[发明专利]一种电芯热压一体化成型固态电池及其制备方法

说明书

本发明涉及一种一种电芯热压一体化成型固态电池及其制备方法，固态电池固态电解质中包含聚合物，在电池中同时起到电解质与隔膜两个功能，固态电池通过热压工艺熔合成一体在固态电池内部实现一体化粘接，可以提高电极材料间以及电极材料与固态电解质等不同功能层间界面的有效接触，消除由不充分的固相接触而产生和空间电荷层，降低界面阻抗，提高电池库仑效率，并在一定程度上缓解电极在充放电过程中体积变化而产生的界面应力。

技术领域

本发明属于固态电池技术领域，尤其是涉及一种电芯热压一体化成型固态电池及其制备方法。

背景技术

随着市场对高比能电池的需求不断提升，电池安全问题变得日益突出，固态电池因其具有的本质安全属性，被广泛关注。传统的锂离子电池中采用有机电解液，因此在过充、内部短路等其它异常工作状态时产生的大量热量会导致电解液快速汽化，进而可能引起电池爆炸和起火燃烧。这些安全隐患的根本解决途径是发展固态电化学储能器件，即以非挥发性固体电解质替代有机电解液，但是采用非挥发性的固态电解质取代传统的有机液态电解液，使得电池内各组分间均为固相接触，形成新的“固-固”相界面取代了传统电池中的“固-液”相界面。相比于充分浸润的“固-液”相界面，非有效接触的“固-固”相界面阻抗高，导致固态电池容量利用率低，充放电过程中电极的体积变化在电极与固态电解质间产生较大的界面应力，“固-固”相接触属于“点接触”易在接触间隙形成空间电荷层，这些问题会造成电池循环性能大幅劣化。因此，提升固态电池循环性能的关键之一就是改善电极/电解质层间、电极和电解质各自层内的离子传导，抑制界面上的副反应，降低界面应力。

现有技术中如CN110137560A将固态电解质溶液通过静纺丝的方法涂覆于电极极片表层，与电极极片表层成一体化结构，增加固态电解质与电极间的浸润，提高固态电池循环性能；CN105609782A采用压制的方法将负极集流体、负极、固态电解质、正极材料、正极集流体依次层层压制成型组成固态电池；CN105914405B采用环氧化合物制成电解质溶液注入到干电芯中，在加热条件下引发环氧化合物开环聚合，在电芯中原位聚合成固态电解质；CN110224107A采用喷墨打印的方法将电极浆料、中间层浆料、电解质浆料按顺序层层打印在一起，然后压制成极片，组装成电池。上述专利技术采用压制、喷雾或原位聚合等方法提高电极与固态电解质间浸润性与接触，但是对于缓解充放电过程中电极体积变化而产生的应力没有显著效果。

发明内容

针对目前固态电池电池存在的界面阻抗大、循环稳定性差的问题，本发明提供一种电芯热压一体化成型固态电池及其制备方法，制备所得固态电池适用于工业化生产，有效降低固体电池界面阻抗，提高循环稳定性。

本发明采用的技术方案是：一种电芯热压一体化成型固态电池，包括含有聚合物的固态电解质，固态电池通过热压工艺熔合成一体。

优选地，聚合物为丁腈橡胶(NBR)、聚氧化乙烯(PEO)、聚乙二醇(PEG)、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸酯(PMMA)、聚碳酸丙烯酯(PPC)中的一种或多种。

优选地，还包括含有聚合物的正极和/或含有聚合物的负极；或，被含有聚合物的固态电解质浆料处理得到的正极和/或被含有聚合物的固态电解质浆料处理得到的负极；

优选地，还包括含有聚合物的固态电解质膜。

制备电芯热压一体化成型固态电池的方法，

其中，将含有聚合物的正极浆料涂覆到正极集流体上制得含有聚合物正极；

制备负极或制备金属锂负极；

制备含有聚合物的固态电解质溶液；

制备含有聚合物的固态电解质浆料；

将固态电解质浆料涂覆到基底上，烘干去除基地后获得固态电解质膜；

制备电芯热压一体化成型固态电池具体包括如下步骤：