[发明专利]一种全固态锂离子电池及其原位制备方法

说明书

本发明公开了一种全固态锂离子电池及其原位制备方法，包括一体化的正极、负极和固态电解质，所述固态电解质由电解液原位形成，其组分包括无机锂盐和碳酸酯低聚物；所述电解液和每个电极的活性物质质量比为5:1～5:2。其原位制备方法为，直接将一定配方的电解液注入到电极之间，然后通过控制活化的充放电制度，使注入的电解液完全发生电化学反应，原位逐步形成多组分类固态电解质膜的全固态电解质，再将电解液反应发生的气体抽除，再密封，获得原位制备所得的全固态锂离子电池。这种原位电致成膜的全固态锂离子电池的电极/电解质界面相容性高，电池倍率性能好，且工艺简单，生产成本低。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种全固态锂离子电池及其原位制备方法。

背景技术

进入了21世纪后，随着科学和经济的飞速发展，锂离子电池凭着高能量密度、高输出电压、长循环寿命，自放电小且无记忆效应等的特点已经被广泛应用于电动汽车、军事国防、便携式数码产品等多个领域。传统意义上，锂离子电池的电解液大都为成分，电解液的使用在一定程度上不仅加剧了锂离子电池着火、爆炸、漏液的问题，还限制着高能量锂离子电池的应用与发展，而由于固态电解质中不存在的电解液，不存在上述电解液的问题，从根本上解决锂离子电池的安全隐患。因此，固态电解质的研究与应用对于锂离子电池的发展十分重要。已知，大多数的全固态电池的制备都是采用预先制备好的固态电解质与电池的正负极片卷绕或叠片的方式组装成而成的。而这种方式获得的全固态电池电极/固态电解质界面相容性差，导致界面的阻抗非常大，严重影响电池的功率密度，且制备工艺复杂，成本高。

发明内容

为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种全固态锂离子电池。

本发明的另一目的在于提供一种原位制备全固态锂离子电池的方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种全固态锂电池，包括一体化的正极、负极和固态电解质，所述固态电解质由电解液原位形成，其组分包括无机锂盐和碳酸酯低聚物；所述电解液和每个电极的活性物质质量比为5:1～5:2。

优选的，所述无机锂盐包括碳酸锂。

所述正极的活性材料可以为任意常用的材料，包括但不限于钴酸锂(LiCoO₂)、锰酸锂(LiMn₂O₄)、镍酸锂(LiNiO₂)和磷酸亚铁锂(LiFePO₄)；所述负极的活性材料也可以为任意常用的材料，包括但不限于二氧化钼(MoO₂)、金属锂片、石墨、石墨烯、硅碳负极和金属锂合金。

一种全固态锂离子电池的原位制备方法，包括如下步骤：

将导电锂盐加入复合碳酸酯溶剂中搅拌均匀，得到电解液；将电解液注入正极和负极之间，通过充放电使注入的电解液发生电化学反应，使其全部原位形成包括无机锂盐和碳酸酯低聚物的全固态电解质，再将电解液反应发生的气体抽除，密封，获得全固态锂离子电池；

所述复合碳酸酯溶剂由还原电位不同的两种以上碳酸酯溶剂混合而成。

所述复合碳酸酯溶剂优选先进行除杂、除水，步骤为：通过分子筛(型、型或型)、活性炭、氢化钙、氢化锂、无水氧化钙、氯化钙、五氧化二磷、碱金属或碱土金属中的一种以上进行处理。

优选的，所述充放电具体是指在0.01～3V的范围内，以200mAh g^-1的速度进行三次充放电。

优选的，所述的导电锂盐包括六氟磷酸锂(LiPF₆)、双三氟甲基磺酰亚胺锂(Li(CF₃SO₂)₂N,LITFSI)和二草酸硼酸锂(Li(C₂O₄)₂B,LiBOB)。