[发明专利]原位制备塑晶改性固态电池用正极的方法

说明书

本发明涉及原位制备塑晶改性固态电池用正极的方法。本发明属于固态电池技术领域。原位制备塑晶改性固态电池用正极的方法，采用原位聚合方式将塑晶、锂盐、聚合物、无机填料、正极材料粉末、导电剂复合；制备过程：将塑晶、锂盐、聚合物、无机填料以及有机溶剂混合，通过加热或辐照进行原位聚合，获得的塑晶/聚合物复合凝胶与正极材料和导电剂混合、涂敷、烘干，获得塑晶改性固态电池用正极；或将塑晶、锂盐、聚合物、无机填料、正极材料、导电剂以及有机溶剂混合、涂敷，通过加热或辐照进行原位聚合，获得塑晶改性固态电池用正极片。本发明保证聚合物在塑晶中均匀分散，同时塑晶包裹在聚合物的孔道中保证高的离子电导率和界面兼容性。

技术领域

本发明属于固态电池技术领域，特别是涉及一种原位制备塑晶改性固态电池用正极的方法。

背景技术

目前，商用化的锂离子电池仍采用有机电解液为主，存在极大的安全隐患以及能量密度瓶颈问题。以固态电解质替换传统液态锂离子电池中的电解液和隔膜获得的固态电池，完全避免了安全问题，简化了工艺流程，同时一系列高能量电极材料可以在固态电池中得到应用，从而提升电池的能量密度。

然而，固态电池存在一系列亟待解决的界面问题：电极与固态电解质的固/固刚性界面接触不良；电极材料，特别是正极材料颗粒之间的界面阻抗大，兼容性不良，严重影响了导电载流子的有效传输，最终导致固态电池性能无法得到充分发挥。因此，如何改善界面问题、提高离子电导率成为目前固态电池领域的研究重点。以金属锂负极为例，通过表面修饰的方法，增加金属锂与固态电解质的接触面积、减少副反应的发生。针对正极方面，除了表面改性，还通过将正极与聚合物电解质复合，制备复合正极，利用聚合物填充孔隙，提高载流子的迁移能力，获得更好的界面相容性。

塑晶材料的高极性和高扩散性可以有效解离锂盐，保证了离子电导率和电化学稳定性。目前的研究多集中在将聚合物与塑晶复合，制备成膜性和机械强度高的聚合物电解质。然而，电解质中游离状态下的塑晶易与电极(特别是金属锂)发生副反应，造成电池性能的衰减，限制了高能量密度金属锂在塑晶体系电解质电池中的应用。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种原位制备塑晶改性固态电池用正极的方法。

本发明的目的是提供两种通过原位聚合的方式实现聚合物、塑晶以及正极的复合，具有工艺简单、操作方便，保证聚合物在塑晶中均匀分散，同时塑晶包裹在聚合物的孔道中保证高的离子电导率和界面兼容性等特点的原位制备塑晶改性固态电池用正极的方法。

本发明从正极角度出发，提出采用原位聚合制备塑晶改性固态电池用正极的方法，将塑晶包裹在聚合物孔道中，限制在了正极一侧，起到提高离子电导率、改善界面兼容性作用的同时，不会对金属锂负极造成不良影响，从而使得电池性能得到充分发挥。

原位制备塑晶改性固态电池用正极的方法流程为：将塑晶、锂盐、聚合物、无机填料以及有机溶剂混合，通过加热或辐照等方式进行原位聚合，获得的塑晶/聚合物复合凝胶与正极材料和导电剂混合、涂敷、烘干，获得塑晶改性固态电池用正极片。

原位制备塑晶改性固态电池用正极的方法另一种流程为：将塑晶、锂盐、聚合物、无机填料、正极材料、导电剂以及有机溶剂混合、涂敷，通过加热或辐照等方式进行原位聚合，获得塑晶改性固态电池用正极片。

本发明选用阴离子基团半径大、易解离的锂盐，包括六氟磷酸锂(LiPF₆)、四氟硼酸锂(LiBF₄)、高氯酸锂(LiClO₄)、二氟草酸硼酸锂(LiODFB)、双草酸硼酸锂(LiBOB)、二(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiTFSI)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)中的一种或多种组合。塑晶与锂盐组成的混合溶液锂盐浓度可以为0.1mol/L-5mol/L，优选为0.5mol/L-1.5mol/L。