半固态电池，其特征在于：所述负极片为锂金属或锂合金时，所述负极片表面喷涂一层具有良好抗氧化性的聚合物材料B。
8.一种用于制作如权利要求1所述具有稳定界面性能的半固态电池的方法，其特征在于：
具体制作步骤为：
S1.将正极活性材料、导电剂、粘结剂、溶剂D混合均匀，并涂布于正极集流体表面，经过压制后，得到正极片；
S2.将低熔点的聚酯类聚合物1，在高于其熔点温度下形成熔融态，并保温30min后，将其涂覆于S1步骤获得的正极片表面，待聚合物恢复室温后，得到复合正极片；
S3.将锂盐、聚合物材料A、增塑剂经磁力搅拌均匀后，得到半固态电解质；
S4.负极片材料为锂金属或锂合金时，将聚合物材料B经喷涂至负极片表面；负极片材料为石墨、硅材料时，组装时负极片与固态电解质间将滴加溶剂C；
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