固态电池及其制备方法和应用与流程

本发明属于电池，涉及一种固态电池及其制备方法和应用。

背景技术：

1、固态电池使用固态电解质代替传统的有机液态电解质，可以有效提高电池安全性能，有机-无机复合固态电解质是由有机聚合物基体、无机填料和锂盐组成，是替代隔膜制备固态电池最有前景的方向之一。在聚合物中添加活性填料制备的复合固态电解质表现出良好的离子电导率和机械性能，较高的机械强度能有效抑制锂枝晶的生长，却导致复合电解质膜与极片界面接触较差。目前，大多制备同时具有机械强度和黏着力的双层/多层复合固态电解质膜，采用热压复合的方式使双层/多层复合固态电解质膜复合。

2、将双层/多层复合固态电解质膜采用热压复合的方式，不同聚合物之间的界面相容性较差，导致界面中存在间隙和缺陷；热压温度过高聚合物熔融，冷却时会发生二次结晶，结晶区域阻碍锂离子的迁移；更有甚者局部温度过高导致聚合物分子链的断裂，反生分解等副反应，对材料造成不可逆的损失。因此，单纯采用热压复合会造成离子的迁移受阻，增大电池的阻抗，严重影响电池性能。现有技术中也有使用凝胶电解液填充固态电解质膜交接处的间隙，但额外添加的引发剂与正负极片相容性较差，且凝胶电解液对电池内部极片渗透困难，均匀性较差，很难在双层复合电解质膜之间精准控制凝胶过程。

3、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足及缺陷，本发明旨在提供一种固态电池及其制备方法和应用。

2、为了实现上述目的，采用如下的技术方案：

3、本发明的第一目的在于提供一种固态电池，包含：

4、表面涂覆有正极活性材料层的正极片和涂覆在所述正极活性材料层表面的固态电解质层a；以及，表面涂覆有负极活性材料层的负极片和涂覆在所述负极活性材料层表面的固态电解质层b；

5、所述正极片和所述负极片依次层叠设置，所述固态电解质层a和固态电解质层b设置于相邻两个正极片和负极片之间，所述固态电解质层a和固态电解质层b接触的界面处还设置界面修饰层，所述界面修饰层主要由第二聚合反应单体聚合而成；

6、其中，所述固态电解质层a主要由第一聚合物基体a、无机填料a、锂盐a、溶剂a和第二聚合反应诱导剂制成；

7、所述固态电解质层b主要由第一聚合物基体b、无机填料b、锂盐b、溶剂b和第二聚合反应诱导剂制成；

8、所述第二聚合反应单体为含有极性基团的、能够本体聚合且与li+配合的聚合物单体，所述极性基团包括酯类基团和/或醚类基团。

9、进一步的，在本发明上述技术方案基础之上，所述第二聚合反应单体包括乙二醇甲基丙烯酸酯、乙烯基碳酸乙烯酯、甲基丙烯酸甲酯、1,3-二氧戊烷或碳酸乙烯酯中的至少一种。

10、进一步的，在本发明上述技术方案基础之上，所述第二聚合反应诱导剂包括偶氮二异丁腈和/或过氧化二苯甲酰。

11、进一步的，在本发明上述技术方案基础之上，所述第一聚合物基体a和第一聚合物基体b分别独立地选自聚环氧乙烷、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯或聚氯乙烯中的至少一种；

12、和/或，所述无机填料a和无机填料b分别独立地选自锂镧锆氧、锂镧锆钽氧、锂镧锆铝氧、锂镧锆镓氧、锂镧钛氧、磷酸锗铝锂或磷酸钛铝锂中的至少一种；

13、和/或，所述锂盐a和锂盐b分别独立地选自六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂或高氯酸锂中的至少一种；

14、和/或，所述溶剂a和所述溶剂b分别独立地选自n-甲基吡咯烷酮、乙腈中的至少一种。

15、进一步的，在本发明上述技术方案基础之上，所述第一聚合物基体a、无机填料a、锂盐a、第二聚合反应诱导剂和溶剂a的质量比为(2-30)：(2-30)：(2-15)：(0.02-5)：100；

16、和/或，所述第一聚合物基体b、无机填料b、锂盐b、第二聚合反应诱导剂和溶剂b的质量比为(2-30)：(2-30)：(2-15)：(0.02-5)：100。

17、本发明第二目的在于提供上述固态电池的制备方法，包括以下步骤：

18、(a)将第一聚合物基体a、无机填料a、锂盐a、溶剂a和第二聚合反应诱导剂混合分散，得到胶料a；

19、将胶料a涂覆于正极片的正极活性材料层表面，然后干燥，以在所述正极片的正极活性材料层表面形成固态电解质层a；

20、(b)将第一聚合物基体b、无机填料b、锂盐b、溶剂b和第二聚合反应诱导剂混合分散，得到胶料b；

21、将胶料b涂覆于负极片的负极活性材料层表面，然后干燥，以在所述负极片的负极活性材料层表面形成固态电解质层b；

22、(c)将表面形成固态电解质层a的正极片与表面形成固态电解质层b的负极片层叠，并使所述固态电解质层a和固态电解质层b位于相邻两个正极片和负极片之间并直接接触，然后装配，得到装配体；

23、向装配体中注入第二聚合反应单体，然后静置浸润，待正极片和负极片充分浸润后，再对装配体进行热压，使第二聚合反应单体在固态电解质层a与固态电解质层b接触的界面处发生聚合以形成界面修饰层，得到固态电池。

24、进一步的，在本发明上述技术方案基础之上，步骤(a)中，将第一聚合物基体a、无机填料a、锂盐a、溶剂a混合分散，控制粘度为50-3000mpa·s，然后加入第二聚合反应诱导剂，得到胶料a；

25、和/或，所述胶料a的涂覆厚度为3-50μm。

26、进一步的，在本发明上述技术方案基础之上，步骤(b)中，将第一聚合物基体b、无机填料b、锂盐b、溶剂b混合分散，控制粘度为50-3000mpa·s，然后加入第二聚合反应诱导剂，得到胶料b；

27、和/或，所述胶料b的涂覆厚度为3-50μm。

28、进一步的，在本发明上述技术方案基础之上，步骤(c)中，所述第二聚合反应单体的注入量为0.7-3.5g/ah；

29、和/或，所述静置浸润的时间为12-72h；

30、和/或，所述热压的温度为50-90℃，热压的压力为0.2-2mpa，加压的时间为0.5-8h。

31、本发明第三目的在于提供上述固态电池或采用上述制备方法制得的固态电池在电动汽车、电子通讯设备、航空航天器等领域的应用。

32、与现有技术相比，本发明的技术方案至少具有以下技术效果：

33、(1)本发明提供了一种固态电池，通过在固态电解质层a和固态电解质层b的界面处引入第二聚合反应单体，使其在固态电解质层a和固态电解质层b中的第二聚合反应诱导剂的诱导作用下发生自聚合反应，从而在固态电解质层a和固态电解质层b接触的界面处形成界面修饰层，该界面修饰层可填充固态电解质层a和固态电解质层b之间界面缺陷，降低电池阻抗，有效解决了固态电池中复合电解质膜间界面接触不良的问题；同时，由于第二聚合反应单体可与li+配合，有利于li+的解离和传输，从而提高复合固态电解质层(膜)的离子电导率。

34、(2)本发明提供了上述固态电池的制备方法，该制备工艺简单、易于规模化生产。

技术特征：

1.一种固态电池，其特征在于，包含：

2.根据权利要求1所述的固态电池，其特征在于，所述第二聚合反应单体包括乙二醇甲基丙烯酸酯、乙烯基碳酸乙烯酯、甲基丙烯酸甲酯、1,3-二氧戊烷或碳酸乙烯酯中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的固态电池，其特征在于，所述第二聚合反应诱导剂包括偶氮二异丁腈和/或过氧化二苯甲酰。

4.根据权利要求1所述的固态电池，其特征在于，所述第一聚合物基体a和第一聚合物基体b分别独立地选自聚环氧乙烷、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯或聚氯乙烯中的至少一种；

5.根据权利要求1-4任一项所述的固态电池，其特征在于，所述第一聚合物基体a、无机填料a、锂盐a、第二聚合反应诱导剂和溶剂a的质量比为(2-30)：(2-30)：(2-15)：(0.02-5)：100；

6.权利要求1-5任一项所述的固态电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的固态电池的制备方法，其特征在于，步骤(a)中，将第一聚合物基体a、无机填料a、锂盐a、溶剂a混合分散，控制粘度为50-3000mpa·s，然后加入第二聚合反应诱导剂，得到胶料a；

8.根据权利要求6所述的固态电池的制备方法，其特征在于，步骤(b)中，将第一聚合物基体b、无机填料b、锂盐b、溶剂b混合分散，控制粘度为50-3000mpa·s，然后加入第二聚合反应诱导剂，得到胶料b；

9.根据权利要求6-8任一项所述的固态电池的制备方法，其特征在于，步骤(c)中，所述第二聚合反应单体的注入量为0.7-3.5g/ah；

10.权利要求1-5任一项所述的固态电池或采用权利要求6-9任一项所述的制备方法制得的固态电池在电动汽车、电子通讯设备或航空航天器领域中的应用。

技术总结
本发明提供了一种固态电池及其制备方法和应用，涉及电池技术领域。该固态电池通过在固态电解质层A和固态电解质层B的界面处引入第二聚合反应单体，使其在固态电解质层A和固态电解质层B中的第二聚合反应诱导剂的诱导作用下发生自聚合反应，从而在固态电解质层A和固态电解质层B接触的界面处形成界面修饰层，该界面修饰层可填充固态电解质层A和固态电解质层B之间界面缺陷，降低电池阻抗；同时，由于第二聚合反应单体形成的聚合物仍有极性基团，其可与Li<supgt;+</supgt;配合，有利于Li<supgt;+</supgt;的解离和传输，从而提高复合固态电解质层(膜)的离子电导率。本发明还提供了上述固态电池的制备方法，该制备工艺简单、易于规模化生产。

技术研发人员：冯继宝,钟兴国,李锐,张帅,蔡晓岚,李巧,程飞,谢向阳
受保护的技术使用者：孝感楚能新能源创新科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5