[发明专利]锂离子电池固体电解质膜(SEI膜)及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，特别涉及一种锂离子电池固体电解质膜(SEI膜)及其制备方法。

背景技术

1991年，日本索尼公司创造性的采用碳材料作为锂离子电池负极材料，为锂离子电池领域带来了革命性的变化。由于锂离子电池具有诸多优点，例如电压高、体积小、质量轻、比能力高、无记忆效应、无污染、自放电小和循环寿命长等，使得其作为新能源领域最具代表性的储能器件，在移动电子产品供电器件中占据不可取代的位置。然而随着现代移动电子产品使用的不断推广，其使用环境也不断复杂，如很多电子产品，在赤道附近使用时，均要求电池具有优良的高温存储性能；同时随着电子产品功能的逐渐增加，其耗电量也在迅速加大，因此充电频率不断提高，对电池的使用寿命也相应的提出了更好的要求。

现有的提高电池高温存储性能的方式主要包括优化电池体系以及对化成后的电池进行老化等，优化电池体系包括优化正极活性材料结构，如包覆、参杂等提高其热稳定性；或者在电解液中增加特殊添加剂，使得成型后的电芯具有更好的高温性能。同理，优化电极活性材料或者电解液，也可提高电池的循环容量保持率。但以上方案均会使得电池的材料成本大幅度提升。

众所周知，成品电芯电极材料的SEI膜结构及组成对电芯性能具有非常显著的影响。2012年，游从辉等人发明的锂离子电池负极SEI膜及其制备方法(申请号：201210095179.4)，通过调节化成温度、电流密度、截止电压、烘烤压力、时间以及烘烤温度等参数，制备得到一种具有多层结构的锂离子电池负极SEI膜，其内层主要由结构致密、电子绝缘性好的脆性物质组成；外层主要由结构相对疏松、离子传导能力较强的韧性物质组成。这种结构的SEI膜，由于有机组分的存在，势必降低其热稳定性以及循环稳定性，从而使得电池的高温存储性能及循环容量保持率变差。

有鉴于此，确有必要开发一种新的化成工艺，使得采用该工艺制备的电芯具有更加优异的性能的同时，又能降低电芯的制造成本。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的不足，而提供的一种制备结构可控的固体电解质膜(SEI)的方法及制备的SEI膜结构：该SEI膜有且仅有一层结构，且其厚度为10nm～100nm，无机锂盐含量为50％～95wt％。其制备过程包括待化成电芯制备、SEI膜成型及SEI膜老化三个步骤。采用该方法制备的电芯具有更高的循环容量保持率、更好的高温存储性能。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种锂离子电池的电极固体电解质膜，其包裹在电极活性材料表面，所述电极固体电解质膜有且仅有一层，且其厚度可以通过调节化成工艺、电解液添加剂含量进行调节，调节区间为10nm～100nm，所述电极固体电解质膜的无机锂盐含量为50％～95wt％，其余组分为有机锂盐。

其制备方法包括以下步骤：

步骤1，待化成电芯制备：将正极片、负极片以及隔离膜组装成裸电芯，之后装入外封装材料中进行封装、除水，之后注入特殊电解液，待电解液浸入后得到待化成电芯；

步骤2，电极固体电解质膜成膜：将步骤1制备的待化成电芯置于温度为60℃～120℃的热压夹具中烘烤，同时施加0.2MPa～6MPa的面压，烘烤1s～10min后，采用0.01C～4.0C的电流对电芯化成，化成的SOC为30％～100％；

步骤3，电极固体电解质膜老化：将步骤2成膜后的电芯置于60℃～120℃的环境中老化30s～20h，即得到上述锂离子电池的电极固体电解质膜。

作为本发明锂离子电池的电极固体电解质膜的一种改进，所述电极为正极或者负极。

作为本发明锂离子电池的电极固体电解质膜的一种改进，所述电极固体电解质的厚度为20nm～80nm。

作为本发明锂离子电池的电极固体电解质膜的一种改进，所述电极固体电解质的无机锂盐的含量为60％～90％。

作为本发明锂离子电池的电极固体电解质膜的一种改进，所述负极的活性材料包括人造石墨、天然石墨、合金负极以及钛酸锂中的至少一种；所述正极的活性物质包括锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物、锂铁氧化物、锂钒氧化物、硫或硫化物/硫复合物正极材料、三元或多元复合化合物和聚阴离子正极材料中的至少一种。

作为本发明锂离子电池的电极固体电解质膜制备方法的一种改进，步骤2中的烘烤温度为70℃～105℃，化成电流为0.01C～2.0C，化成的SOC为50％～98％。

作为本发明锂离子电池的电极固体电解质膜制备方法的一种改进，步骤2施加的面压为0.4MPa～4MPa，烘烤时间为5s～3min。