电池及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种全固态LiMn2O4-Li4Ti5O12电池及其制备方法。
【背景技术】
[0002]目前锂电池大多所使用的电解质包含易挥发和易燃烧的有机溶剂。为了制造更高输出电压、更高能密度和更大尺度的电池，就需要使用含大量有机溶剂的电解质。而电池中的有机电解质导致严重的火灾和电解质泄漏时有发生。要克服这些安全问题和制造出可靠的电池，最有效的方法就是以不燃的固体电解质代替易燃的液体电解质。全固态锂电池与传统的液体电解质电池相比，除了有较高的能量外，还避免了酸碱等液体电解质对容器的腐蚀，并且具有无泄露、储存寿命长、易于小型化等优点，而且使用温度范围宽，使得锂电池的应用范围扩展到电动汽车、储能、航天、生物以及人体等多种特殊要求的工作环境，它将越来越影响和改变人们的生活。
[0003]综上所述，用于全固态锂电池的开发利用具有重大的现实意义。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种全固态LiMn2O4-Li4Ti5O12电池的制备方法，包括如下步骤:
将LiMn204、导电剂、固体电解质、招粉混合均勾，热压形成一正极预制体；
将Li4Ti5O12、导电剂、固体电解质、招粉混合均勾，热压形成一负极预制体；
将所述两片正极预制体及负极预制体分别放置于集流体铝箔两侧热压分别形成正极片及负极片；
在正极片或负极片的至少一表面形成一固体电解质层；
将正极片和负极片交替叠放，使固体电解质层与所述正极片和负极片形成夹层结构，热压后形成一电池预制体；以及
去除电池预制体中的水分，并铝塑膜密封得到所述全固态LiMn2O4-Li4Ti5O12电池。
[0005]进一步的，所述正极预制体中LiMn2O4、导电齐U、固体电解质和招粉的质量比为10:0.1?1.0:0.5?1.5:0.5?1.5。
[0006]进一步的，所述正极预制体中LiMn2O4、导电齐U、固体电解质和招粉的质量比为10:0.3?0.7:0.8?1.2:0.8?1.2。
[0007]进一步的，所述负极预制体中Li4Ti5O12、导电剂、固体电解质和铝粉的质量比为10:0.1-1.0:0.5-1.5:0.5-1.5。
[0008]进一步的，所述负极预制体中Li4Ti5O12、导电剂、固体电解质和铝粉的质量比为10:0.3?0.7:0.8?1.2:0.8?1.2。
[0009]进一步的，所述固体电解质层通过磁控溅射方法形成。
[0010]进一步的，将所述正极预制体及负极预制体加热到660°C ~680°C使铝粉熔解分别形成正极片及负极片。
[0011]本发明还提供一种全固态LiMn2O4-Li4Ti5O12电池，包括: 正极片，包括均匀混合的LiMn204、导电剂、固体电解质以及金属铝，其中，金属铝粘结于LiMn2O4、导电剂以及固体电解质之间；
负极片，包括均匀混合的Li4Ti5O12、导电剂、固体电解质以及金属铝，其中，金属铝粘结于Li4Ti5O12、导电剂以及固体电解质之间；
夹层为所述正极片和负极片之间的固体电解质层。
[0012]进一步的，所述正极片中LiMn2O4、导电剂、固体电解质和金属铝的质量比为10:0.1?1.0:0.5?1.5:0.5?1.5。
[0013]进一步的，所述负极片中Li4Ti5O12、导电剂、固体电解质和铝粉的质量比为10:0.1?1.0:0.5?1.5:0.5?1.5。
[0014]本发明提供的一种全固态LiMn2O4-Li4Ti5O12电池不仅具有较高能量外，通过金属铝作为正极片和负极片的粘结剂，还可以使上述电池具有良好的循环性能和安全性能。此夕卜，本发明的制备方法，还具有制程简单，容易工业化引用等特点。
【附图说明】
[0015]图1为本发明实施例提供的制备全固态LiMn2O4-Li4Ti5O12电池的流程图。
[0016]图2为由本实施例1得到的全固态LiMn2O4-Li4Ti5O12电池的循环测试曲线图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
[0018]请参照图1，一种全固态LiMn2O4-Li4Ti5O1^池的制备方法，包括如下步骤:
SI，将LiMn204、导电剂、固体电解质、招粉混合均勾，热压形成一正极预制体；
S2，将Li4Ti5O12、导电剂、固体电解质、招粉混合均勾，热压形成一负极预制体；
S3，将所述两片正极预制体及负极预制体放置在集流体铝箔两侧并热压分别形成正极片及负极片；
S4，在正极片或负极片的至少一表面形成一固体电解质层；
S5，将正极片和负极片交替叠放，使固体电解质层位于所述正极片和负极片之间，热压后形成一电池预制体；以及
S6，去除电池预制体中的水分，并铝塑膜密封得到所述全固态LiMn2O4-Li4Ti5O12电池。
[0019]在步骤SI中，所述正极预制体中LiMn2O4、导电剂、固体电解质和铝粉的质量比为10:0.1-1.0:0.5-1.5:0.5~1.5 ;优选的，所述正极预制体中LiMn2O4、导电剂、固体电解质和铝粉的质量比为10:0.3-0.7:0.8-1.2:0.8-1.2 ;更优选的，所述正极预制体中LiMn2O4'导电剂、固体电解质和铝粉的质量比为10:0.4-0.6:0.9-1.1:0.9-1.1。在所述正极预制体中加入铝粉的目的是为了做LiMn2O4、导电剂的固体电解质的粘结剂。所述固体电解质可以为锂离子导体，如 β _Al203、LiP0N、Li2S-P2S5玻璃、Li 1QGeP2S12、NASICON、LISIC0N、钙钛矿结构的Li3xLa1 3xTi03(LLT，0〈x〈0.16)等固体电解质体系。所述导电剂可以是活性炭、导电炭黑、碳纳米管、石墨烯或其它类型的导电添加剂。
[0020]在步骤S2中，所述负极预制体中Li4Ti5O12、导电剂、固体电解质和铝粉的质量比为10:0.1-1.0:0.5-1.5:0.5~1.5 ;优选的，所述负极预制体中Li4Ti5O12、导电剂、固体电解质和铝粉的质量比为10:0.3-0.7:0.8-1.2:0.8-1.2 ;更优选的，所述负极预制体中Li4Ti5O12、导电剂、固体电解质和铝粉的质量比为10:0.4-0.6:0.9-1.1:0.9-1.1。在所述负极极预制体中加入铝粉的目的是为了做Li4Ti5O12、导电剂的固体电解质的粘结剂并提高整个极片的导电性。
[0021]在步骤S3中，优选的，在真空氛围或惰性气体氛围中加热，从而防止氧化。另外，所述加热温度大于等于铝粉的熔点，即，大于等于660°C即可。为了不破坏固体电解质，Li4Ti5O12以及LiMn2O4的结构，所述加热温度为660°C ~680°C。优选的，所述加热温度为6600C -6700C。更优选的，所述加热温度为660°C -665°C。由于加热温度大于铝粉熔点，故，正极预制体的铝粉会熔化，从而粘结于LiMn2O4、导电剂的固体电解质之间。可以理解，所述负极预制体中的铝粉也会熔化，从而粘结于Li4Ti5O12、导电剂的固体电解质之间。进一步的，所述加热时间优选为10分钟到60分钟。更进一步的，包括一退火的步骤，所述退火温度为400°C ~600°C，退火时间为I小时到2小时。实验证明，通过退火处理可以获得更稳定的正极片和负极片。更优选的，所述退火温度为500°C ~600°C。
[0022]在步骤S4中，可以在所述正极片或负极片的至少一表面形成一固体电解质层。所述固体电解质层可以通过磁控溅射方法或其它方法形成。所述固体电解质层的厚度可以根据实际需要选择，一般为I微米到10微米。优选的，所述固体电解质层的厚度为2微米到5微米。更优选的，所述固体电解质层的厚度为2微米到4微米，从而可以显著提高电池的充放电性能。
[0023]在步骤S5中，所述热压温度为600 °C -660 °C。
[0024]在步骤S6中，可以通过真空干燥法，加热干燥法或其他方法去除电池预制体中的水分，并通过铝塑膜密封得到所述全固态LiMn2O4-Li4Ti5O12电池。
[0025]本发明还提供一种全固态LiMn