一种固态电池制造技术

为克服现有固态电池中电解质分解导致的循环劣化，影响电池稳定性的问题，本发明专利技术提供了一种固态电池，包括正极、负极以及位于所述正极和所述负极之间的固态电解质；所述正极包括正极活性材料，所述正极活性材料的粒度D50为100nm～200μm；所述固态电解质包括聚合物和电解质添加剂，所述电解质添加剂包括以下结构式所示化合物：。上述正极活性材料和电解质添加剂存在协同作用，能够有效促进正极表面与结构式1所示的电解质添加剂反应生成致密的SEI膜，且该SEI膜的化学稳定性较高，减少正极活性材料与电解质中的聚合物的直接接触，从而降低聚合物的分解，有效提升了固态电解质中聚合物的化学稳定性。升了固态电解质中聚合物的化学稳定性。升了固态电解质中聚合物的化学稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种固态电池


[0001]本专利技术属于二次电池
，具体涉及一种固态电池。

技术介绍

[0002]相比于铅酸、镍铬电池等传统电化学能源器件，锂离子电池因具有能量密度高、工作电压高、无记忆效应、循环寿命长和环境友好等优点，已是运用最广泛的商业储能体系。虽然传统的液态锂离子电池具备良好的离子导电率和浸润性，但同时也存在着热稳定性差、易燃、易漏液等安全问题。具有更高的能量密度和优异的安全性能的固态电解质成为代替液态电解质解决上述解决问题的潜在最佳方法。聚合物电解质使用相对柔性的有机物，与电极材料界面接触良好，同时兼容现有的锂离子电池生产设备，是最有可能实现规模化应用的固态电池体系。
[0003]目前，在高电压固态锂电池体系的研究领域，需要提升电池在高电压下循环稳定性，研究的焦点通常在于正极材料本身，例如采用正极材料包覆的方法减少电解质的分解等副反应的发生，而对聚合物固态电解质内部的副反应过程及其抑制方法的研究较少。传统的聚合物电解质中通常采用双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)，根据文献Faglioni F,Merinov B V,Goddard W A,et al.Physical Chemistry Chemical Physics,2018,20(41):26098-26104以及Nie K,Wang X,Qiu J,et al.Pushing PEO Stability Up to 4.5V by Surface Coating of Cathode[J].ACS Energy Letters,2020,5(3),826-832所记载的，电解质的氧化分解初始发生在正极附近，聚合物PEO释放的氢原子与锂盐LiTFSI的阴离子结合，生成强酸HTFSI，一方面HTFSI会进攻PEO，引起聚合物断链，且HTFSI降低了离子电导率，增大正极表面电压降，会加剧聚合物的分解；另一方面HTFSI会腐蚀正极如LCoO2材料以及正极与电解质的界面。因此，在高电压下聚合物电解质的化学(电化学)分解与锂盐的关联密切，抑制锂盐对聚合物分解的促进作用对提升聚合物电解质在高电压下的化学(电化学)稳定性至关重要。

技术实现思路

[0004]针对现有固态电池中电解质分解导致的循环劣化，影响电池稳定性的问题，本专利技术提供了一种固态电池。
[0005]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
[0006]本专利技术提供了一种固态电池，包括正极、负极以及位于所述正极和所述负极之间的固态电解质；
[0007]所述正极包括正极活性材料，所述正极活性材料的粒度D50为100nm～200μm；
[0008]所述固态电解质包括聚合物和电解质添加剂，所述电解质添加剂包括以下结构式所示化合物：
[0009][0010]其中，R1和R3各自独立地选自R4选自S或Se；R5选自C、Si、Ge、Sn、S或Se；R2选自具有部分氢或全部氢被其它元素或基团取代的碳链或芳香环；M1选自N、B、P、As、Sb或Bi；M2选自Li、Na、K、Ru、Cs、Fr、Al、Mg、Zn、Be、Ca、Sr、Ba或Ra，n选自1、2或3。
[0011]可选的，所述正极活性材料的比表面积BET为0.1～20m2/g。
[0012]可选的，所述正极活性材料的粒度D50为200nm～100μm，比表面积BET为0.15～15m2/g。
[0013]可选的，R2选自部分氢或全部氢被卤族元素或卤代烃基取代的1-4个碳的饱和或不饱和碳链、部分氢或全部氢被卤族元素或卤代烃基取代的芳香环。
[0014]可选的，R2选自部分氢或全部氢被氟元素或氟代烃基取代的1-4个碳的饱和或不饱和碳链、部分氢或全部氢被氟元素或氟代烃基取代的芳香环。
[0015]可选的，所述电解质添加剂包括以下化合物中的一种或多种：
[0016][0017][0018][0019][0020][0021]可选的，以所述固态电解质总质量为100％计算，所述电解质添加剂的含量为1％-60％。
[0022]可选的，所述聚合物为极性聚合物，所述聚合物包括环氧烷烃类单体、硅氧烷类单体、烯烃类单体、丙烯酸酯类单体、羧酸酯类单体、碳酸酯类单体、酰胺类单体、膦腈类单体、含腈基单体中的至少两种作为重复单元构成的共聚物及其卤代物、聚环氧烷烃类聚合物及其卤代物、聚硅氧烷类聚合物及其卤代物、聚烯烃类聚合物及其卤代物、聚丙烯酸酯类聚合物及其卤代物、聚羧酸酯类聚合物及其卤代物、聚碳酸酯类聚合物及其卤代物、聚酰胺类聚合物及其卤代物、聚膦腈类聚合物及其卤代物、含腈基聚合物及其卤代物中的一种或多种。
[0023]可选的，以所述固态电解质的总质量为100％计，所述聚合物的质量百分含量为25％-90％。
[0024]可选的，所述固态电解质还包括有锂盐，所述锂盐包括LiBr、LiI、LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiSCN、LiB
10
Cl
10
、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiBF2C2O4、LiB(C2O4)2、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2F)2、LiN(SO2F)(SO2CF3)、LiC(SO2CF3)3、LiPF2(C2O4)中的一种或多种；
[0025]以所述固态电解质的总质量为100％计，所述锂盐的质量百分含量为10-70％。
[0026]可选的，所述正极活性材料包括磷酸盐化合物、锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂镍锰钴氧化物、锂锰氧化物或其固溶体、氧化钛、氧化钒、二氧化锰、二硫化铁、二硫化钛、硫化钼和硫中的一种或多种。
[0027]根据本专利技术提供的固态电池，采用如结构式1所示化合物作为电解质添加剂时，同时采用粒度D50为100nm～200μm的正极活性材料，专利技术人通过大量实验发现，当固态电解质与所述正极贴合时，上述正极活性材料和电解质添加剂存在协同作用，能够有效促进正极表面与结构式1所示的电解质添加剂反应生成致密的SEI膜，且该SEI膜的化学稳定性较高，减少正极活性材料与电解质中的聚合物的直接接触，从而降低聚合物的分解，有效提升了固态电解质中聚合物的化学稳定性，进而有效提高电池的循环稳定性。
具体实施方式
[0028]为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0029]本专利技术实施例提供了一种固态电池，包括正极、负极以及位于所述正极和所述负极之间的固态电解质；
[0030]所述正极包括正极活性材料，所述正极活性材料的粒度D50为100nm～200μm；
[0031]所述固态电解质包括聚合物和电解质添加剂，所述电解质添加剂包括以下结构式所示化合物：
[0032][0033]其中，R1和R3各自独立地选自R4选自S或Se；R5选自C、Si、Ge、Sn、S或Se；R2选自具有部分氢或全部氢被其它元素或基团取代的碳链或本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固态电池，其特征在于，包括正极、负极以及位于所述正极和所述负极之间的固态电解质；所述正极包括正极活性材料，所述正极活性材料的粒度D50为100nm～200μm；所述固态电解质包括聚合物和电解质添加剂，所述电解质添加剂包括以下结构式所示化合物：其中，R1和R3各自独立地选自R4选自S或Se；R5选自C、Si、Ge、Sn、S或Se；R2选自具有部分氢或全部氢被其它元素或基团取代的碳链或芳香环；M1选自N、B、P、As、Sb或Bi；M2选自Li、Na、K、Ru、Cs、Fr、Al、Mg、Zn、Be、Ca、Sr、Ba或Ra，n选自1、2或3。2.根据权利要求1所述的固态电池，其特征在于，所述正极活性材料的比表面积BET为0.1～20m2/g。3.根据权利要求1所述的固态电池，其特征在于，所述正极活性材料的粒度D50为200nm～100μm，比表面积BET为0.15～15m2/g。4.根据权利要求1所述的固态电池，其特征在于，R2选自部分氢或全部氢被卤族元素或卤代烃基取代的1-4个碳的饱和或不饱和碳链、部分氢或全部氢被卤族元素或卤代烃基取代的芳香环。5.根据权利要求4所述的固态电池，其特征在于，所述电解质添加剂包括以下化合物中的一种或多种：
6.根据权利要求1所述的固态电池，其特征在于，以所述固态电解质总质量为100％计算，所述电解质添加剂的含量为1％-60％。7.根据权利要求1所述的固态电池，其特征在于，所述聚合物为极性聚合物，所述聚合物包括环氧烷烃类单体、硅氧烷类单体、...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓永红，刘中波，敖小虎，钱韫娴，王曼，
申请(专利权)人：深圳新宙邦科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：