本发明专利技术提供了一种全固态石墨烯基薄膜锂电池及其制备方法，制备方法包括：在集电极基材上涂覆或生长石墨烯集电极薄膜；在石墨烯集电极薄膜上采用真空磁控溅射的方法依次沉积正极或者负极、固态电解质、负极或者正极、集电极基材薄膜，并在集电极基材薄膜上涂覆或生长石墨烯集电极薄膜，从而可得到单节电池；在得到单节电池之后，重复执行上述沉积的操作和涂覆或生长的操作，即可得到多节串联电池、多节并联电池或者多节串并联混合的电池。利用上述方法制备的电池具有较优界面结合性和协调性，有非常低的界面内阻，减小了接触面电阻，有利于提高电池的能量密度、比能量、比功率、能量效率以及能量保持率。率以及能量保持率。率以及能量保持率。
【技术实现步骤摘要】
全固态石墨烯基薄膜锂电池及其制备方法
[0001]本专利技术涉及大规模储能、动力能源领域，特别是涉及全固态石墨烯基薄膜锂电池及其制备方法。
技术介绍
[0002]锂电池包括锂离子电池，具备重量轻、比能量高等特点，逐步发展成为最具竞争力的电化学电源。现有的锂离子电池内部具有液态电解质，存在着易泄露、易腐蚀、使用寿命短、安全性差、可靠性低等问题，不能完全满足规模化工业储能在安全性方面的要求。以固体电解质替代液态电解液的全固态锂电池，有效地彻底解决了电池的安全性问题。面对新能源储能和智能电网等的需求，近年来具备高安全性的全固态锂电池备受关注。
[0003]然而，固态材料由于具有一定的刚性和强度，在组成电池时，不同固态材料的各个接触面不能完全达到紧密无间隙地完全贴合，使得全固态锂电池的接触面电阻非常高，从而显著降低了电池的性能，这导致全固态电池的能量密度、比能量、比功率、能量效率以及能量保持率均有限，目前的应用主要局限于小型系统的电源，尚无法应用于大容量储能系统，这是全固态电池制造中难以克服的难题。
[0004]因此，如何提供一种新的全固态石墨烯基薄膜锂电池及其制备方法，降低接触面电阻，提高电池的能量密度、比能量、比功率、能量效率以及能量保持率，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现思路
[0005]本专利技术的一个目的是要提供一种至少部分地解决上述问题的全固态石墨烯基薄膜锂电池及其制备方法。
[0006]本专利技术一个进一步的目的是要提供一种新的全固态石墨烯基薄膜锂电池及其制备方法，降低接触面电阻，提高电池的能量密度、比能量、比功率、能量效率以及能量保持率。
[0007]本专利技术另一个进一步的目的是要利用简单的方法实现全固态石墨烯基薄膜锂电池的升压和/或扩容。
[0008]本专利技术又一个进一步的目的是要实现全固态石墨烯基薄膜锂电池中薄膜微观结构向三维立体结构转变，提高电池的容量密度和功率密度比值。
[0009]本专利技术再一个进一步的目的是要提高电池的结构稳定性，延长电池的使用寿命。
[0010]根据本专利技术的一方面，提供了一种全固态石墨烯基薄膜锂电池的制备方法，包括：在集电极基材上涂覆或生长石墨烯集电极薄膜；按照单节电池的结构，在石墨烯集电极薄膜上采用真空磁控溅射的方法依次沉积正极薄膜或者负极薄膜、固态电解质薄膜、负极薄膜或者正极薄膜、集电极基材薄膜，并在集电极基材薄膜上涂覆或生长石墨烯集电极薄膜，从而得到单节电池；或者按照多节串联电池的结构，在石墨烯集电极薄膜上采用真空磁控溅射的方法依次沉积正极薄膜或者负极薄膜、固态电解质薄膜、负极薄膜或者正极薄膜、集
电极基材薄膜，并在集电极基材薄膜上涂覆或生长石墨烯集电极薄膜，且重复执行沉积的操作、以及涂覆或生长的操作，从而得到多节串联电池，其串联节数大于等于两节；或者按照多节并联电池的结构，在石墨烯集电极薄膜上采用真空磁控溅射的方法依次沉积正极薄膜或者负极薄膜、固态电解质薄膜、负极薄膜或者正极薄膜、集电极基材薄膜，并在集电极基材薄膜上涂覆或生长石墨烯集电极薄膜，且重复执行沉积的操作、以及涂覆或生长的操作，从而得到多节并联电池，其并联节数大于等于两节；或者按照多节串并联混合电池的结构，在石墨烯集电极薄膜上采用真空磁控溅射的方法依次沉积正极薄膜或者负极薄膜、固态电解质薄膜、负极薄膜或者正极薄膜、集电极基材薄膜，并在集电极基材薄膜上涂覆或生长石墨烯集电极薄膜，且重复执行沉积的操作、以及涂覆或生长的操作，从而得到多节串、并联混合电池，其串、并联混合节数大于等于四节。
[0011]可选地，涂覆或生长石墨烯集电极薄膜是指涂覆一层或者生长一层厚度为0.5～100μm的石墨烯集电极薄膜，石墨烯集电极薄膜的方块电阻为0.3～100Ω/sq。
[0012]可选地，按照单节电池的结构，在石墨烯集电极薄膜上采用真空磁控溅射的方法依次沉积正极薄膜或者负极薄膜、固态电解质薄膜、负极薄膜或者正极薄膜、集电极基材薄膜，并在集电极基材薄膜上涂覆或生长石墨烯集电极薄膜，是指在磁控溅射连续线上按单节薄膜电池的结构依次布置正极溅射靶材或者负极溅射靶材，固态电解质溅射靶材、负极溅射靶材或者正极溅射靶材、以及集电极基材薄膜的溅射靶材，并按照预设的溅射参数运行磁控溅射连续线，以在石墨烯集电极薄膜上依次沉积单节电池的正极薄膜或者负极薄膜、固态电解质薄膜、负极薄膜或者正极薄膜、集电极基材薄膜，并在集电极基材薄膜上涂覆或生长石墨烯集电极薄膜，其中溅射参数包括真空度和溅射工艺气氛。
[0013]可选地，按照单节电池的结构，在石墨烯集电极薄膜上采用真空磁控溅射的方法依次沉积正极薄膜或者负极薄膜、固态电解质薄膜、负极薄膜或者正极薄膜、集电极基材薄膜，并在集电极基材薄膜上涂覆或生长石墨烯集电极薄膜是指：在沉积正极薄膜时，在真空度抽到设定值后，通入Ar 7sccm～1380sccm，O
2 1.2sccm～880sccm，保持真空度在0.01～0.99Pa进行溅射沉积，使得沉积的正极薄膜厚度在1.5～1250μm；在沉积固态电解质薄膜时，在真空度抽到设定值后，通入Ar 7sccm～1380sccm，O
2 1.2sccm～880sccm，N
2 1.2sccm～880sccm，保持真空度在0.01～0.99Pa进行溅射沉积，使得沉积的固态电解质薄膜厚度在1.5～1450μm；在沉积负极薄膜时，在真空度抽到设定值后，通入Ar 2sccm～1430sccm，保持真空度在0.01～0.99Pa进行溅射沉积，使得沉积的负极薄膜厚度在1.5～1850μm；在沉积集电极基材薄膜时，在真空度抽到设定值后，通入Ar 2sccm～1430sccm，保持真空度在0.01～0.99Pa进行溅射沉积，使得沉积的集电极基材薄膜的厚度在0.355～3.55nm；在沉积集电极基材薄膜之后，在集电极基材薄膜上涂覆或生长石墨烯集电极薄膜。。
[0014]可选地，按照多节串联电池的结构，在石墨烯集电极薄膜上采用真空磁控溅射的方法依次沉积正极薄膜或者负极薄膜、固态电解质薄膜、负极薄膜或者正极薄膜、集电极基材薄膜，并在集电极基材薄膜上涂覆或生长石墨烯集电极薄膜是指在磁控溅射连续线上按多节薄膜电池串联的结构依次布置正极溅射靶材或者负极溅射靶材、固态电解质溅射靶材、负极溅射靶材或者正极溅射靶材、以及集电极基材薄膜的溅射靶材，并按照预设的溅射参数运行磁控溅射连续线，以在石墨烯集电极薄膜上依次沉积多节电池串联的正极薄膜或者负极薄膜、固态电解质薄膜、负极薄膜或者正极薄膜、集电极基材薄膜，并在集电极基材
薄膜上涂覆或生长石墨烯集电极薄膜，其中溅射参数包括真空度和溅射工艺气氛。
[0015]可选地，按照多节串联电池的结构，在石墨烯集电极薄膜上采用真空磁控溅射的方法依次沉积正极薄膜或者负极薄膜、固态电解质薄膜、负极薄膜或者正极薄膜、集电极基材薄膜，并在集电极基材薄膜上涂覆或生长石墨烯集电极薄膜是指：在沉积正极薄膜时，在真空度抽到设定值后，通入Ar 7sccm～1380sccm，O
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.2sccm～880sccm，N
2 1.2sccm～880sccm，保持真空度在0.01～0.99Pa进行溅射沉积，使得沉积的所述固态电解质薄膜厚度在1.5～1450μm；在沉积所述负极薄膜时，在真空度抽到设定值后，通入Ar 2sccm～1430sccm，保持真空度在0.01～0.99Pa进行溅射沉积，使得沉积的所述负极薄膜厚度在1.5～1850μm；在沉积所述集电极基材薄膜时，在真空度抽到设定值后，通入Ar 2sccm～1430sccm，保持真空度在0.01～0.99Pa进行溅射沉积，使得沉积的所述集电极基材薄膜的厚度在0.355～3.55nm；在沉积所述集电极基材薄膜之后，在所述集电极基材薄膜上涂覆或生长所述石墨烯集电极薄膜。5.根据权利要求1所述的制备方法，其中所述按照多节串联电池的结构，在所述石墨烯集电极薄膜上采用真空磁控溅射的方法依次沉积正极薄膜或者负极薄膜、固态电解质薄膜、负极薄膜或者正极薄膜、集电极基材薄膜，并在所述集电极基材薄膜上涂覆或生长所述石墨烯集电极薄膜是指在磁控溅射连续线上按多节薄膜电池串联的结构依次布置正极溅射靶材或者负极溅射靶材、固态电解质溅射靶材、负极溅射靶材或者正极溅射靶材、以及集电极基材薄膜的溅射靶材，并按照预设的溅射参数运行所述磁控溅射连续线，以在所述石墨烯集电极薄膜上依次沉积多节电池串联的正极薄膜或者负极薄膜、固态电解质薄膜、负极薄膜或者正极薄膜、集电极基材薄膜，并在所述集电极基材薄膜上涂覆或生长所述石墨烯集电极薄膜，其中所述溅射参数包括真空度和溅射工艺气氛。6.根据权利要求1所述的制备方法，其中所述按照多节串联电池的结构，在所述石墨烯集电极薄膜上采用真空磁控溅射的方法依次沉积正极薄膜或者负极薄膜、固态电解质薄膜、负极薄膜或者正极薄膜、集电极基材薄膜，并在所述集电极基材薄膜上涂覆或生长所述石墨烯集电极薄膜是指：在沉积所述正极薄膜时，在真空度抽到设定值后，通入Ar 7sccm～1380sccm，O
2 1.2sccm～880sccm，保持真空度在0.01～0.99Pa进行溅射沉积，使得沉积的所述正极薄膜厚度在1.5～1250μm；在沉积所述固态电解质薄膜时，在真空度抽到设定值后，通入Ar 7sccm～1380sccm，O
2 1.2sccm～880sccm，N
2 1.2sccm～880sccm，保持真空度在0.01～0.99P进行溅射沉积，使得沉积...
【专利技术属性】
技术研发人员：易汉平，周钧，马贵龙，
申请(专利权)人：鄂尔多斯市紫荆创新研究院，
类型：发明
国别省市：
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