[发明专利]一种固态金属锂电池及其制备方法

说明书

本发明公开一种固态金属锂电池，包括金属锂负极、正极和隔膜，还包括弥散于负极、正极与隔膜三者表面与三者空隙间的固态电解质；固态电解质包括聚合物相和分散在聚合物相内的陶瓷电解质、锂盐与有机溶剂；聚合物相由含不饱和键的单体经原位聚合而成。制备方法包括：1)将含不饱和键的单体、陶瓷电解质、锂盐、选择性加入的功能性添加剂与有机溶剂混合，混合均匀后得到固态电解质前驱体；2)将金属锂负极、正极、隔膜与固态电解质前驱体组装成液态电池，再加入引发剂，进行原位聚合。该固态金属锂电池采用的固态电解质可弥散于整个电池中，充分提高固态电解质与正、负极间的界面性能，提高锂离子在正极的扩散性能及固态金属锂电池的性能。

技术领域

本发明涉及新型固态电池领域，具体涉及一种固态金属锂电池及其制备方法。

背景技术

随着新能源汽车产业的迅速发展，对动力电池能量密度的要求越来越高，而传统的锂离子电池的能量密度已接近瓶颈值，开发新型锂电池系统成为目前的迫切需要。

将金属锂代替锂离子电池的石墨负极，可以显著提高电池的能量密度、以及减少电池的体积。但金属锂与液态电解质的相容性较差，而且金属锂在反复的充放电过程中易形成枝晶，易刺破隔膜从而引发安全问题。通过将固态电解质代替液态电解质，可以一定程度上缓解锂枝晶问题，常见的固态电解质有如聚合物、陶瓷、聚合物/陶瓷复合物等。

如申请公布号为CN 108987798 A的中国专利文献中公开了一种一体化全固态锂金属电池，包括正极、负极和设置于正极和负极之间的有机无机复合固态电解质，负极为金属锂，有机无机复合固态电解质包括聚氧化乙烯和均匀分散于该聚氧化乙烯内部的陶瓷纳米线，正极中的粘结剂包含聚氧化乙烯和锂盐。

但上述技术方案中公开的全固态电解质室温锂离子电导率普遍比较低，固态电解质与锂负极和正极的接触不良，形成较大的界面电阻。

发明内容

本发明针对现有技术中的问题，公开了一种固态金属锂电池，其采用的固态电解质可弥散于整个电池中，充分提高固态电解质与正、负极间的界面性能，同时提高锂离子在正极的扩散性能，从而提高固态金属锂电池的性能。

具体技术方案如下：

一种固态金属锂电池，包括金属锂负极、正极和隔膜，还包括弥散于所述金属锂负极、所述正极与所述隔膜三者表面与三者空隙间的固态电解质；

所述固态电解质包括聚合物相，和分散在所述聚合物相内的陶瓷电解质、锂盐与有机溶剂；

所述聚合物相由含不饱和键的单体经原位聚合而成。

所述固态金属锂电池的制备方法，包括：

1)将含不饱和键的单体、陶瓷电解质、锂盐、选择性加入的功能性添加剂与有机溶剂混合，混合均匀后得到固态电解质前驱体，待用；

2)将金属锂负极、正极、隔膜与步骤1)制备的固态电解质前驱体组装成液态电池，再加入引发剂，经原位聚合反应，制备得到固态金属锂电池。

本发明以含不饱和键的单体为原料，与陶瓷电解质、锂盐等混合均匀后得到液态的固态电解质前驱体，将该液态的固态电解质前驱体与金属锂负极、正极、隔膜共同组装成电池，经引发剂引发后，将含不饱和键的单体原位聚合形成聚合物相，并将其他原料(包括陶瓷电解质、锂盐、选择性加入的功能性添加剂与有机溶剂)分散并固定于该聚合物相中，形成固态电解质；同时，由于采用原位聚合的方式，该固态电解质填充于金属锂负极、正极与隔膜三者空隙间，提高固态电解质与正、负极间的界面性能、提高锂离子在正极的扩散性能、并进一步提高固态金属锂电池的力学性能与耐热性能；另外，纳米级的陶瓷电解质颗粒还将吸附于隔膜的两侧，形成镀陶瓷隔膜，可增强隔膜的力学性能和耐热性能，以及进一步增强抑制锂枝晶的能力。