一种固态锂离子电池极片及其制备方法与流程

1.本发明属于化学电池制备技术领域，具体涉及一种固态锂离子电池极片及其制备方法。


背景技术：

2.随着下游应用领域的不断技术革新，对锂电行业提出了更高的要求，锂电技术向更高比能量和安全性方向发展。从锂电技术发展路径来看，固态锂电将是锂电技术发展的必经之路。凝胶电解质是固态电池的关键组分，优良的凝胶电解质应满足以下几个关键条件：高的离子电导率和低的电子电导率、宽的电化学窗口、良好的热稳定性和加工性能、以及电解质电极之间良好的化学和电化学稳定性。
3.虽然现有的固态聚合物锂离子电池可以很好地解决传统锂离子电池的安全问题，但是由于其离子导电率低，限制了其在未来动力锂离子电池中的应用。由有机碳酸酯类溶剂增塑固态聚合物电解质得到的凝胶聚合物电解质膜，不仅具有接近10－3s/cm的室温离子电导率，而且比液态电解质安全。但是，有机碳酸酯类溶剂容易挥发和燃烧，在动力锂离子电池大电流密度充放电时，随电池内部温度的升高，有机碳酸酯类溶剂挥发为气体，积聚在电池壳里，可能引起锂离子电池的爆炸，带来安全隐患。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明期望提供一种固态锂离子电池极片及其制备方法，直接将凝胶电解质涂覆在极片单面，电解质的多孔结构可容纳部分电解液，离子电导率强，有效提升固态锂离子电池的循环性能和安全性。
5.为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
6.一种固态锂离子电池极片的制备方法，包括以下步骤：
7.1)将锂基蒙脱土、锂盐、表面活性剂、mma单体、aibn、nmp依次加入到搅拌罐中，在常温下搅拌均匀，得混合液a；
8.2)将混合液a转移至密封罐中，在50℃～70℃中放置1.5-8h，呈凝胶状态，凝胶粘度为3000～7000mpa.s；
9.3)将凝胶分别涂覆在正、负极片的单面；
10.4)将极片至于80℃～120℃中放置20min～1h，让凝胶继续聚合，同时除去nmp，在极片表面形成多孔凝胶电解质。
11.这里，mma单体为甲基丙烯酸甲酯。
12.这里，凝胶电解质固化后形成多孔结构，可容纳部分电解液，离子电导率强，电池内阻减少，提升了电池的阻燃性、热稳定性和循环性能；且上述制备方法不需复杂的生产仪器及条件，工艺简单，操作方便，成本低，易于工业化生产。
13.进一步地，所述步骤1)中锂基蒙脱土添加量为mma单体质量的0.5～5％。
14.进一步地，所述步骤1)中锂盐为lifsi或者litfsi，添加量为mma单体质量的5％～
10％。
15.这里，锂基蒙脱土和锂盐的加入，可有效提升电解质的离子电导率。
16.进一步地，所述步骤1)中表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠或十二烷基硫酸钠，添加量为mma单体质量的0.05％～0.2％。
17.进一步地，所述步骤1)中aibn添加量为mma单体质量的0.15％～2％。
18.这里，aibn为偶氮二异丁腈，既可作为单体聚合的引发剂，同时也可作为发泡剂，增加电解质孔隙率，提高后续注入电解液的吸附能力，进一步提升电解质的离子电导率，以及固态锂离子电池的循环寿命。
19.进一步地，所述步骤1)中nmp添加量为mma单体质量的30％～70％。
20.这里，nmp为n-甲基吡咯烷酮，作为增塑剂使用。
21.进一步地，所述步骤1)常温下在搅拌罐中搅拌时间为1h～4h，搅拌转速大于600rpm。
22.进一步地，所述步骤3)凝胶在极片表面的涂覆厚度为12～30μm。
23.本发明还另外提供一种固态锂离子电池极片，使用上述方法制备而成。
24.进一步地，所述极片单面涂覆有多孔结构的凝胶电解质。
25.这里，直接将凝胶电解质涂覆在极片单面，电解质的多孔结构可容纳部分电解液，离子电导率强，有效提升固态锂离子电池的循环性能和安全性。
26.本发明有益效果如下：1)本发明方法提供一种可商业化批量生产的固态锂离子电池极片，通过在极片单面涂覆多孔凝胶电解质，其多孔结构可容纳部分电解液，能够有效提高电解质的离子电导率，减少内阻，提升了电池的阻燃性、热稳定性、安全性和循环性能；2)本发明制备方法工艺简单，操作方便，成本低，易于工业化生产。
附图说明
27.图1为本发明实施例中固态锂离子电池极片剖面结构示意图；
28.图2为本发明实施例中固态锂离子电池与原位聚合电池80％容量保持率实验的循环次数对比图；
29.其中，1是孔、2是电解质、3是极片。
具体实施方式
30.为了能够更加详尽地了解本发明的特点与技术内容，下面结合附图对本发明的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本发明。
31.实施例1固态锂离子电池1
32.将120g锂基蒙脱土、400glitfsi、8g十二烷基苯磺酸钠、4000gmma、20gaibn、1600gnmp加入到搅拌罐中，搅拌3h。将混合液在60℃下放置6h，呈凝胶状态，粘度为4200mpa.s。将凝胶涂覆于极片表面，涂覆厚度为20μm。将涂好的极片在100℃下放置40min。
33.实施例2固态锂离子电池2
34.将160g锂基蒙脱土、360glitfsi、8g十二烷基苯磺酸钠、4000gmma、20gaibn、1800gnmp加入到搅拌罐中，搅拌3h。将混合液在65℃下放置5h，呈凝胶状态，粘度为4000mpa.s。将凝胶涂覆于极片表面，涂覆厚度为22μm。将涂好的极片在110℃下放置40min。
35.实施例3固态锂离子电池3
36.将170g锂基蒙脱土、340glitfsi、7g十二烷基苯磺酸钠、4000gmma、20gaibn、1600gnmp加入到搅拌罐中，搅拌3h。将混合液在70℃下放置3h，呈凝胶状态，粘度为4100mpa.s。将凝胶涂覆于极片表面，涂覆厚度为18μm。将涂好的极片在100℃下放置40min。
37.图1为本发明实施例中固态锂离子电池极片剖面结构示意图，使用实施例1、2、3中方法制备的电池极片结构如图1所示，包括孔1、电解质2、极片3。所述极片3单面涂覆电解质2，凝固后的电解质2为多孔结构，可容纳部分电解液，离子电导率强，有效提升固态锂离子电池的循环性能和安全性。
38.实施例4原位聚合锂电池
39.将120g锂基蒙脱土、400glitfsi、8g十二烷基苯磺酸钠、4000gmma、20gaibn、1600g电解液(电解液中锂盐lipf6浓度为1mol/l)，加入到搅拌罐中搅拌均匀。将混合电解液直接注入到电池中，在55℃下聚合24h，在65℃下聚合12h，在80℃下聚合40min。
40.将实施例4的原位聚合锂电池作为对照组，实施例1、2、3的固态锂离子电池作为实验组，进行0.5c充放实验，80％容量保持率时比较各自循环次数。
41.图2为本发明实施例中固态锂离子电池与原位聚合电池80％容量保持率实验的循环次数对比图，实验结果如图2所示，通过本发明方法制备的固态锂离子电池与原位聚合法制备的电池循环寿命提升3倍以上。
42.上述实验结果表明，本发明方法能够有效提高电解质的离子电导率，减少内阻，提升了电池的循环性能，且工艺简单，操作方便，成本低，易于工业化生产。
43.以上所涉及器件的具体型号不作限制及详细描述，以上所涉及器件的深入连接方式不作详细描述，作为公知常识，本领域的技术人员能够理解。
44.以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。