一种固态锂离子电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种固态锂离子电池及其制备方法，属于锂离子技术领域。本发明专利技术的电池包括电芯，电芯是将一体化正极片、一体化负极片叠加后热压形成；正极片的正极活性材料层和负极片的负极活性材料层中均含有离子导电聚合物；正极活性材料层中离子导电聚合物选自聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、主链含活性基团且主链连接有侧基的聚合物中的一种或任意组合；活性基团选自氟、氰基、含苯环基团中的一个或多个基团；负极活性材料层中离子导电聚合物为聚碳酸酯和/或含有聚醚链段的聚合物。本发明专利技术的电池为正、负极匹配不同的离子导电聚合物，能够避免充放电过程中与聚合物有关副反应的发生，提高固态锂离子电池的循环性能并降低阻抗。环性能并降低阻抗。环性能并降低阻抗。

Solid state lithium ion battery and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种固态锂离子电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种固态锂离子电池及其制备方法，属于锂离子电池


技术介绍

[0002]锂离子电池因其高能量密度、高的工作电压、使用寿命长、功率高、携带方便等优点广泛应用数码智能领域。另外，随着整个国际社会对电动化出行的推广，纯电动汽车和混合电动汽车得到飞速发展，高能量密度的电池也被视为电动汽车的核心元素之一。因此，设计具有轻质、高电压、高能量密度特征的锂离子电池成为行业发展趋势。
[0003]目前，在已经商业化锂离子电池中，其电芯主要包括正极片、负极片、隔膜和电解质。其中电解质由易挥发、易燃烧的有机液态溶剂和稳定性较差的锂盐LiPF6组成，使得电池易发生燃烧、爆炸等事故；而隔膜的主要成分是聚乙烯或聚丙烯，在高温(130℃)下易收缩，造成电池内部大面积短路，引起安全事故。为解决液态锂离子电池的安全问题，科研工作者纷纷寄希望于固态电池。相比液态锂离子电池，聚合物固态电解质由于具有质轻、易成膜、耐热性好、抗压、抗冲击等优势，使得固态锂离子电池具有能量密度高、安全性能好等优点。
[0004]在固态锂离子电池中，电解质与极片之间是以固-固形式接触，使得离子传输阻力变大，导致固态电池界面阻抗大。为了解决该问题，申请公布号为CN108232318A的中国专利技术专利申请公开了一种全固态动力锂离子电池的制备方法，该方法首先将正极活性材料、导电剂、粘结剂、聚合物电解质溶解在溶剂中，制备成正极浆料，并涂敷于正极集流体上，经热处理和辊压处理得到正极片；然后将负极材料、导电剂、粘结剂、聚合物电解质溶解在溶剂中，制备成负极浆料，并涂覆于负极集流体上，经热处理和辊压处理得到负极片；然后将聚合物电解质、填料、锂盐溶解于溶剂中，制备成电解质溶液；将上述电解质溶液涂覆于正极片或负极片表面，经热处理，得到带有电解质层的正极片或负极片；最后采用卷绕或叠片的方式，将正极片和负极片组装成全固态锂离子电池。该方法通过在正负极极片中添加离子导电聚合物改善固态电解质与极片的接触面积，来降低电解质-极片界面电阻。但该方法在正负极极片的活性材料层中采用离子导电聚合物为同一种聚合物，由于常用的聚合物基固态电解质具有较窄的电化学窗口，即聚合物材料很难同时兼顾高电位与低电位下的电化学稳定性。例如，在高电压下与正极稳定的离子导电聚合物往往容易与满电态、活性高、电位低的负极发生反应；而与满电态、活性高、电位低的负极稳定的离子导电聚合物往往在容易在高电位下被氧化。此外，某些正极活性材料如高镍三元材料具有很强的催化作用，使得离子导电聚合物与高镍三元材料的化学稳定性较差。这些都使得上述现有技术中制得的固态锂离子电池在充放电过程中阻抗变大、循环性能变差。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种阻抗小且循环性能良好的固态锂离子电池。
[0006]本专利技术还提供了一种固态锂离子电池的制备方法，能够进一步降低固态锂离子电
池的界面阻抗。
[0007]为了实现以上目的，本专利技术的固态锂离子电池所采用的技术方案是：
[0008]一种固态锂离子电池，包括电芯，所述电芯是将一体化正极片、一体化负极片叠加后热压形成；所述一体化正极片包括正极片和设置在正极片上的第一固态电解质层，所述一体化负极片包括负极片和设置在负极片上的第二固态电解质层；
[0009]一体化正极片的第一固态电解质层和/或一体化负极片的第二固态电解质层上设置有界面缓冲材料层；
[0010]所述正极片包括正极活性材料层，所述正极活性材料层含有第一聚合物固态电解质，第一聚合物固态电解质包括离子导电聚合物和锂盐；所述第一聚合物固态电解质中的离子导电聚合物选自聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、主链含活性基团且主链连接有侧基的聚合物中的一种或任意组合；所述活性基团选自醚氧基团、醚硫基团、羰基基团中的一种或几种，所述侧基选自氟、氰基、含苯环基团中的一种或多种基团；
[0011]所述负极片包括负极活性材料层；所述负极活性材料层含有第二聚合物固态电解质；第二聚合物固态电解质包括离子导电聚合物和锂盐；所述第二聚合物固态电解质中的离子导电聚合物为聚碳酸酯和/或含有聚醚链段的聚合物。
[0012]本专利技术的固态锂离子电池，通过在正、负极片的活性材料层中添加离子导电聚合物改善正、负极片与固态电解质层之间的接触能力，降低界面阻抗；并通过在正活性材料层中使用耐高压氧化且化学性质稳定的离子导电聚合物，在负极活性材料层中使用耐还原的离子导电聚合物；其中正极片中采用的离子导电聚合物不仅能避免其在高电位下被氧化，还能避免被高价态镍元素催化分解，使其在采用含高价镍的正极活性材料时具有更好的稳定性，负极片采用的离子导电聚合物良好的耐还原性能够保证其在低电位时不会发生还原分解。因此，本专利技术的固态锂离子电池为正、负极匹配不同的离子导电聚合物，能够避免充放电过程中与聚合物有关的副反应的发生，提高了固态锂离子电池的循环性能，并降低了阻抗。此外，本专利技术的固态锂离子电池在一体化正极片的第一固态电解质层和/一体化负极片的第二固态电解质层上设置界面缓冲材料后叠加制成电芯，能够进一步降低界面阻抗。
[0013]优选的，所述正极活性材料层还包括正极活性材料和导电剂；正极活性材料层中，正极活性材料、导电剂和第一聚合物固态电解质的质量比为70～95:1～5:3～30。进一步优选的，所述正极活性材料层中还包括粘结剂，粘结剂与正极活性材料的质量之比不大于3:70。
[0014]优选的，所述负极活性材料层还包括负极活性材料和导电剂；负极活性材料层中，负极活性材料、导电剂和第二聚合物固态电解质的质量比为70～95:1～5:3～30。进一步优选的，所述负极活性材料层中还包括粘结剂，粘结剂与负极活性材料的质量之比不大于3:70。
[0015]优选的，主链含活性基团且主链连接有侧基的聚合物选自聚乙氧基乙基-2-氰基丙烯酸酯、聚3-乙氧基-2-氰基丙烯酸乙酯、全氟聚醚中的一种或任意组合。
[0016]聚碳酸酯以及含有聚醚链段的聚合物低电位稳定，耐还原性良好。优选的，第二聚合物固态电解质中的离子导电聚合物为聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚碳酸丙烯酯、聚碳酸乙烯酯、聚醚链段改性的聚硅氧烷、聚醚链段改性的聚丙烯酸酯、聚醚链段改性的聚碳酸酯、聚醚链段改性的聚烯烃中的任意一种或任意组合。
[0017]采用聚合电解质层能够进一步极片与固态电解质层之间的界面阻抗。对于以上任意的固态锂离子电池，优选的，所述第一固态电解质层为聚合物固态电解质层，包括锂盐和第一离子导电聚合物；所述第一离子导电聚合物选自聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、主链含活性基团且主链连接有侧基的聚合物中的一种或任意组合；第一离子导电聚合物中，活性基团选自醚氧基团、醚硫基团、羰基基团中的一种或几种，侧基选自氟、氰基、含苯环基团中的一种或多种基团。所述第二固态电解质层为聚合物固态电解质层，包括锂盐和第二离子导电聚合物；所述第二离子导电聚合物为聚碳酸酯和/或含有聚醚链段的聚合物。分别在第一固态本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固态锂离子电池，包括电芯，其特征在于：所述电芯是将一体化正极片、一体化负极片叠加后热压形成；所述一体化正极片包括正极片和设置在正极片上的第一固态电解质层，所述一体化负极片包括负极片和设置在负极片上的第二固态电解质层；一体化正极片的第一固态电解质层和/或一体化负极片的第二固态电解质层上设置有界面缓冲材料层；所述正极片包括正极活性材料层，所述正极活性材料层含有第一聚合物固态电解质，第一聚合物固态电解质包括离子导电聚合物和锂盐；所述第一聚合物固态电解质中的离子导电聚合物选自聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、主链含活性基团且主链连接有侧基的聚合物中的一种或任意组合；所述活性基团选自醚氧基团、醚硫基团、羰基基团中的一种或几种，所述侧基选自氟、氰基、含苯环基团中的一种或多种基团；所述负极片包括负极活性材料层；所述负极活性材料层含有第二聚合物固态电解质；第二聚合物固态电解质包括离子导电聚合物和锂盐；所述第二聚合物固态电解质中的离子导电聚合物为聚碳酸酯和/或含有聚醚链段的聚合物。2.根据权利要求1所述的固态锂离子电池，其特征在于：主链含活性基团且主链连接有侧基的聚合物选自聚乙氧基乙基-2-氰基丙烯酸酯、聚3-乙氧基-2-氰基丙烯酸乙酯、全氟聚醚中的一种或任意组合。3.根据权利要求1所述的固态锂离子电池，其特征在于：第二聚合物固态电解质中的离子导电聚合物为聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚碳酸丙烯酯、聚碳酸乙烯酯、聚醚链段改性的聚硅氧烷、聚醚链段改性的聚丙烯酸酯、聚醚链段改性的聚碳酸酯、聚醚链段改性的聚烯烃中的任意一种或任意组合。4.根据权利要求1～3中任意一项所述的固态锂离子电池，其特征在于：所述第一固态电解质层为聚合物固态电解质层，包括锂盐和第一离子导电聚合物；所述第一离子导电聚合物选自聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、...

【专利技术属性】
技术研发人员：李帅鹏，张二勇，周时国，
申请(专利权)人：郑州宇通客车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：