固态电解质膜组件及其制备方法、全固态锂电池与流程

本发明涉及固态电池领域，具体而言，涉及一种固态电解质膜组件及其制备方法、全固态锂电池。

背景技术：

1、全固态锂电池是一种在工作温度区间内使用的电极和电解质材料均呈固态，不含任何液态组分的锂电池，它相较于传统的采用有机液体为电解液的锂离子电池，具有更高的安全性和更高的能量密度等优势，是一种很有发展前景的电池材料。

2、但是，电池极片与固态电解质的固-固界面问题一直是全固态锂电池的核心问题，要使固态电池具有优异的电化学性能就需要良好的界面贴合度，以使离子传输速率较快。同时，全固态锂电池的电极片与固态电解质要达到良好的界面贴合，加工过程时需要较高的压力、温度等苛刻的外部处理条件。目前常用的固态电解质(例如硫化物电解质)在制备成电解质膜后机械强度较低，在上述加工过程中，边缘在一定外部压力下易粉碎，使得全固态锂电池的结构存在一定的缺陷，进而影响全固态锂电池的电化学性能。

3、因此，本申请为了解决现有电解质膜的机械强度较低，在高压、高温的处理条件下易粉碎的问题及全固态锂电池的电极与电解质膜的固-固接触较差的问题，提供了一种固态复合电解质膜的制备方法，可以在后续加工制备全固态锂电池时保证电解质膜完整性的条件下实现一个良好的电极/电解质界面，使得全固态锂电池中固态电解质与电极间具有较优的机械稳定性，形成更好的固-固接触，从而提升全固态锂电池的电化学性能。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种固态电解质膜组件及其制备方法、全固态锂电池，以解决现有全固态锂电池在加工工艺中，电解质膜边缘易粉碎，且全固态锂电池的电极与电解质膜的固-固界面较差，从而会导致电池电化学性能不佳的问题。

2、为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种固态电解质膜组件的制备方法，其包括以下步骤：步骤s1，提供聚合物膜和电解质膜；步骤s2，将聚合物膜、可选的正极片依次叠置在电解质膜的表面上以进行封装，聚合物膜与电解质膜接触设置，形成封装体；步骤s3，先将封装体进行加热压合处理，以使封装体中聚合物膜中的聚合物熔融后至少部分聚合物进入到电解质膜的内部，再将封装体进行冷却处理，以使封装体中的聚合物从熔融态转化为凝固态，得到固态电解质膜组件。

3、进一步地，聚合物膜中聚合物选自熔点≤120℃的聚合物。

4、进一步地，在步骤s2中，电解质膜的边长≥聚合物膜的边长，且在封装过程中使电解质膜完全覆盖聚合物膜。

5、进一步地，聚合物膜的边缘与电解质膜的边缘的距离d≤5mm。

6、进一步地，加热压合的处理温度为70～120℃，压力为50～300mpa。

7、进一步地，加热压合的处理时间为5～10min。

8、进一步地，采用平板热压、温等静压或热辊方式进行加热压合。

9、进一步地，冷却处理的温度≤15℃，冷却处理的时间为0.1～10min。

10、进一步地，聚合物膜的厚度为10～100μm；进一步优选为10～50μm。

11、进一步地，电解质膜的厚度为50～200μm。

12、进一步地，聚合物膜中还含有添加剂，用于调控聚合物膜的熔点≤120℃。

13、进一步地，聚合物膜中的聚合物选自聚酯类聚合物、聚氨酯类聚合物、聚酰亚胺类聚合物或聚烯烃类聚合物中的一种或多种；进一步优选聚合物膜中的聚合物选自聚酯类聚合物、聚酰亚胺类聚合物或聚烯烃类聚合物中的一种或多种。

14、进一步地，聚酯类聚合物选自聚己内酯、聚对苯二甲酸丁二酯或聚芳酯中的一种或多种。

15、进一步地，聚酰亚胺类聚合物选自双醚酐型聚酰亚胺和/或聚醚酰亚胺。

16、进一步地，聚烯烃类聚合物选自高分子量聚乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚环氧乙烷或聚丙烯腈中的一种或多种。

17、进一步地，电解质膜中的电解质选自硫化物固态电解质和/或氧化物固态电解质。

18、进一步地，聚合物膜中还分布有锂盐，锂盐选自无机锂盐和/或有机锂盐。

19、进一步地，无机锂盐选自lipf6、liclo4、libf4或liasf6中的一种或多种。

20、进一步地，有机锂盐选自libob、lidfob、lifsi或litfsi中的一种或多种。

21、进一步地，聚合物膜中，锂盐的重量分数为5～50wt％。

22、为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种全固态锂电池，包括电解质膜，电解质膜为本发明的固态电解质膜组件的制备方法制备得到的固态复合电解质膜组件。

23、根据本发明的另一方面，提供了一种全固态锂电池的制备方法，当本发明的固态电解质膜组件包括正极片时，其制备方法包括：

24、正极片压合步骤：将固态电解质膜组件在300～600mpa下进行第一冷等静压处理；

25、负极片压合步骤：将负极片设置在固态电解质膜组件远离正极片的电解质膜的一侧表面上，再在20～80mpa下进行第二冷等静压处理，形成初步全固态锂电池；

26、电池封装步骤：将初步全固态锂电池进行极耳的焊接，再将初步全固态锂电池进行封装，得到全固态锂电池；

27、当本发明的固态电解质膜组件不包括正极片时，其制备方法包括：将正极片放置在固态电解质膜组件的聚合物膜的一侧表面上后，再进行正极片压合步骤、负极片压合步骤和电池封装步骤，得到全固态锂电池。

28、应用本发明的技术方案，本发明首先在现有的电解质膜表面叠置有聚合物膜，然后再叠置可选的正极片进行封装，将封装体经过加热压合处理，在此处理过程中，电解质膜表面的聚合物膜中聚合物会熔融，熔融的聚合物经过强力压入使得其进入到电解质膜的内部，在经冷却处理后聚合物膜中的聚合物大部分在电解质膜内部固化，电解质膜的表面只残留极薄的聚合物膜层。由于聚合物膜中的聚合物分子链段强度高，韧性极佳，其进入到电解质膜的内部可以极大地提高电解质膜整体的机械强度和结构稳定性，避免了后续电极与电解质膜在高压力、高温贴附时造成电解质膜的切割和破碎，从而导致电池的短路的问题。同时，采用本发明的制备方法得到的固态电解质膜组件中，电解质膜的表面仅残留极薄的聚合物膜层，极薄的聚合物膜层不会对正极与电解质的界面接触产生任何影响，且些微残留在固体电解质膜表面的聚合物膜层还可将正极和电解质膜粘合在一起便于下一步电池的组装操作，在一定程度上改善了固固界面，进而有效提升电池的电化学性能。

技术特征：

1.一种固态电解质膜组件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的固态电解质膜组件的制备方法，其特征在于，所述聚合物膜中聚合物选自熔点≤120℃的聚合物。

3.根据权利要求1或2所述的固态电解质膜组件的制备方法，其特征在于，在所述步骤s2中，所述电解质膜的边长≥所述聚合物膜的边长，且在所述封装过程中使所述电解质膜完全覆盖所述聚合物膜；

4.根据权利要求1或2所述的固态电解质膜组件的制备方法，其特征在于，所述加热压合的处理温度为70～120℃，压力为50～300mpa；

5.根据权利要求1或2所述的固态电解质膜组件的制备方法，其特征在于，所述冷却处理的温度≤15℃，所述冷却处理的时间为0.1～10min。

6.根据权利要求1所述的固态电解质膜组件的制备方法，其特征在于，所述聚合物膜的厚度为10～100μm；进一步优选为10～50μm；

7.根据权利要求1所述的固态电解质膜组件的制备方法，其特征在于，所述聚合物膜中还含有添加剂，用于调控聚合物膜的熔点≤120℃；

8.根据权利要求1所述的固态电解质膜组件的制备方法，其特征在于，所述聚合物膜中还分布有锂盐，所述锂盐选自无机锂盐和/或有机锂盐；

9.一种全固态锂电池，包括电解质膜，其特征在于，所述电解质膜为权利要求1所述的固态电解质膜组件的制备方法制备得到的固态复合电解质膜组件。

10.一种全固态锂电池的制备方法，其特征在于，当权利要求1所述的固态电解质膜组件包括正极片时，所述制备方法包括：

技术总结
本发明提供了一种固态电解质膜组件及其制备方法、全固态锂电池，其制备方法包括以下步骤：步骤S1，提供聚合物膜和电解质膜；步骤S2，将聚合物膜、可选的正极片依次叠置在电解质膜的表面上以进行封装，聚合物膜与电解质膜接触设置，形成封装体；步骤S3，先将封装体进行加热压合处理，以使封装体中聚合物膜中的聚合物熔融后至少部分聚合物进入到电解质膜的内部，再将封装体进行冷却处理，以使封装体中的聚合物从熔融态转化为凝固态，得到固态电解质膜组件。本发明解决了现有全固态锂电池在加工工艺中，电解质膜边缘易粉碎，且全固态锂电池的电极与电解质膜的固‑固界面较差，会导致电池电化学性能不佳的问题。

技术研发人员：李晓华,靳晓哲,李新
受保护的技术使用者：潍柴动力股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15