[发明专利]一种全固态金属锂电池及其制备方法有效

专利信息
申请号: 202110923078.0 申请日: 2021-08-12
公开(公告)号: CN113675466B 公开(公告)日: 2023-02-24
发明(设计)人: 张火锐 申请(专利权)人: 张火锐
主分类号: H01M10/0565 分类号: H01M10/0565;H01M10/0525;H01M10/058;A62C3/16
代理公司: 深圳深知通专利代理事务所(普通合伙) 44783 代理人: 高真辉
地址: 518000 广*** 国省代码: 广东;44
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摘要:
搜索关键词: 一种 固态 金属 锂电池 及其 制备 方法
【说明书】:

发明公开了一种全固态金属锂电池及其制备方法,属于固态金属锂电池制备技术领域,该全固态金属锂电池及其制备方法,用于解决虽然固态金属锂电池所用的固态聚合物电解质的安全性虽然有所提高,但聚合物依然存在易燃的特性,具有安全隐患的问题,本发明由正极片、负极片以及全固态电解质膜制备出一种全固态金属锂电池,其中全固态电解质膜中添加了一种阻燃助剂是由9,10‑二氢‑9‑氧杂‑10‑磷杂菲‑10‑氧化物与二乙烯丁二酸为原料一步步制备得到的磷氮系阻燃剂,同时具备磷系阻燃剂和氮系阻燃剂的特点,且具备协同作用具备更好的阻燃作用,最终应用制备得到的一种全固态金属锂电池,具有良好的阻燃性能,安全性能高。

技术领域

本发明涉及固态金属锂电池制备技术领域,具体为一种全固态金属锂电池及其制备方法。

背景技术

当今世界上,人类正面临化石能源的日益枯竭和对可持续能源的不断增长的需求的严峻问题,从而推动了对低成本、环保和高性能能量转换和存储系统的研究。同时,随着电动汽车和智能电网应用需求的快速增加,因此可以提供高能量密度、稳定的可循环性和优异成本效益的电池的市场需求越来越大。

锂金属具有很高的质量(3860Ah/KG)和体积(2050Ah/L)能量密度,可以用作锂电池的负极材料,例如,采用锂金属作为负极、采用有机系和水系双电解质体系作为电解质,组装出的新型电池体系就具有极高的能量密度。然而,这种新电池体系需要使用高导离子性隔膜分离有机和水系双电解质体系,制造复杂且成本很高,不利于大规模应用。此外,由于这种电池体系同时含有高化学活性锂金属负极和水系电解液,很容易由于电池结构破坏而产生剧烈的化学反应,本身也具有很大的隐患,所以提出了使用电解质,虽然使用固态电解质可以一定程度上解决上述问题,但固态电解质同样面临与正负极的界面接触问题,如陶瓷电解质一般与正负极接触时会发生界面反应,引起界面电阻增加。聚合物电解质具有一定的柔性,密度较低,与金属锂接触良好,但聚合物在高电压和低电压时分别会发生氧化和还原反应,引发聚合物的降解和电池性能的下降。另外,相对于液态有机电解液,固态聚合物电解质的安全性虽然有所提高,但聚合物依然存在易燃的特性,具有安全隐患。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足,本发明提供了一种全固态金属锂电池及其制备方法,用于解决固态聚合物电解质的安全性虽然有所提高,但聚合物依然存在易燃的特性,具有安全隐患的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的,本发明通过以下技术方案予以实现:一种全固态金属锂电池,包括正极片、负极片以及位于正极片和负极片之间的全固态电解质膜,所述全固态电解质膜由PEO作为基体,该全固态电解质膜由如下步骤制成:

步骤S1:在反应釜中加入有机溶剂,将基体PEO和锂盐溶解于有机溶剂中,在转速600-800r/min,温度80-90℃条件下,加入无机填料、增塑剂以及阻燃助剂,搅拌4-6h,搅拌结束后得到混合料;

步骤S2:将混合料浇筑于聚四氟乙烯板上延流成膜,于温度100℃条件下真空干燥24-48h后得到全固态电解质膜;

其中,步骤S1所述阻燃助剂由如下步骤制成:

步骤S11:在烧瓶中加入邻二甲苯,然后将9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物,通入氮气,在温度90℃,转速400-600r/min条件下搅拌20-30min,然后缓慢地将二乙烯丁二酸加入烧瓶,添加完毕后于140-150℃温度下回流反应7-8h,反应结束后反应液冷却至室温,抽滤得到中间物1;

反应方程式如下所示:

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