一种一体化设计正、负极极片、半固态电池及其制备方法与流程

本申请涉及锂离子电池，尤其涉及一种一体化设计正、负极极片、半固态电池及其制备方法。

背景技术：

1、当前一体化电极的设计方案主要有以下几种：(1)在正负极活性物质表面包覆一层固态电解质，然后匀浆、涂布，制备正负极极片；(2)正、负极浆料混料时加入固态电解质材料，然后分别涂覆在正负极集流体上制备一体化正、负极极片；(3)通过热复合等工艺在正极或负极极片上热复合一层固态电解质，该工艺制备的极片难以降低固态电解质层的厚度。

2、当前现有技术使用的固态电解质厚度一般在20-100微米之间，固态电解质的离子电导率一般在10-6-10-3s/cm的范围内，锂离子需要花费大量时间穿过固态电解质，导致固态电池的倍率性能很差。和传统液态电池相比，半固态电池的电解液用量少，界面阻抗大，容量发挥和循环性能差。固态电解质是半固态电池中最重要的组分之一，但是当前大多数固态电解质无法同时匹配正极和负极。

技术实现思路

1、为了解决现有技术锂离子在固态电解质中传输困难和固态电池固-固界面阻抗大等问题，本申请提出了一种一体化设计正、负极极片、半固态电池及其制备方法，通过降低固态电解质的厚度，进而成倍的降低锂离子在固态电解质中的传输时间；在正极侧和负极层分别涂覆不同的固态电解质在匹配正负极体系，提高了正、负极和固态电解质之间、正极固态电解质和负极固态电解质之间的界面稳定性。

2、具体的，为了实现上述技术方案，第一方面，本申请提供了一种半固态电池的制备方法，包括以下步骤：

3、将ncm811、pvdf、cnts和super p按照一定比例混合加入到第一溶剂中搅拌制作正极浆料，并将正极浆料涂覆在铝箔上，干燥碾压，制得正极极层，将10-30份固态电解质颗粒a加入70-90份dmf中，并搅拌均匀得到中间液a，在中间液a中再加入pvdf和liclo4，在55-65℃条件下搅拌11-13h，获得均匀液体a，通过流延法将均匀液体a涂敷在正极极层上，烘干、碾压得到一体化设计正极极片，正极侧固态电解质层3的厚度在2-5微米；

4、将石墨、pvdf、cnts、super p按照一定比例进行混合加入到第二溶剂中搅拌制作负极极浆料，并将负极浆料涂覆在铝箔上，干燥碾压，制得负极极层，将10-30份固态电解质颗粒b加入70-90份dmf中，并搅拌均匀得到中间液b，在中间液b中再加入pvdf和liclo4，在55-65℃条件下搅拌11-13h，获得均匀液体b，通过流延法将均匀液体b涂敷在负极层上，烘干、碾压得到一体化设计负极极片，负极极片的固态电解质层的厚度在2-5微米；

5、将一体化设计正、负极极片和隔膜叠片，并用铝塑膜封装，将质量比为65-70份:12-15份:7-13份：5-13份的异氰酸酯单体、电解液、引发剂和溶剂混合，得到单体预聚液，将单体预聚液注入电芯，常温静置浸润22-26h，对电芯加压加热使单体预聚液在电芯内部原位聚合，温度在35-100℃，压力在2-20psi之间，原位聚合时间为5-48h，制得半固态电池。

6、作为优选地，正极浆料中的ncm811、pvdf、cnts和super p的份数比为91-93份：5份：1-2份：1-2份。

7、作为优选地，第一溶剂为n-甲基吡咯烷酮，均匀液体a中的中间液a、pvdf和liclo4的份数比为40份：50份：10份，固态电解质颗粒a为固态电解质a为latp、lagp、lzp、ltp、lgp的nasicon型固态电解质或llzo、llzto的石榴石型固态电解质中的一种。

8、作为优选地，负极浆料中石墨、pvdf、cnts和super p的份数比为92-93份：5份：1-1.5份：1-1.5份。

9、作为优选地，第二溶剂为n-甲基吡咯烷酮，均匀液体b中的中间液b、pvdf和liclo4的份数比为40份：50份：10份，固态电解质颗粒b为钙钛矿结构的llto。

10、作为优选地，均匀液体a中的pvdf和liclo4的质量比为3：1，均匀液体b中的pvdf和liclo4的质量比为3：1。

11、作为优选地，在单体预聚液中的引发剂包括偶氮二异丁腈、过氧化二苯甲酰、过氧化二月桂酰、过氧化-2-乙基己酸叔丁酯、苯甲酰、过氧化二异丙苯、硫化铵或三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的一种或多种；在单体预聚液中的溶剂为n-甲基吡咯烷酮、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、四氢呋喃、丙酮、乙腈、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、甲醚类中的一种或多种。

12、第二方面，本申请提供了一种一体化设计正极极片，通过本申请任意实施例提供的制备方法制备得到的。

13、第三方面，本申请提供了一种一体化设计负极极片，通过本申请任意实施例提供的制备方法制备得到的。

14、第四方面，本申请提供了一种半固态电池，通过本申请提供任意实施例提供的一种半固态电池的制备方法制备得到的。

15、本申请具有如下有益效果：本申请提出了一种一体化设计正、负极极片、半固态电池及其制备方法，通过降低固态电解质的厚度，成倍的降低锂离子在固态电解质中的传输时间，在正极侧和负极侧分别涂覆不同的固态电解质层，使得正极侧固态电解质层-负极侧固态电解质层界面更加稳定，提高了半固态电池的倍率性能，提高了半固态电池的循环性能；同时还提升了半固态电池的安全性能。

技术特征：

1.一种半固态电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种半固态电池的制备方法，其特征在于，所述正极浆料中的ncm811、pvdf、cnts和super p的份数比为91-93份：5份：1-2份：1-2份。

3.根据权利要求2所述的一种半固态电池的制备方法，其特征在于，所述第一溶剂为n-甲基吡咯烷酮，所述均匀液体a中的中间液a、pvdf和liclo4的份数比为40份：50份：10份，所述固态电解质颗粒a为固态电解质a为latp、lagp、lzp、ltp、lgp的nasicon型固态电解质或llzo、llzto的石榴石型固态电解质中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种半固态电池的制备方法，其特征在于，所述负极浆料中石墨、pvdf、cnts和super p的份数比为92-93份：5份：1-1.5份：1-1.5份。

5.根据权利要求4所述的一种半固态电池的制备方法，其特征在于，所述第二溶剂为n-甲基吡咯烷酮，所述均匀液体b中的中间液b、pvdf和liclo4的份数比为40份：50份：10份，所述固态电解质颗粒b为钙钛矿结构的llto。

6.一种一体化设计正极极片，其特征在于，通过任一项权利要求1-5所述的制备方法制备得到的。

7.一种一体化设计负极极片，其特征在于，通过任一项权利要求1-5所述的制备方法制备得到的。

8.一种半固态电池，其特征在于，通过任一项权利要求1-5所述的一种半固态电池的制备方法制备得到的。

技术总结
本申请公开了一种一体化设计正、负极极片、半固态电池及其制备方法，涉及锂离子电池技术领域，包括以下步骤：制备正极极片；制备负极极片；制备半固态电池；将一体化设计正、负极极片，以及隔膜叠片，并用铝塑膜封装，将质量比为65‑70份:12‑15份:7‑13份：5‑13份的异氰酸酯单体、电解液、引发剂和溶剂混合，得到单体预聚液，将所述单体预聚液注入电芯，常温静置浸润22‑26h，对所述电芯加压加热使所述单体预聚液在电芯内部原位聚合，温度在35‑100℃，压力在2‑20Psi之间，原位聚合时间为5‑48h，制得半固态电池。本申请提高了半固态电池的倍率性能；提升了半固态电池的循环性能；提升了半固态电池的安全性能，本申请使用的方法工艺简单，生产成本低。

技术研发人员：张利腾,饶绍建,王勇,宋明
受保护的技术使用者：万向一二三股份公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29