[发明专利]基于LiI基小分子复合固态电解质的自成型锂碘电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于LiI基小分子复合固态电解质的自成型锂碘全固态电池及其制备方法，通过特定化成工艺，能够在电解质两侧自发形成锂负极和碘正极，由于该电池的正负极均为自发形成，所以电池的制备十分简单，而且采用了LiI基小分子类复合材料，相对传统的高分子固态电解质来说，更加贴合绿色环保的理念.本发明采用的复合固态电解质的关键组分碘化锂三羟基丙腈(HPN)材料，采用改良的方法制备，制备速度快，纯度高，且易于操作，能够极大提高自成型电池的生产效率。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种基于碘化锂基小分子固态电解质的自成型锂碘电池。该电池通过特定化成工艺，以自成型的方式在电解质两侧原位生成正负极。

背景技术

由于大功率移动电器设备、电动汽车以及无人机和机器人等电动技术的出现，在高能量和高功率密度的介质中存储电能引起了人们极大的兴趣。与其他传统电池相比，商用锂离子电池LIB以其高能量密度、设计灵活性和易操作性占据了储能市场的主导地位，其性能表现优于其他电池系统，即铅酸、镍镉、镍氢等，占全球总销售额的70％。然而由于缺乏合适的电极和电解质以及难以控制电极-电解液界面、电池密封等因素，锂离子电池存在着工作温度范围有限、电极腐蚀、电解液泄露等问题。另外，在多次充放电循环过程中，金属枝晶通过电解液介质从阳极生长到阴极，最终导致电池内部短路。为了解决锂离子电池在性能和安全方面所存在的问题，全固态电池作为解决这一问题的根本方法受到了人们的广泛关注。

全固态电池的关键在于开发具有高离子电导率并且机械性能良好的固态电解质材料。为此，人们做了很多努力，例如使用无机固态电解质、硫化物固态电解质、氧化物固态电解质、聚合物电解质、塑料晶体电解质、有机无机复合高分子电解质等来代替液体电解质。然而，用这些固体替代物制造的全固态电解质的性能仍然不令人满意，主要是由于这些电解质材料的优点比较单一，至今没有得到离子传输快、机械性能好、界面稳定、易制备且无毒无害的理想固态电解质。

LiI基小分子复合固态电解质的提出，能够为固态电池的研究提供一个新的方向。LiI基小分子复合固态电解质能够以自成型的方式形成锂碘电池，可能在固态电池的应用中产生更多思路，但当前科研文献中并没有以碘化锂基的小分子复合材料构成自成型电池的记载。

发明内容

本发明涉及一种基于碘化锂基小分子复合固态电解质的自成型锂碘电池及其制备方法。本发明采用碘化锂基小分子复合固态电解质以自成型方式形成锂碘电池，利用改进的LiIHPN小分子材料的合成方法，LiIHPN作为本发明中复合固态电解质的核心材料，通过将碘化锂与三羟基丙腈进行混合加热后，高温退火后加入晶种得到，得到的材料速度更快，纯度更高。

根据上述发明创造目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于LiI基复合固态电解质的自成型锂碘电池，将LiI与LiIHPN进行复合后得到的LiI基复合材料，作为固态电解质，将其装配电池后，通过化成工艺在电解质两端自发形成正负极材料。

优选地，所述LiI基复合材料采用如下方法制备而成：将LiI与LiIHPN按照质量比为3:2-4:1的比例，采用纯度为99％的LiI与LiIHPN进行固相研磨混合，得到LiI基复合材料。

优选地，利用压制磨具，将LiI基复合材料在20-30MPa的压力下进行压制加工，得到LiI基复合材料的片状电解质材料。

优选地，LiIHPN采用如下方法制备而成：将LiI与HPN按照摩尔比为1:1的比例混合后，将混合物在温度100-180℃下进行淬火处理，然后加入高纯度晶种得到LiIHPN。

优选地，高纯度晶种采用如下方法制备而成：将LiI(HPN)₂与LiI按照摩尔比为1:1的比例进行混合，将混合物进行固相研磨后，在130-150℃下高温淬火24-32h，然后缓慢降温得到高纯度晶种。

一种本发明基于LiI基复合固态电解质的自成型锂碘电池的制备方法，其步骤如下：