[发明专利]一种用电化学氧化还原方法制备的半固态/固态电池及方法

说明书

本发明提供了一种用电化学氧化还原方法制备的半固态/固态电池及方法，将液态电解液的各个组分在电极表面反应，聚合，将已经具有SEI膜结构电池的液态电解液进行部分或完全固化，制成半固态/固态电池；所述液态电解液包括至少两种催化功能基团的有机或无机化合物作为添加剂，所述催化功能基团选自路易斯酸、路易斯碱、金属氧化物或金属络合物结构。本发明通过添加新物质作为锂电池的在充放电过程中电解液固化催化剂并应用在非水锂电池电解液及电池中，可以使电解液的组分在一定的温度和10个大气压力以下即可将液态电解液固化。保证电池在各种情况下的使用性能和安全性。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种用于用电化学氧化还原方法制备的半固态/固态电池及方法。

背景技术

锂离子电池的发展已经深入到了人民日常生活的各个方面。从太空，海底，高寒，高热环境，各个领域都在使用锂离子电池。目前，在实际应用技术上，还是以液态有机电解液占据绝对优势。公认会更安全的固态电池在下一代的锂离子电池上，给予很高的期待。但是，目前的固态电池，由于界面效应和一些副反应的问题，引起的电池的寿命问题一直阻碍了其发展。

关于不同相界面问题，在目前广泛使用的液态锂电池里面，也有固态电极和液态电解液之间的界面问题；同时，也有电池的正负极活性材料和导电剂等的界面问题。为什么液态电池会解决了这些界面的问题，是因为有SEI膜的产生——固态电化学界面，SEI使得界面的问题得到解决。经过几十年的研究，液态电池的SEI得到了很大发展，使得电池的各种性能得以提高。

在固态电池上，一般的将两种或以上的固态物质混合时，不能在界面间形成这种SEI膜，使得不同相界面不能有很好的电化学传导。因此，目前固态电池的制备过程存在的界面效应和一些副反应的问题难以解决。

发明内容

本发明提出了一种用于用电化学氧化还原方法制备的半固态/固态电池，通过添加剂可使电池里面的液态电解液全部或部分固化；同时为了加快固化过程，添加了具有催化功能的添加剂、含有该添加剂的非水锂离子电池电解液及锂离子电池，该添加剂在电池进行活化和充放电时，将加快液态电解液固化，从而保证电池的使用性能和安全性能。

实现本发明的技术方案是：

一种用电化学氧化还原方法制备半固态/固态电池的方法，将液态电解液的各个组分在电极表面反应，聚合，将已经具有SEI膜结构电池的液态电解液进行部分或完全固化，制成半固态/固态电池；所述液态电解液包括至少两种催化功能基团的有机或无机化合物作为添加剂，所述催化功能基团选自路易斯酸、路易斯碱、金属氧化物或金属络合物结构。

所述添加剂在充放电过程使液态电解液中的环状碳酸脂开环聚合，形成具有PEO结构的聚合物，将液态电解液成分全部或部分聚合固化。

所述充放电温度为85-200℃，充放电压力为10个大气压力以下，用标准充放电方式将电池循环1次以上。

所述催化功能基团选自羟基（-OH）基团、羟基锂（-OLi）基团、羟基钠（-ONa）基团、羟基钾（-OK）基团、羧基（-COOH）基团，醛基（-CHO）基团，脂基（-COOR）基团，胺基（-NH）基团，酰胺基（-CONH₂）基团，氰基（-CN）基团，硫酸基（-SO₄）基团，磺酸基（-SO₃）基团，烯烃基（-C=C-）基团。

添加剂可使电池里面的液态电解液（例如EC，PC，DEC等）环状碳酸脂开环聚合，形成具有PEO结构的聚合物，将这些液态电解液成分全部或部分聚合固化方法；同时为了加快固化过程，本发明添加的是具有催化功能的添加剂、含有该添加剂的非水锂离子电池电解液及锂离子电池，该添加剂在电池进行活化和充放电时，将加快液态电解液成分的聚合固化，从而保证固态电池的实用性能和安全性能。