[发明专利]固态锂离子电极、电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂电池制造领域，具体涉及固态锂离子电池、电极及其制备方法。

背景技术

二次电池是笔记本电池、电动汽车、移动电话及其它电子设备的重要组成部分。在各种二次电源中，锂离子电池由于具有较高的比能量、较长的循环寿命，被广泛地应用。然而由于锂离子使用液态可燃的电解液，锂离子电池安全性亟待提高。聚合物凝胶锂离子电池采用凝胶电解质材料替代传统液态锂离子电池中的隔膜和部分电解质，但电池装配完毕后仍需要向电池包（壳）中注入液态电解液(中国专利制授权公告号CN101677139B)或使用液态电解液对电极进行活化，制造方法比较复杂（美国专利公开号US2008/0070103A1）。固态薄膜锂离子电池采用全固态的电极和电解质材料，但是其采用沉积的方法在特定的基地材料上沉积制备过程。这种方法效率低、成本高，不适宜制造较厚的电极，也不适合制造大容量锂离子电池（如中国专利申请公布号CN102891317A）。

发明内容

本发明提供了固态锂离子电池电极和电池的制备方法。

本发明涉及一种固态锂离子电池电极，电极由金属集流体及附着在集流体上的活性物质材料、导电剂、固态电解质、粘结剂构成，制备方法具体步骤如下：

将活性物质材料、导电剂、固态电解质、粘结剂加入有机溶剂搅拌成浆料。使用转移涂布机将含有活性物质的浆料涂到集流体表面，将极片烘干，使用辊压机将极片辊压，即成。所述转移涂布机被挤压涂布机或喷涂机代替。

活性物质材料分为正负电极活性物质材料；正电极活性物质材料选用以下化合物或多种混合：LiCoO₂、LiCo_xMn_yO₂（x+y=1）、LiNi_xCo_yO₂（x+y=1）、LiNi_xMn_yO₂（x+y=1）、LiNi_xCo_yMn_zO₂（x+y+z=1）、LiMn₂O₄、LiFePO₄、LiMnPO₄以及上述化合物的元素掺杂化合物；负电极活性物质材料选用以下化合物：石墨、中间相炭微球、软炭材料、钛酸锂（Li₄Ti₅O₁₂）、硅。

固态电解质为固态粉体无机化合物，粉体粒径范围为30nm～20um，选自以下化合物：Li₃PO₄、锂磷氧氮化合物（LiPON）、锂镧钛氧化物（LLT）、锂钒硅氧化合物(LiVSiO)、Li₂S·P₂O₅复合物以及上述化合物的元素掺杂化合物。

导电剂选用以下化合物的一种或多种：碳黑、乙炔黑、碳纤维、碳纳米管、石墨烯；粘结剂选用以下化合物的一种或多种：聚氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)和聚氯乙烯（PVC）。

活性物质、固态电解质、导电剂、粘结剂固体物质重量占比分别为：活性物质比例为75.5～94%、固态电解质比例为2～10%、导电剂比例为2～4.5%、粘结剂比例为2～10%。

所述有机溶剂采用：N-甲基吡咯烷酮（NMP）；有机溶剂加入重量与固体物质质量比为：3:7～7:3。所述的集流体材料为金属，正极集流体具体选用铝箔、涂炭铝箔，负极集流体选用铜箔。

本发明还涉及一种利用上述正负电极制备的固态锂离子电池，一种固态锂离子电池，包括上述的正负电极及其电解质复合层膜，其制备方法的具体步骤如下：在正极或负极或二者极片表面两侧涂覆一层均相的凝胶态聚合物电解质或固态聚合物凝胶电解质复合层膜。将电解质层自然风干或加热烘干。将正负极相对交替叠成电池体装入电池壳或铝塑膜中并封口。将电池充电至额定容量的10～90%后入库存放。其中所述的凝胶基质为常见锂电池凝胶基质，包括聚偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯/六氟丙烯共聚物、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷聚偏氟乙烯、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚丙烯腈、聚甲基丙烯腈、聚六氟丙烯，聚(六氟丙烯-偏1,1二氟乙烯)，聚氧乙烯，聚甲基丙烯酸甲酯，聚丙烯腈，聚乙烯醇，聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸甲酯等；所述的固态聚合物为聚氯乙烯和聚苯乙烯的共聚物。

本发明的有益效果如下：