一种半固态电池的制作方法

本发明涉及一种半固态电池，属于锂离子电池领域。

背景技术：

1、目前，电池主要通过正极片、负极片、隔膜以及电解液组成；其中，电解液灌装于正极片和负极片之间，使电池在充放电过程中，离子在正极片和负极片之间迁移。然而现有技术中的电解液具有饱和蒸气压，在电池的储存以及使用过程中，电解液容易挥发，尤其是当电池的外包装破损时，电解液会快速流出，严重影响电池的电性能和安全性能。

技术实现思路

1、本发明提供一种半固态电池，该电池具有优异的电性能和安全性能。

2、本发明提供一种半固态电池，其中，包括依次层叠设置的正极片、气凝胶电解质层以及负极片；

3、所述气凝胶电解质层包括m个具有孔隙的气凝胶颗粒以及电解液，任意两个气凝胶颗粒之间的间隙小于200nm，所述电解液填充于所述孔隙以及所述间隙中，m＞1；

4、其中，所述孔隙包括通孔以及非通孔孔隙，所述通孔的孔径为20-80nm，所述气凝胶颗粒的通孔率为50-99％，所述气凝胶颗粒的孔隙率为50-99.8％，所述气凝胶颗粒的介电常数为1.2-2.0f/m，粒径小于20μm的所述气凝胶颗粒的抗压强度为5-20兆帕斯卡。

5、如上所述的半固态电池，其中，所述气凝胶颗粒的密度为0.02-0.2克/立方厘米。

6、如上所述的半固态电池，其中，所述气凝胶颗粒的粒径为0.3-30μm。

7、如上所述的半固态电池，其中，所述气凝胶电解质层的厚度为3-150μm。

8、如上所述的半固态电池，其中，所述半固态电池还包括n个绝缘支撑条，n个所述绝缘支撑条设置于所述正极片和所述负极片之间，将所述正极片和所述负极片之间的区域分为多个子区域，n个所述绝缘支撑条沿极片的长度方向上依次排布，n≥1；

9、所述子区域填充有所述气凝胶电解质层。

10、如上所述的半固态电池，其中，所述绝缘支撑条的厚度为5-200μm；和/或，

11、所述绝缘支撑条沿极片的长度方向延伸的尺寸为10-100μm；和/或，

12、n＞1，任意两个相邻的所述绝缘支撑条之间的距离为0.2-3cm；和/或，

13、绝缘支撑条的介电常数小于5f/m。

14、如上所述的半固态电池，其中，所述半固态电池还包括隔膜，所述隔膜设置于所述正极片与所述气凝胶电解质层之间，或，所述隔膜设置于所述负极片与所述气凝胶电解质层之间。

15、如上所述的半固态电池，其中，所述气凝胶颗粒选自聚合无机氧化物气凝胶、和有机高分子聚合物气凝胶中的至少一种。

16、如上所述的半固态电池，其中，所述气凝胶颗粒具有封端基团，所述封端基团选自甲基、乙基、丙基和丁基中的至少一种。

17、如上所述的半固态电池，其中，所述气凝胶颗粒通过包括以下步骤的方法制备得到：

18、使凝胶源与凝胶溶剂依次进行水解反应以及聚合反应得到凝胶，对所述凝胶依次进行陈化处理、溶剂置换、封端处理、减压干燥以及研磨处理得到所述气凝胶颗粒；

19、其中，基于所述凝胶源与所述凝胶溶剂的总质量，所述凝胶溶剂的质量百分含量为10-90％；

20、所述陈化处理的时间为5～24h；

21、所述溶剂置换的时间为6～12h；

22、所述封端处理中，封端剂与所述凝胶的体积比为(0.3-0.8)：1，时间为8-16h；

23、所述减压干燥中，压力为5066～96258帕斯卡，时间为12-24h。

24、本发明的半固态电池，在正极片和负极片之间设置包含特定性能的气凝胶颗粒的气凝胶电解质层，当电池的外包装被破坏时，电解液不会瞬时流出，有助于提高电池的电性能和安全性能。并且，当电解液流出后，气凝胶电解质层会隔绝正极片和/或负极片与外界接触，避免外界的水分和/或气体与正极片的正极活性材料和/或负极片的负极活性材料反应，进而可以避免电池产生有毒害的气体或燃烧，提高电池的安全性能。

技术特征：

1.一种半固态电池，其特征在于，包括依次层叠设置的正极片、气凝胶电解质层以及负极片；

2.根据权利要求1所述的半固态电池，其特征在于，所述气凝胶颗粒的密度为0.02-0.2克/立方厘米。

3.根据权利要求1或2所述的半固态电池，其特征在于，所述气凝胶颗粒的粒径为0.3-30μm。

4.根据权利要求1-3任一项所述的半固态电池，其特征在于，所述气凝胶电解质层的厚度为3-150μm。

5.根据权利要求1-4任一项所述的半固态电池，其特征在于，所述半固态电池还包括n个绝缘支撑条，n个所述绝缘支撑条设置于所述正极片和所述负极片之间，将所述正极片和所述负极片之间的区域分为多个子区域，n个所述绝缘支撑条沿极片的长度方向上依次排布，n≥1；

6.根据权利要求5所述的半固态电池，其特征在于，所述绝缘支撑条的厚度为5-200μm；和/或，

7.根据权利要求1-6任一项所述的半固态电池，其特征在于，所述半固态电池还包括隔膜，所述隔膜设置于所述正极片与所述气凝胶电解质层之间，或，所述隔膜设置于所述负极片与所述气凝胶电解质层之间。

8.根据权利要求1-7任一项所述的半固态电池，其特征在于，所述气凝胶颗粒选自聚合无机氧化物气凝胶、和有机高分子聚合物气凝胶中的至少一种。

9.根据权利要求8所述的半固态电池，其特征在于，所述气凝胶颗粒具有封端基团，所述封端基团选自甲基、乙基、丙基和丁基中的至少一种。

10.根据权利要求1所述的半固态电池，其特征在于，所述气凝胶颗粒通过包括以下步骤的方法制备得到：

技术总结
本发明提供一种半固态电池，包括依次层叠设置的正极片、气凝胶电解质层以及负极片；所述气凝胶电解质层包括M个具有孔隙的气凝胶颗粒以及电解液，任意两个气凝胶颗粒之间的间隙小于200nm，所述电解液填充于所述孔隙以及间隙中，M＞1；其中，所述孔隙包括通孔以及非通孔孔隙，所述气凝胶颗粒的通孔孔径为20‑80nm，所述气凝胶颗粒的通孔率为50‑99％，所述气凝胶颗粒的孔隙率为50‑99.8％，所述气凝胶颗粒的介电常数为1.2‑2.0F/m，粒径小于20μm的所述气凝胶颗粒的抗压强度为5‑20兆帕斯卡。该电池具有优异的电性能和安全性能。

技术研发人员：李光武
受保护的技术使用者：弘大科技（北京）股份公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15