[发明专利]一种全固态锂电池及其制备方法

权利要求书

1.一种全固态锂电池，包括正极、负极，其特征在于，还包括陶瓷电解质层，以及弥散于正极、负极以及陶瓷电解质层的表面及空隙间的聚合物固态电解质；

所述正极包括正极集电极以及附着于所述正极集电极表面的正极层，所述正极层中包括正极活性材料，所述正极活性材料表面包覆有耐高压陶瓷电解质；

所述负极包括负极集电极和所述负极集电极表面附着的表面改性层，所述表面改性层中包括碳材料与粘结剂；

负极集电极，是指电池处于初始状态时，负极仅有集电极，而没有金属锂；

所述表面改性层的厚度为1~50μm，碳材料和粘结剂的重量比为10~50：1；

所述陶瓷电解质层包括耐低压陶瓷电解质与聚合物粘结剂；

所述陶瓷电解质层独立成层，或者附着于所述正极表面；

所述聚合物固态电解质包括聚合物相，和分散在所述聚合物相内的锂盐。

2.根据权利要求1所述的全固态锂电池，其特征在于：

所述正极活性材料选自含锂氧化物；

所述耐高压陶瓷电解质选自钠快离子导电型氧化物，结构通式为Li_1+zAl_zM_2-z(PO₄)₃，式中，0.1≤z≤0.6，M选自Ti、Ge、Zr中的一种或多种；

所述碳材料选自人造石墨、天然石墨、软碳、硬碳、纳米碳管、富勒烯、石墨烯中的一种或多种；

所述耐低压陶瓷电解质选自GARNET型氧化物，结构通式为Li_7‒x‒3yD_yLa₃Zr_2‒xM_xO₁₂，式中，M选自Nb、Ta、Sb中的一种或多种，D选自Al、Ga中的一种或两种，0.1≤x≤0.6，0.1≤y≤0.3；

所述聚合物粘结剂选自聚氧化乙烯；

所述聚合物相由聚合物单体原位聚合而成，所述聚合物单体包括丙烯酸酯类单体和缩水甘油醚类单体；

所述锂盐包括含氟锂盐和含硼锂盐，含氟锂盐选自三氟甲磺酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂中的一种或多种，含硼锂盐选自二氟草酸硼酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂中的一种或多种。

3.根据权利要求2所述的全固态锂电池，其特征在于：

所述锂盐还包括第三锂盐，选自六氟磷酸锂。

4.一种根据权利要求1~3任一项权利要求所述的全固态锂电池的制备方法，其特征在于，包括：

1）将锂盐、引发剂溶于聚合物单体中，经充分搅拌均匀，得到聚合物电解质前驱体，待用；

2）将正极活性材料和耐高压陶瓷电解质的前驱体经均匀混料、物理融合和热处理得到包覆正极活性材料，将包覆正极活性材料、导电剂、粘结剂溶于有机溶剂中，涂覆于正极集电极上，得到正极，待用；

3）将耐低压陶瓷电解质与聚合物粘结剂在有机溶剂中混合，经充分搅拌均匀，涂覆于正极表面，再经辊压、真空干燥得到正极/陶瓷电解质，待用；

4）将碳材料和粘结剂在有机溶剂中混合，经充分搅拌均匀，涂覆于负极集电极表面，再经辊压、真空干燥得到附着有表面改性层的负极集电极作为负极，待用；

5）将负极、正极/陶瓷电解质与聚合物电解质前驱体组装成电池，经加热发生原位聚合反应，得到全固态锂电池。

5.根据权利要求4所述的全固态锂电池的制备方法，其特征在于，步骤（1）中：

所述锂盐包括含氟锂盐和含硼锂盐，含氟锂盐与含硼锂盐的摩尔比为0.1~10：1；

所述锂盐和所述聚合物单体的重量比为1：4~10；

所述引发剂选自偶氮类引发剂；

所述引发剂与所述聚合物单体的重量比为0.5~5：100。

6.根据权利要求5所述的全固态锂电池的制备方法，其特征在于：

所述锂盐中还包括第三锂盐，选自六氟磷酸锂；

含氟锂盐和含硼锂盐的总摩尔数与第三锂盐的摩尔数之比为10~100：1；

所述聚合物单体包括丙烯酸酯类单体和缩水甘油醚类单体，摩尔比为0.2~5：1。