[发明专利]一种涂敷于极片上的固态电解质膜的制备方法及其在锂离子电池中的应用

说明书

本发明公开了一种涂敷于极片上的固态电解质膜的制备方法及其在锂离子电池中的应用。所述固态电解质膜包括快离子导体、聚合物基体和锂盐。值得注意的是，所述固态电解质膜在无惰性气体保护/惰性气体保护和不控制湿度条件下通过简单搅拌制成流变体状态并涂覆于制备好的极片表面形成固态电解质层，实验过程简单，空气稳定性强。本发明制备的固态电解质膜在组装成可充放电电池后表现出优良的电化学性能，有效的改善了锂离子电池的循环稳定性和安全性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种涂敷于极片上的固态电解质膜的制备方法及其在锂离子电池中的应用。

背景技术

复合电解质是当前固态锂离子电池开发的热点。现有技术中，采用无机固体电解质和聚合物固体电解质复合是重要的研究方向之一。刚性的无机材料与柔性的有机聚合物的结合，既发挥了无机电解质离子电导率的优势，又兼具良好的柔韧性。

专利文献CN 113270634 A、CN 109075384 A、CN 111378203 A、CN 103151557 A、CN 110336073 A和CN 106935903 A均利用无机材料作为填料，以聚合物为基体制备有机-无机复合固态电解质，或者以凝胶为基体制备凝胶基复合电解质，一定程度上提高了电池的热稳定性能和电化学性能。然而，整体的离子电导率仍然偏低，室温应用受阻，仍然存在较为严重的安全性问题以及机械强度问题，且均在惰性保护气氛下进行成膜，采用了紫外(UV)光照聚合、真空压力机施压、马弗炉中高温处理等方法，制备工艺复杂。

可见，现有技术中缺乏离子电导率高、电化学稳定性好、机械性能好并且制备工艺简单的固态电解质。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种涂敷于极片上的固态电解质膜的制备方法及其在锂离子电池中的应用，具体的技术方案如下：

一种涂敷于极片上的固态电解质膜的制备方法及其在锂离子电池中的应用，包括以下步骤：

a、正极/负极电极片的制备：将正极/负极活性材料、导电剂、粘结剂以质量比8:1:1混合后涂覆于对应集流体上、干燥后制成电极片。

b、固态电解质膜的制备：(1)在无惰性气体保护和不控制湿度条件下，将聚合物、锂盐以及快离子导体加入液体试剂中，然后在40℃-60℃搅拌3h-6h，在空气参与反应的情况下形成流变体状态的混合物；(2)在无惰性气体保护和不控制湿度条件下，将所述流变体状态的混合物按一定厚度涂覆于步骤a所制得的电极片表面，在空气参与反应的条件下，放置0.1h-10h得到干燥后涂敷于极片上的固态电解质膜。

c、固态锂离子电池的制备：将步骤b所述制备的固态电解质膜与锂片、外壳及其它附属材料，在少量润湿剂的加入下，组装成固态锂离子电池。

相较于现有技术，上述制备的固态电解质膜的方法中，利用空气稳定性较好的锂盐，在无惰性气体保护和不控制湿度条件下制备流变体状态的固态电解质并直接涂覆于正/负极电极片上，得到正/负极材料与电解质材料紧密接触的优质固态电解质膜，使得所述固态电解质膜增加固-固界面兼容性，界面阻抗降低，电池的极化降低，具有高室温离子电导率，力学性能和安全性，解决了固态电解质机械性能差、难以控制的缺点。此外，上述固态电解质膜的方法工艺流程简单，基本不涉及复杂的反应过程，降低了能耗和设备的投资。

进一步地，所述步骤a中，正极浆料或负极浆料的调配过程符合领域内常规操作流程，包含锂离子电池正极/负极材料、导电剂和粘结剂；所用的正极材料或负极材料包括但不限于锂金属氧化物、锂金属磷酸盐、石墨、硅、氧化亚硅、以及硅碳复合材料等；所述的电极片层厚度为50μm-300μm。

进一步地，所述步骤b中，所述液体试剂包括丙酮、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、乙腈、N-甲基吡咯烷酮(NMP)中的一种或两种。具体地，采用上述液体试剂，与上述聚合物相容性良好，最终获得的所述固态电解质膜具有较优的微观结构和机械性能。