一种半固态锂离子电池制造技术

本发明专利技术公开了一种半固态锂离子电池，所述半固态锂离子电池包括正极、负极、隔膜和电解质，所述正极的活性材料为2,3,5,6

【技术实现步骤摘要】
一种半固态锂离子电池


[0001]本专利技术属于新能源材料
，具体涉及一种半固态锂离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池自从上世纪90年代开始商业化以来，在这30年间飞速发展，已成为现代社会必不可少的储能设备，尤其是在手机、电脑等小型可移动设备领域具有不可或缺的地位。与此同时，随着地球化石能源危机逼近及近年来对清洁能源、环境保护等方面的重视，具有工作电压高、环境污染小、可循环充放电的锂离子二次电池作为绿色化学电源得到了更多的关注。然而，目前传统的液态锂离子电池能量密度较低(<200Wh Kg
‑
1)，逐渐难以满足消费领域内对储能设备的需要，尤其是在动力电池领域，开发能应用于电动汽车的锂电池组迫在眉睫。新一代高比能锂电池是未来储能器件发展的方向之一，而这需要新兴高容量电极材料的开发及电池安全问题的改善。
[0003]近年来，有机电极材料电池由于具有较高的理论比容量、易降解无污染而受到了广泛关注，但严重的副反应(穿梭效应)带来的容量快速衰减，使得其循环稳定性较差。此外，由于使用有机电解液，有机电极组成的液态电池本身就存在着电极材料溶解、漏液、可燃、爆炸等一系列隐患，使得其难以在实际应用中得到推广。而考虑用固态电解质替代有机液体电解质可以有效缓解这些问题，区别于电极材料在电解液中的固液传质，在固态电解质中的固固传质路线可以有效减缓副反应的发生，从根本上改善有机电极材料的溶解问题。然而制备出高离子电导率、低界面阻抗、机械强度好的固态聚合物电解质仍面临着巨大的挑战。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种半固态锂离子电池，具有很好的循环性能和较高的比容量。
[0005]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]本专利技术公开了一种半固态锂离子电池，所述半固态锂离子电池包括正极、负极、隔膜和电解质，所述正极的活性材料为2,3,5,6
‑
四氟
‑
7,7',8,8'
‑
四氰二甲基对苯醌，所述电解质为固液混合电解质；
[0007]所述固液混合电解质由以下方法制备：
[0008](1)将聚氧化乙烯、锂盐和纳米级氧化物颗粒在溶剂中混合，形成白色溶胶，再将白色溶胶干燥，得到固态电解质膜；
[0009](2)将锂盐溶于离子液体中，得到离子电解液；
[0010](3)将步骤(2)得到的离子电解液滴加到步骤(1)得到的固态电解质膜上，得到所述固液混合电解质。
[0011]作为优选的技术方案，所述聚氧化乙烯的分子量为60
‑
700w。
[0012]作为优选的技术方案，所述聚氧化乙烯的分子量为400w。
[0013]作为优选的技术方案，所述锂盐为高氯酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双二氟磺酰亚胺锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂中的一种或多种。
[0014]作为优选的技术方案，所述离子液体为1
‑
甲基
‑1‑
丙基吡咯烷双(三氟甲磺酰)亚胺、1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑三氟甲磺酸盐离子液体、N
‑
甲基
‑
N
‑
丙(丁)基哌啶三氟甲基磺酰亚胺、1
‑
丁基
‑3‑
甲基
‑
咪唑六氟磷酸、1
‑
丁基
‑3‑
甲基
‑
咪唑四氟硼酸、1
‑
乙基
‑1‑
甲基哌啶二(三氟甲基磺酰)亚胺盐、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸亚乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、丙酸甲酯、氟代碳酸乙烯酯中的一种或多种。
[0015]作为优选的技术方案，所述正极还包括导电剂和粘结剂。
[0016]作为优选的技术方案，所述粘结剂为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、丁苯橡胶乳液、羧甲基纤维素、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚丙烯酸酯中的一种或多种。
[0017]作为优选的技术方案，所述导电剂为导电炭黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管、科琴黑、石墨烯、乙炔黑中的一种或多种。
[0018]作为优选的技术方案，所述负极为金属锂片和锂合金中的一种。
[0019]作为优选的技术方案，所述纳米级氧化物颗粒为锂镧钛氧、锂镧锆氧、锂磷氮氧、氧化铝、二氧化钛中的一种或多种。
[0020]本专利技术的有益效果在于：
[0021]本专利技术的半固态锂离子电池是基于PEO的固液混合电解质与F4TCNQ有机高电压材料组成的，F4TCNQ有机高电压材料在2
‑
3.6V的电压区间保证了较高的充放电比容量，而引入的PEO基固态电解质能有效抑制F4TCNQ在电化学过程中发生的溶解，在固态电解质膜上添加离子电解液改善了正负极与电解质层之间的阻抗，这些技术手段协同作用，大大提升了半固态锂离子电池的电化学性能。
[0022]实验数据证明，本专利技术的半固态锂离子电池具有很好的循环性能和较高的比容量。
附图说明
[0023]为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：
[0024]图1为实施例1制备的半固态锂离子电池在25℃、10mA/g条件下的循环测试图；
[0025]图2为实施例2制备的半固态锂离子电池在25℃、10mA/g条件下的循环测试图；
[0026]图3为实施例3制备的半固态锂离子电池在25℃、10mA/g条件下的循环测试图；
[0027]图4为实施例4制备的半固态锂离子电池在25℃、10mA/g条件下的循环测试图；
[0028]图5为对比例1制备的锂离子电池在25℃、10mA/g条件下的循环测试图；
[0029]图6为实施例1
‑
4中得到的固态电解质膜的电导率随温度变化图；
[0030]图7为实施例1
‑
4中得到的固态电解质膜在0.05mV/s扫速、2
‑
5V电压下的LSV曲线。
具体实施方式
[0031]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。
[0032]在下述实施例和对比例中，如无特殊说明，所有原料均来自于商购或者通过本领域的常规方法得到。
[0033]其中，负极选用商业化制备的锂片，隔膜采用购入的celgard2400锂电池隔膜。2,3,5,6
‑
四氟
‑
7,7',8,8'
‑
四氰二甲基对苯醌(F4TCNQ)为市售商品，其结构式为：
[0034][0035]聚氧化乙烯(PEO)为市售分子量分别为60w、100w、400w、700w的商品，其结构式为：
[0036][0037]实施例1
[0038]1、正极的制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半固态锂离子电池，所述半固态锂离子电池包括正极、负极、隔膜和电解质，其特征在于：所述正极的活性材料为2,3,5,6
‑
四氟
‑
7,7',8,8'
‑
四氰二甲基对苯醌，所述电解质为固液混合电解质；所述固液混合电解质由以下方法制备：(1)将聚氧化乙烯、锂盐和纳米级氧化物颗粒在溶剂中混合，形成白色溶胶，再将白色溶胶干燥，得到固态电解质膜；(2)将锂盐溶于离子液体中，得到离子电解液；(3)将步骤(2)得到的离子电解液滴加到步骤(1)得到的固态电解质膜上，得到所述固液混合电解质。2.根据权利要求1所述的半固态锂离子电池，其特征在于：所述聚氧化乙烯的分子量为60
‑
700w。3.根据权利要求2所述的半固态锂离子电池，其特征在于：所述聚氧化乙烯的分子量为400w。4.根据权利要求1所述的半固态锂离子电池，其特征在于：所述锂盐为高氯酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双二氟磺酰亚胺锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的半固态锂离子电池，其特征在于：所述离子液体为1
‑
甲基
‑1‑
丙基吡咯烷双(三氟甲磺酰)亚胺、1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑三氟甲磺酸盐离...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓雯雯，汤梦成，施伟博，
申请(专利权)人：苏州科技大学，
类型：发明
国别省市：