一體化無(wú)界面的固態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于裡離子電池及其制造領(lǐng)域，具體涉及一種一體化無(wú)界面的固態(tài)電解質(zhì) 裡離子電池及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，傳統(tǒng)的裡離子電池通常采用有毒且易泄露的有機(jī)液體電解質(zhì)，因而存在一 定的安全隱患和環(huán)境污染問(wèn)題。90年代出現(xiàn)的聚合物裡電池采用了固體或凝膠態(tài)的聚合物 電解質(zhì)，因而具備了更高的安全穩(wěn)定性和更優(yōu)良的環(huán)境友好性。此外，聚合物裡離子電池還 具有塑形靈活、比能量高、電化學(xué)穩(wěn)定窗口寬、容量損失少、體積利用率高等優(yōu)勢(shì)，是未來(lái)裡 離子電池的主要發(fā)展方向。
[0003] 但是，與能夠充分浸透入電極極片的液體電解液相比，聚合物電解質(zhì)具有固體性 質(zhì)，裡離子在固態(tài)電解質(zhì)中的傳導(dǎo)性遠(yuǎn)低于液體電解液；并且聚合物電解質(zhì)與電極極片之 間存在接觸緊密度欠佳的問(wèn)題。另外，由于固態(tài)電解質(zhì)的純化膜相對(duì)穩(wěn)定，所W如果所用的 固態(tài)電解質(zhì)與電極極片的相容性較差將導(dǎo)致純化膜隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增長(zhǎng)，從而增大電池的 內(nèi)阻。因此，改善電極材料與電解質(zhì)之間的相容性是固態(tài)電解質(zhì)裡電池應(yīng)用發(fā)展中急需解 決的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。
[0004] 針對(duì)送一技術(shù)瓶頸，研究者們?cè)噲D通過(guò)構(gòu)造一體化結(jié)構(gòu)來(lái)簡(jiǎn)化裡離子電池的內(nèi)部 結(jié)構(gòu)，改善不同組件間的接觸狀態(tài)，進(jìn)而提高電池組件間的相容性、降低裡離子電池的內(nèi) 阻，W達(dá)到更好的儲(chǔ)能性能。公開(kāi)號(hào)為CN1219779A的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利中，研究者向正、負(fù)極 極片的含有活性材料與粘結(jié)劑的活性材料層中灌注聚合物電解質(zhì)溶液，使聚合物電解質(zhì)滲 透入正、負(fù)極活性材料層中；然后蒸發(fā)掉溶劑，再將含有電解質(zhì)的正、負(fù)極極片層相互面對(duì)； 最后，兩極極片通過(guò)外部熱烙劑熱烙在一起形成扁平型固態(tài)電解質(zhì)聚合物裡電池。該方法 通過(guò)電解質(zhì)在電極活性材料層中的滲透，改善了電解質(zhì)與活性材料之間的接觸性，降低了 電池內(nèi)阻，得到了優(yōu)良接觸性能和高放電輸出的裡離子電池。公開(kāi)號(hào)為CN103413966A的中 國(guó)發(fā)明專(zhuān)利對(duì)電極材料與無(wú)機(jī)隔膜層的相容性進(jìn)行了改進(jìn)，研究者將具有浸潤(rùn)過(guò)電解液的 無(wú)機(jī)陶瓷粒子噴涂在電極極片上，經(jīng)干燥、社制獲得裡離子電池用膜電極。此種膜電極片實(shí) 現(xiàn)了正、負(fù)極極片與隔離膜的一體化，簡(jiǎn)化了裡離子電池的結(jié)構(gòu)，所得裡電池表現(xiàn)出了優(yōu)于 傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)裡離子電池的高溫穩(wěn)定性。
[000引然而，為了進(jìn)一步降低電池內(nèi)阻，得到接觸性能優(yōu)良、放電輸出性能高的固態(tài)電解 質(zhì)裡離子電池，仍然需要進(jìn)一步提高電解質(zhì)與電極活性材料之間的相容接觸，力求實(shí)現(xiàn)一 體化無(wú)界面的固態(tài)電解質(zhì)裡離子電池。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的技術(shù)目的是針對(duì)上述固態(tài)電解質(zhì)裡離子電池的技術(shù)現(xiàn)狀，提供一種固態(tài) 電解質(zhì)裡離子電池，其具有電池內(nèi)阻低、接觸性能優(yōu)良、放電比容量高的優(yōu)點(diǎn)，是一種一體 化無(wú)界面的固態(tài)電解質(zhì)裡離子電池。
[0007] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：一體化無(wú)界面的固態(tài)電解質(zhì)裡離子電池，包括正極 集流體，正極集流體上的正極活性材料層，負(fù)極集流體，負(fù)極集流體上的負(fù)極活性材料層， W及固態(tài)電解質(zhì)，所述的正極活性材料層包括正極活性材料、導(dǎo)電劑與粘結(jié)劑，所述的負(fù)極 活性材料層包括負(fù)極活性材料、導(dǎo)電劑與粘結(jié)劑；其特征是；所述的粘結(jié)劑與固態(tài)電解質(zhì) 中包含相同的材料組分，即，包括如下情況：
[000引（1)當(dāng)所述的粘結(jié)劑與固態(tài)電解質(zhì)均為單一材料時(shí)，粘結(jié)劑材料與固態(tài)電解質(zhì)材 料相同；
[000引 似當(dāng)所述的粘結(jié)劑為組合材料，固態(tài)電解質(zhì)為單一材料時(shí)，固態(tài)電解質(zhì)材料是粘 結(jié)劑材料中的一種；
[0010] (3)當(dāng)所述的粘結(jié)劑為組合材料，固態(tài)電解質(zhì)為組合材料時(shí)，粘結(jié)劑與固態(tài)電解質(zhì) 中存在相同的材料組分。
[0011] 也就是說(shuō)，本發(fā)明固態(tài)電解質(zhì)裡離子電池中的電極粘結(jié)劑與固態(tài)電解質(zhì)材料選 用同種材料，或者使二者中存在相同的材料組分，從而有利于提高電池的電極與電解質(zhì)之 間相容性、提高裡離子在充放電過(guò)程中的傳導(dǎo)率、降低電池內(nèi)阻，并且能夠簡(jiǎn)化電池生成工 藝，提高電極材料層的均勻度，因此在固態(tài)電解質(zhì)裡離子電池領(lǐng)域，尤其是高倍率、大容量 動(dòng)力固態(tài)電解質(zhì)裡離子電池領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0012] 本發(fā)明中，所述的固態(tài)電解質(zhì)材料包括具有高離子傳導(dǎo)性、高粘結(jié)性的聚合物材 料為宜。作為優(yōu)選，所述的固態(tài)電解質(zhì)是含氣礙醜亞胺基聚合物材料，或者是含有含氣礙 醜亞胺基聚合物組分的材料，所述的粘結(jié)劑與固態(tài)電解質(zhì)中均含有含氣礙醜亞胺聚合物組 分，即，包括如下情況：
[0013] (1)當(dāng)所述的粘結(jié)劑材料與固態(tài)電解質(zhì)材料均為單一材料時(shí)，粘結(jié)劑材料與固態(tài) 電解質(zhì)材料為同一含氣礙醜亞胺基聚合物；
[0014] (2)當(dāng)所述的粘結(jié)劑材料為組合材料，固態(tài)電解質(zhì)材料為單一材料時(shí)，固態(tài)電解質(zhì) 材料為含氣礙醜亞胺基聚合物，粘結(jié)劑材料中含有該同一含氣礙醜亞胺基聚合物組分；
[0015] (3)當(dāng)所述的粘結(jié)劑材料為組合材料，固態(tài)電解質(zhì)材料也為組合材料時(shí)，粘結(jié)劑材 料與固態(tài)電解質(zhì)材料中存在相同的含氣礙醜亞胺基聚合物組分。
[0016] 所述的含氣礙醜亞胺基聚合物材料是主鏈或側(cè)鏈同時(shí)含有氣原子基團(tuán)和礙醜亞 胺基團(tuán)的聚合物及其無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料，包括聚（5-礙醜氯-3-氧雜）全氣礙醜胺裡鹽， 側(cè)鏈為含氣礙醜亞胺基的聚離離麗樹(shù)脂，含氣礙醜亞胺基聚合物改性石墨帰等含氣礙醜亞 胺材料中的一種或幾種的混合物。
[0017] 所述的正極活性材料不限，包括裡鐵氧化物、裡鉆氧化物、裡媒氧化物等含裡和過(guò) 渡金屬的氧化物，例如鉆酸裡、儘酸裡、媒儘酸裡等化合物材料，也可W包括硫基正極材料。
[0018] 所述的負(fù)極活性材料不限，包括石墨、石墨帰、碳納米管等碳素材料及其復(fù)合材 料、金屬裡、含裡過(guò)渡金屬氮化物、氧化娃及娃基復(fù)合材料、含硫無(wú)機(jī)化合物等。
[0019] 所述的導(dǎo)電劑材料不限，包括己快黑、Super P、碳黑等。
[0020] 所述的正極集流體不限，可W是鉛巧等材料。
[0021] 所述的負(fù)極集流體不限，可W是銅巧等材料。
[0022] 本發(fā)明還提供了兩種制備上述一體化無(wú)界面的固態(tài)電解質(zhì)裡離子電池的方法，其 中一種制備方法如圖1所示，包括如下步驟：
[0023] (I)將正極活性材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑W及第一溶劑混合均勻，制得正極活性漿料； 將負(fù)極活性材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑W及第二溶劑混合均勻，制得負(fù)極活性漿料；
[0024] (2)將正極活性漿料涂覆于正極集流體表面，制備正極極片1 ;將負(fù)極活性漿料涂 覆于負(fù)極集流體表面，制備負(fù)極極片2 ;
[002引做將固態(tài)電解質(zhì)材料溶于第立溶劑，制得電解質(zhì)溶液；
[0026] (4)將電解質(zhì)溶液分別涂覆于正極極片表面與負(fù)極極片表面，烘干除去第H溶劑 后形成電解質(zhì)膜3,將正極極片與負(fù)極極片疊加，使涂覆電解質(zhì)膜3的兩面相對(duì)，然后采用 模壓使其形成一體，最后通過(guò)切片、卷繞、焊接極耳、封裝等后續(xù)工序制成一體化裡離子電 池。
[0027] 所述的第一溶劑不限，包括水、甲醇、己醇、正丙醇、異丙醇、正了醇、N-甲基化咯焼 麗等中的一種或兩種W上材料按照任意比例混合的混合物。
[0028] 所述的