一种全固态锂离子电池用复合负极及其制备方法与流程

文档序号:15563815发布日期:2018-09-29 02:52阅读:524来源:国知局

本发明涉及锂离子电池领域,涉及了一种全固态锂离子电池用复合负极,还涉及了一种全固态锂离子电池用复合负极的制备方法。



背景技术:

在各类储能器件中,锂离子电池由于能量密度大、稳定性高、循环寿命长等优势备受人们关注。尽管其发展历程较短,锂离子电池在便携式电子设备领域成功取代了原有的镍氢电池和镍铬电池,得到了广泛的应用。同时,随着近年新能源汽车的快速发展及国家对新能源汽车的大力支持,在新兴的电动汽车领域,锂离子电池有着广阔的应用前景。

全固态锂离子电池使用固态电解质组装而成,完全不含电解液等液态成分。全固态锂离子电池的工作原理与传统锂离子电池的原理相同,在电池充电时,li+从正极材料中脱出,通过固体电解质向电池的负极迁移.嵌入到负极材料中。充电的同时,电子从正极通过外电路向负极迁移,放电过程则正好相反。

当前锂离子电池主要使用液态有机电解质,存在漏液、易燃、易瀑等安全隐患,并发生了多起由于锂电池安全因素造成的安全事故。因此,提高锂离子电池的安全性显得非常迫切与必要。全固态锂离子电池与传统锂离子电池主要区别在于,全固态锂离予电池主要由固态的电解质代替了液态有机电解质,并且由于固体电解质具有较好的热稳定性和化学稳定性,可以有效提高锂离子电池的安全性能。全固态电池中在充放电过程中固体电解质与电极间的副反应较少,使得电池的循环和存储寿命比较长。其次,全固态锂离子电池中没有隔膜,固态电解质层本身可以起到阻止正负极接触的作用。



技术实现要素:

本发明的目的是:针对上述不足,提供一种全固态锂离子电池用复合负极及其制备方法。

为达到上述目的,本发明采用的技术方案是:

一种全固态锂离子电池用复合负极,此复合负极包括石墨、导电剂、无机材料粉体、粘结剂、锂盐,按照以下质量百分比进行混合:石墨:导电剂:无机材料粉体:粘结剂:锂盐=60-90:1-5:1-20:1-8:1-10。

导电剂包括surpe-p,乙炔黑,ks-6,cnt或石墨烯。

无机材料粉体包括锂镧锆钽氧、锂镧钛氧或锂镧锆氧。

粘结剂为聚偏氟乙烯。

锂盐包括liclo4,libf4,lipf6,litfsi或liasf6。

一种全固态锂离子电池用复合负极的制备方法,包括如下步骤:第一步:制备浆料,首先将粘接剂溶于nmp中,之后添加导电剂,分散以后,形成胶液,将石墨、无机粉体材料、锂盐按一定比例分别添加到胶液中进行分散搅拌制备成负极浆料;

第二步:采用涂布机将负极浆料涂布在厚度为8-12μm的集流体上,涂布厚度为100-300μm,涂布机的烘干温度为120-135℃,收卷后的极片在100-108℃的真空烤箱中进行干燥,干燥时间为18-24h,对干燥后的电极片进行辊压,压实控制在1.4-1.8mg/cm3,分切得到复合负极极片;

第三步:将分切的复合负极片取出,进行辊压、冲裁,真空保存。

集流体为铜箔、涂炭铜箔、多孔铜箔或多孔涂炭铜箔。

与现有技术相比,本发明所达到的技术效果是:本发明全固态锂离子电池用复合负极应用于全固态锂离子电池领域,可保证电池安全性能,不会造成起火、爆炸等安全事故,并且能够实现大规模批量生产。

附图说明

图1为全固态锂电池0.05c充放电循环曲线。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述:

实施例一:

一种全固态锂离子电池用复合负极,此复合负极包括石墨、surpe-p、锂镧锆氧、聚偏氟乙烯、litfsi,按照以下质量百分比进行混合:石墨:surpe-p:锂镧锆氧:聚偏氟乙烯:litfsi=90:1:2:3:4。

一种全固态锂离子电池用复合负极的制备方法,包括如下步骤:第一步:制备浆料,首先将聚偏氟乙烯溶于nmp中,之后添加surpe-p,分散以后,形成胶液,将石墨、锂镧锆氧、litfsi按上述比例添加到胶液中进行分散搅拌制备成负极浆料;

第二步:采用涂布机将负极浆料涂布在厚度为8μm的铜箔上,涂布厚度为100μm,涂布机的烘干温度为120℃,收卷后的极片在100℃的真空烤箱中进行干燥,干燥时间为18h,对干燥后的电极片进行辊压,压实控制在

1.4mg/cm3,分切得到复合负极极片;

第三步:将分切的复合负极片取出,进行辊压、冲裁,真空保存。

与现有技术相比,本发明所达到的技术效果是:本发明全固态锂离子电池用复合负极应用于全固态锂离子电池领域,可保证电池安全性能,不会造成起火、爆炸等安全事故,并且能够实现大规模批量生产。

实施例二:

一种全固态锂离子电池用复合负极,此复合负极包括石墨、cnt、锂镧锆钽氧、聚偏氟乙烯、liasf6,按照以下质量百分比进行混合:石墨:cnt:锂镧锆钽氧:聚偏氟乙烯:liasf6=80:3:10:4:3。

一种全固态锂离子电池用复合负极的制备方法,包括如下步骤:第一步:制备浆料,首先将聚偏氟乙烯溶于nmp中,之后添加cnt,分散以后,形成胶液,将石墨、锂镧锆钽氧、liasf6按上述比例添加到胶液中进行分散搅拌制备成负极浆料;

第二步:采用涂布机将负极浆料涂布在厚度为9μm的涂炭铜箔上,涂布厚度为160μm,涂布机的烘干温度为125℃,收卷后的极片在103℃的真空烤箱中进行干燥,干燥时间为20h,对干燥后的电极片进行辊压,压实控制在1.5mg/cm3,分切得到复合负极极片;

第三步:将分切的复合负极片取出,进行辊压、冲裁,真空保存。

实施例三:

一种全固态锂离子电池用复合负极,此复合负极包括石墨、石墨烯、锂镧钛氧、聚偏氟乙烯、liclo4,按照以下质量百分比进行混合:石墨:石墨烯:锂镧钛氧:聚偏氟乙烯:liclo4=83:2:5:6:4。

一种全固态锂离子电池用复合负极的制备方法,包括如下步骤:第一步:制备浆料,首先将聚偏氟乙烯溶于nmp中,之后添加石墨烯,分散以后,形成胶液,将石墨、锂镧钛氧、liclo4按上述比例添加到胶液中进行分散搅拌制备成负极浆料;

第二步:采用涂布机将负极浆料涂布在厚度为10μm的多孔铜箔上,涂布厚度为240μm,涂布机的烘干温度为130℃,收卷后的极片在106℃的真空烤箱中进行干燥,干燥时间为22h,对干燥后的电极片进行辊压,压实控制在1.6mg/cm3,分切得到复合负极极片;

第三步:将分切的复合负极片取出,进行辊压、冲裁,真空保存。

实施例四:

一种全固态锂离子电池用复合负极,此复合负极包括石墨、乙炔黑、锂镧锆钽氧、聚偏氟乙烯、lipf6,按照以下质量百分比进行混合:石墨:乙炔黑:锂镧锆钽氧:聚偏氟乙烯:lipf6=60:5:20:5:10。

一种全固态锂离子电池用复合负极的制备方法,包括如下步骤:第一步:制备浆料,首先将聚偏氟乙烯溶于nmp中,之后添加乙炔黑,分散以后,形成胶液,将石墨、锂镧锆钽氧、lipf6按上述比例添加到胶液中进行分散搅拌制备成负极浆料;

第二步:采用涂布机将负极浆料涂布在厚度为12μm的多孔涂炭铜箔上,涂布厚度为300μm,涂布机的烘干温度为135℃,收卷后的极片在108℃的真空烤箱中进行干燥,干燥时间为24h,对干燥后的电极片进行辊压,压实控制在1.8mg/cm3,分切得到复合负极极片;

第三步:将分切的复合负极片取出,进行辊压、冲裁,真空保存。

实施例五:

其中为了验证复合负极性能,需要制备复合正极片,并将电解质浆料涂覆在复合正极片以及复合负极片表面,并进行叠加组片,形成全固态电池。

其中,关于复合正极片的制备方法如下:

制备复合正极片,首先,制备正极浆料:首先将聚偏氟乙烯溶于n-甲基吡咯烷酮溶液中,之后添加纳米碳纤维,分散之后,继续添加surpe-p,之后将三元ncm正极、锂镧锆钽氧以及litfsi按照质量比分别添加到胶液中进行分散搅拌,制备成正极浆料。ncm523:纳米碳纤维:surpe-p:pvdf:锂镧锆钽氧:litfsi=86:0.5:1.5:2:5:5;

其次,浆料涂布:采用涂布机将正极浆料涂布在厚度为16μm的铝箔上,涂布厚度为200μm,涂布机的烘干温度为120℃,收卷后的极片在100℃的真空烤箱中进行干燥,干燥时间为18h,对干燥后的电极片进行辊压,压实控制在2.9mg/cm3,分切得到复合正极极片。

一种全固态电池用复合负极的应用,步骤一:将制备后的电解质浆料倾倒在涂布机料槽中;

步骤二:启动涂布机,调节涂布机的速度,使之以300mm/s的速度分别将电解质浆料涂覆在复合正极片和复合负极片的表面,通过调节刮刀高度来调节涂布高度,使得涂布高度范围为300μm;

步骤三:调节烘箱温度在100℃,对湿法涂覆后的复合正极片和复合负极片进行烘烤;

步骤四:最后通过收卷辊对涂覆干燥的复合正极片和复合负极片进行收卷,然后按照需求尺寸对极片进行分切,待用;

步骤五:在手套箱中将涂刷电解质浆料层的复合正极片与复合负极片进行叠片、组装得到固态锂离子电池,将得到的固态锂离子电池在25℃、0.1c充放电,充放电截止电压4.2v-3.0v的条件下进行充放电循环测试。

与现有技术相比,本发明所达到的技术效果是:本发明全固态锂离子电池用复合负极应用于全固态锂离子电池领域,可保证电池安全性能,不会造成起火、爆炸等安全事故,并且能够实现大规模批量生产。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施,并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

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