【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂电池技术，尤其涉及一种固态电解质、采用固态电解质的锂电池及其制备方法。
技术介绍
1、高比能锂电池的安全性问题，是其作为动力电池商业化的主要阻碍。其中，针刺测试可以模拟电动车遭遇事故时，异物刺穿电池进而诱发电池短路的情况，是验证锂电池安全性的重要表征手段。电池在针刺测试中的热失控可以细分为以下步骤：模拟异物的钢针刺穿电池的隔膜和正负极，造成局部内短路；电池存储的化学能转化为热能，导致接触部分迅速升温，溶解周围隔膜，诱发更大规模的电池内短路；大规模内短路导致进一步升温，促使正极材料释氧，电解液和负极的燃烧，最终造成全面热失控。
2、目前提升针刺安全性的一种主流技术方案，是使用金属/聚合物/金属结构的复合集流体取代常规金属集流体，利用高分子材料的断裂强度高于金属延展性的特点，在刺针贯穿电池时，通过高分子层延展裹住刺针，降低刺针和极片的接触面积，提升电池阻抗，降低短路电流的大小，从而抑制的发生热失控。
3、然而，现有的高比能锂电池的主要特征是：1.正负极主材(高镍三元、硅+碳材料)电子电导率高，内阻极低；2.存储的电化学的能量密度高。因此，当针刺导致电池局部内短路时，哪怕刺针和极片间存在极小的接触面积，也能使针刺部位的瞬间温度超过隔膜熔融温度(～120℃)，引发电池的全面热失控。而在针刺实验中，常规金属/聚合物/金属结构的复合集流体无法有效减少内短路的发生，通常仅能部分裹住刺针，减少短路电流大小和升温速率，这对内短路的抑制效果是有限的。
4、为了降低电池在针刺中的短路风险，cn213
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术的目的在于提供一种固态电解质、采用固态电解质的锂电池及其制备方法，该采用复合集流体的锂电池在满电状态下，在针刺贯穿时可减少短路，从根本上减少热失控的发生，提升电池的滥用安全性。
2、技术方案：
3、第一方面本申请提供一种固态电解质：
4、一种固态电解质，包括聚合物单体、溶剂、阻止电解液进一步分解的添加剂、锂盐及引发剂；所述聚合物单体含有不饱和键，所述聚合物单体、锂盐、溶剂、添加剂、引发剂经混和得到前驱体溶液，所述前驱体溶液经过原位聚合反应制备得到固态电解质。
5、进一步，所述聚合物单体、溶剂、添加剂、锂盐的质量比为5-20：62.5-77.5：5：12.5；所述引发剂为聚合物单体质量的0.5wt％。
6、进一步，所述的聚合物单体包括结构中含有双键数量大于等于2的交联型单体。
7、进一步，所述聚合物单体包括含有不饱和键的酯类单体及含有不饱和键的腈类单体。
8、进一步，所述含有不饱和键的酯类单体为聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、乙二醇二丙烯酸酯、聚己内酯二甲基丙烯酸酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯、α,ω-二甲基丙烯酸酯基聚乙二醇、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、双三羟甲基丙烷四丙烯酸酯、异氰脲酸二烯丙基酯、异氰脲酸三烯丙酯、异氰脲酸三(2-丙烯酰氧乙基)酯中的一种或多种；所述含有不饱和键的腈类单体为丙烯腈、烯丙基氰、4-戊烯腈、5-己烯腈、2-丁烯腈、反丁烯二腈、肉桂腈中的一种或多种。
9、在聚合物单体中采用含有不饱和键的酯类单体及含有不饱和键的腈类单体配伍，含有不饱和键的酯类单体的聚合物具有较高的拉伸强度、弯曲强度和压缩强度，可以较好的对针刺物进行包裹；在聚合物单体中采用具有较高的极性、耐热性能及耐候性能的含有不饱和键的腈类单体，与含有不饱和键的酯类单体配伍，可提升固态电解质的耐热性能及发生针刺时抑制电子电导的主材向刺针移动发生短路，进而减少内短路的发生。
10、进一步，所述含有不饱和键的酯类单体、含有不饱和键的腈类单体、溶剂、添加剂、锂盐的质量比为5/0.5-0.75/76.75-77.25/5/12.5；所述引发剂为聚合物单体的质量分数0.5％。
11、进一步，所述溶剂包括锂离子电池领域常用的液态溶剂的一种或多种，例如：碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、丁二腈、乙酸乙酯、乙酸甲酯、丙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸丙酯等。本专利技术不限定溶剂的种类、含量及比例。
12、进一步，所述添加剂包括锂离子电池领域常用的添加剂的一种或者多种，例如氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、亚硫酸亚乙酯、1,3-丙烷磺酸内酯等：本专利技术不限定添加剂的种类、含量及比例。
13、进一步，所述锂盐包括锂离子电池领域常用的盐类的一种或多种，例如：六氟磷酸锂、六氟砷酸锂、四氟硼酸锂、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等。本专利技术不限定盐的种类、含量及比例。
14、第二方面，本申请提供一种固态电解质的锂电池：
15、一种固态电解质的锂电池，包括正极片、负极片、隔膜、包装层及固态电解质；所述隔膜位于包装层和负极片、正极片与负极片之间；所述正极片及负极片交替排列，并且靠近包装层的两侧为负极片；所述固态电解质填充于负极片、隔膜及正极片之间。
16、进一步，所述隔膜具有陶瓷层/基膜层/陶瓷层的结构，所述陶瓷层的厚度为1-5μm，所述基膜层的厚度为7-10μm；所述陶瓷层的原料包括氢氧化铝、氧化铝、氧化钛、勃姆石、磷酸铝钛锂中的一种或者多种；所述基膜层的原料包括聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯/聚丙烯复合物、聚酯、聚酰胺、芳纶中的一种。
17、所述的隔膜，其技术效果在于，自身作为电子绝缘材料，在电池内部隔绝正极片和负极片，并且为固态电解质提供存在空间，从而实现正负极之间电子绝缘，离子电导的效果。
18、第三方面，本申请提供一种固态电解质的锂电池的制备方法：
19、一种固态电解质的锂电池的制备方法，包括如下制备方法：
20、干电芯的制备：将所述负极片、隔膜及正极片依次叠片制备得到干电芯；
21、锂电池的制备：将固态电解质前驱体注入干电芯中，固化后，附着包装层，制备得到锂电池。
22、进一步，所述负极片制备过程如下：
23、将负极活性材料、导电剂、粘结剂分散至水中，制作分散均匀的负极浆料，将负极浆料依次涂布在铜箔的正反两面，经烘烤、辊压、分切、冲片，得到负极片；
24、将正极活性材料、导电剂、粘结剂，分散至适量n-甲基吡咯烷酮中，制作分散均匀的正极浆料，将正极浆料涂布在复合集流体的正反两面，经烘烤、辊压、分切、冲片，得到正极片；所述复合集流体为al层/聚合物层/al层三层结构。
25、进一步，所述单侧al层的厚度为0.1-2μm，所述聚合物层的厚度为3本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种固态电解质，其特征在于，包括聚合物单体、溶剂、阻止电解液进一步分解的添加剂、锂盐及引发剂；所述聚合物单体含有不饱和键，所述聚合物单体、锂盐、溶剂、添加剂、引发剂经混和得到前驱体溶液，所述前驱体溶液经过原位聚合反应制备得到固态电解质。
2.根据权利要求1所述的固态电解质，其特征在于，所述聚合物单体、溶剂、添加剂、锂盐的质量比为5-20：62.5-77.5：5：12.5；所述引发剂为聚合物单体的质量分数0.5％。
3.根据权利要求1所述的固态电解质，其特征在于，所述聚合物单体包括含有不饱和键的酯类单体及含有不饱和键的腈类单体。
4.根据权利要求3所述的固态电解质，其特征在于，所述含有不饱和键的酯类单体为聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、乙二醇二丙烯酸酯、聚己内酯二甲基丙烯酸酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯、α,ω-二甲基丙烯酸酯基聚乙二醇、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、双三羟甲基丙烷四丙烯酸酯、异氰脲酸二烯丙基酯、异氰脲酸三烯丙酯、异氰脲酸三(2-丙烯酰氧乙基)酯中的一
5.根据权利要求3所述的固态电解质，其特征在于，所述含有不饱和键的酯类单体、含有不饱和键的腈类单体、溶剂、添加剂、锂盐的质量比为5/0.5-0.75/76.75-77.25/5/12.5；所述引发剂为聚合物单体质量的0.5wt％。
6.一种采用权利要求1-5任一项所述的固态电解质的锂电池，其特征在于，包括正极片、负极片、隔膜、包装层及固态电解质；所述隔膜位于包装层和负极片、正极片与负极片之间；所述正极片及负极片交替排列，并且靠近包装层的两侧为负极片；所述固态电解质填充于负极片、隔膜及正极片之间。
7.根据权利要求6所述的一种锂电池，其特征在于，所述隔膜具有陶瓷层/基膜层/陶瓷层的结构，所述陶瓷层的厚度为1-5μm，所述基膜层的厚度为7-10μm；所述陶瓷层的原料包括氢氧化铝、氧化铝、氧化钛、勃姆石、磷酸铝钛锂中的一种或者多种；所述基膜层的原料包括聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯/聚丙烯复合物、聚酯、聚酰胺、芳纶中的一种。
8.一种制备权利要求6-7任一项所述的锂电池的制备方法，其特征在于，包括如下制备方法：
9.根据权利要求8所述的锂电池的制备方法，其特征在于，所述负极片的制备过程如下：
10.根据权利要求9所述的锂电池的制备方法，其特征在于，所述Al层的厚度为0.1-2μm，所述聚合物层的厚度为3-10μm。
...【技术特征摘要】
1.一种固态电解质，其特征在于，包括聚合物单体、溶剂、阻止电解液进一步分解的添加剂、锂盐及引发剂；所述聚合物单体含有不饱和键，所述聚合物单体、锂盐、溶剂、添加剂、引发剂经混和得到前驱体溶液，所述前驱体溶液经过原位聚合反应制备得到固态电解质。
2.根据权利要求1所述的固态电解质，其特征在于，所述聚合物单体、溶剂、添加剂、锂盐的质量比为5-20：62.5-77.5：5：12.5；所述引发剂为聚合物单体的质量分数0.5％。
3.根据权利要求1所述的固态电解质，其特征在于，所述聚合物单体包括含有不饱和键的酯类单体及含有不饱和键的腈类单体。
4.根据权利要求3所述的固态电解质，其特征在于，所述含有不饱和键的酯类单体为聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、乙二醇二丙烯酸酯、聚己内酯二甲基丙烯酸酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯、α,ω-二甲基丙烯酸酯基聚乙二醇、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、双三羟甲基丙烷四丙烯酸酯、异氰脲酸二烯丙基酯、异氰脲酸三烯丙酯、异氰脲酸三(2-丙烯酰氧乙基)酯中的一种或多种；所述含有不饱和键的腈类单体为丙烯腈、烯丙基氰、4-戊烯腈、5-己烯腈、2-丁烯腈、反丁烯二腈、肉桂腈中的一种或多种。
5.根据权利要求3所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈骁，苏敏，王方，符羽栋，丁子轩，
申请(专利权)人：万向一二三股份公司，
类型：发明
国别省市：
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