一种基于原位固化的高压锂金属电池的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于原位固化的高压锂金属电池的制备方法，具体步骤包括：步骤1、采用流延法制备高压正极；步骤2、含陶瓷复合聚合物保护层的改性高压正极的制备；步骤3、原位固态聚合物电解质的制备；步骤4、高压锂金属软包电池的制备。本发明专利技术解决了原位固态聚合物电解质体系无法匹配高压正极的缺陷，应用改性高压正极的原位固态锂金属电池实现了低阻抗、高库伦效率、高能量密度和长循环寿命。高能量密度和长循环寿命。高能量密度和长循环寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种基于原位固化的高压锂金属电池的制备方法
[0001]
：本专利技术属于固态锂金属电池领域，具体涉及一种基于原位固化的高压锂金属电池的制备方法，采用含陶瓷复合聚合物保护层的改性高压正极实现高能量密度。
[0002]
技术介绍
：随着社会的发展，锂电池广泛应用于各类便携电子产品、电动汽车以及大型储能设备等。为了提高锂电池的安全性和能量密度，固态锂金属电池被认为是下一代锂电池的关键技术。其中固态锂金属电池主要由锂金属负极，固态电解质和正极材料组成，其中固态电解质分为无机陶瓷固态电解质和有机聚合物固态电解质。尽管无机陶瓷固态电解质具有高的离子电导率和电化学稳定窗口，但其脆性大，不易大规模生产以及严重的界面问题制约了其大规模的商业化应用。其中有机聚合物电解质又分为原位固态聚合物电解质和非原位固态聚合物电解质，原位固态聚合物电解质凭借简单的制备工艺、与电极极好的界面相容性和优异的长循环能力而受到广泛的研究和应用。
[0003]为了提高原位固态锂金属电池的能量密度，将高压的正极材料（如钴酸锂、高镍三元正极等）与锂金属电池进行适配，但是由于原位固态聚合物电解质本身电化学稳定窗口不高，在高压锂金属电池中易发氧化分解，进而降低锂金属电池的库伦效率，缩短循环寿命。因此解决原位固态锂金属电池中电解质在高压下易分解的问题，是实现高能量密度原位固态锂金属电池的关键技术。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于，针对高压原位固态锂金属电池存在的电解质易氧化分解的问题，提出了一种基于原位固化的高压锂金属电池的制备方法。本专利技术通过在高压正极表面原位生成一层含无机陶瓷粉体填充物的复合聚合物高压保护层，制备得到改性高压正极，其与原位固态聚合物电解质具有优异的相容性，同时保护电解质在高压正极表面不发生氧化分解。应用改性高压正极的原位固态锂金属电池实现了低阻抗、高库伦效率、高能量密度和长循环寿命。
[0004]本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：一种基于原位固化的高压锂金属电池的制备方法，包括以下步骤：步骤1、采用流延法制备高压正极：1.1、按重量份数计，称量180
‑
200 份氮甲基吡咯烷酮、8
‑
10份聚偏氟乙烯粘结剂加入搅拌机中，搅拌速率1500
‑
2000 r/min 搅拌1
‑
2h得到PVDF溶液；1.2、向步骤1.1得到的溶液中加入8
‑
10份导电炭黑继续以1500
‑
2000 r/min的转速搅拌1
ꢀ‑
2h；1.3、向步骤1.2得到的混合液中加入60
‑
80份高压正极活性物质，继续以1500
‑
2000 r/min的转速搅拌2
‑
3h，得到浆料；1.4、将步骤1.3得到的浆料进行真空除泡、纱布过滤后，通过涂布机在铝箔上进行涂覆，涂覆厚度为60
‑
200μm，烘干温度为100
‑
140℃，涂布完成后在真空烘箱70
‑
90 ℃中干燥18
‑
30h，再进行辊压得到高压正极，使用时进行裁切得到正极；
步骤2、含陶瓷复合聚合物保护层的改性高压正极的制备：2.1、将第一锂盐溶解在第一单体中，450
‑
550 r/min搅拌1.5
‑
3 h，形成0.8
‑
2 M锂盐溶液；2.2、向锂盐溶液中加入5
‑
20份过筛的纳米陶瓷颗粒，先450
‑
550 r/min搅拌1.5
‑
3h，再超声分散1
‑
3次，每次20
‑
40 min，得到悬浮液；然后，加入0.2
‑
1 份的热引发剂搅拌20
‑
40 min得到均质前驱体固化液；2.3、将步骤2.2中的固化液以0.67
‑
4μL/cm2滴加在高压正极表面，静置1
‑
5 min后立马在100
‑
140 ℃下进行原位固化0.5
‑
2 h，热引发剂形成自由基引发第一单体原位聚合，最终形成一层含纳米陶瓷颗粒的复合聚合物保护层，即得到改性高压正极；步骤3、原位固态聚合物电解质的制备：3.1、将20
‑
40份的第二单体和5
‑
10份的交联剂混合搅拌20
‑
40 min，得到混合液A；3.2、在混合液A中加入5
‑
10份的第二锂盐，搅拌20
‑
40 min混合均匀，得到的混合液B在2
‑
8℃条件下存放；3.3、在混合液B中加入0.1
‑
0.5份的热引发剂和39.5
‑
69.9份的增塑剂，再搅拌20
‑
40 min，得到固态电解质原位固化前驱液；步骤4、高压锂金属软包电池的制备：4.1、将锂箔裁成预定尺寸，焊接镍极耳；将改性高压正极裁成预定尺寸，焊接铝极耳，在焊接处使用绝缘胶带缠绕绝缘；4.2、将步骤4.1得到的锂金属负极依次与多孔骨架膜、步骤2中得到的改性高压正极层叠后，进行铝塑膜封装，封装温度为160
‑
180 ℃，得到干电芯；4.3、将步骤3中得到的原位固化前驱液注入步骤4.2得到的干电芯中，注入的量为每1
‑
1.5cm2多孔骨架膜注入32
‑
50μL，然后再进行抽真空，封口，封口温度为160
‑
180 ℃，得到注液后的电芯；4.4、将注液后的电芯，在室温下静置10
‑
12 h，再在40
‑
80 ℃下原位固化5h
‑
24 h，原位生成固态聚合物电解质，最终得到基于原位固化的高压锂金属电池。
[0005]本专利技术的进一步改进在于：步骤1.3中，所述高压正极活性物质为钴酸锂、三元正极。
[0006]本专利技术的进一步改进在于：步骤2.2中，所述过筛的纳米陶瓷颗粒为Li7La3Zr2O
12
、Li
6.4
La3Zr
1.4
Ta
0.6
O
12
、Li5La3M2O
12
（M=Ta或Nb）、Li
10
GeP2S
12
、In
0.25
O
12
、Li3N、Li
14
Zn(GeO4)4、LiZr2(PO4)3、LiPON纳米颗粒中的一种或几种，粉体粒径均小于200 nm。
[0007]本专利技术的进一步改进在于：第一锂盐和第二锂盐均为LiTFSI、LiFSI、LiClO4、LiPF6、LiDFOB 、LiBOB中的一种。
[0008]本专利技术的进一步改进在于：第一单体和第二单体均为甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、碳酸乙烯亚乙酯、碳酸亚乙烯酯中的一种。
[0009]本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于原位固化的高压锂金属电池的制备方法，包括以下步骤：步骤1、采用流延法制备高压正极：1.1、按重量份数计，称量180
‑
200 份氮甲基吡咯烷酮、8
‑
10份聚偏氟乙烯粘结剂加入搅拌机中，搅拌速率1500
‑
2000 r/min 搅拌1
‑
2h得到PVDF溶液；1.2、向步骤1.1得到的溶液中加入8
‑
10份导电炭黑继续以1500
‑
2000 r/min的转速搅拌1
‑
2 h；1.3、向步骤1.2得到的混合液中加入60
‑
80份高压正极活性物质，继续以1500
‑
2000 r/min的转速搅拌2
‑
3h，得到浆料；1.4、将步骤1.3得到的浆料进行真空除泡、纱布过滤后，通过涂布机在铝箔上进行涂覆，涂覆厚度为60
‑
200μm，烘干温度为100
‑
140℃，涂布完成后在真空烘箱70
‑
90 ℃中干燥18
‑
30h，再进行辊压得到高压正极，使用时进行裁切得到正极；步骤2、含陶瓷复合聚合物保护层的改性高压正极的制备：2.1、将第一锂盐溶解在第一单体中，450
‑
550 r/min搅拌1.5
‑
3 h，形成0.8
‑
2 M锂盐溶液；2.2、向锂盐溶液中加入5
‑
20份过筛的纳米陶瓷颗粒，先450
‑
550 r/min搅拌1.5
‑
3h，再超声分散1
‑
3次，每次20
‑
40 min，得到悬浮液；然后，加入0.2
‑
1 份的热引发剂搅拌20
‑
40 min得到均质前驱体固化液；2.3、将步骤2.2中的固化液以0.67
‑
4μL/cm2滴加在高压正极表面，静置1
‑
5 min后立马在100
‑
140 ℃下进行原位固化0.5
‑
2 h，热引发剂形成自由基引发第一单体原位聚合，最终形成一层含纳米陶瓷颗粒的复合聚合物保护层，即得到改性高压正极；步骤3、原位固态聚合物电解质的制备：3.1、将20
‑
40份的第二单体和5
‑
10份的交联剂混合搅拌20
‑
40 min，得到混合液A；3.2、在混合液A中加入5
‑
10份的第二锂盐，搅拌20
‑
40 min混合均匀，得到的混合液B在2
‑
8℃条件下存放；3.3、在混合液B中加入0.1
‑
0.5份的热引发剂和39.5
‑
69.9份的增塑剂，再搅拌20
‑
40 min，得到固态电解质原位固化前驱液；步骤4、高压锂金属软包电池的制备：4.1...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐自强，张兴伟，方梓烜，李际洋，吴孟强，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院湖州，
类型：发明
国别省市：