[发明专利]一种全固态电池单元的制备方法

说明书

本发明公开一种全固态电池单元的制备方法，固态电池器件制作领域。本发明定义堆叠形式为正极材料‑固体电解质‑负极材料的模型为一个全固态电池单元。本发明解决了固态电池制作过程中极片与电解质间接触差、固体电解质致密度提升困难等阻碍固态电池器件制作的技术问题。一、选用固态电解质粉末、正极粉末和负极粉末作为原材料；二、构建固态电池单元数字模型，对模型进行二维切片后结构数据导入激光选区熔化成型设备；三、设置激光选区熔化成型加工工艺参数，并进行激光选区熔化成型加工；四、将加工完成的电池进行线切割、表面处理后得到固态电池单元。本发明的方法能提高固态电解质的致密度，增强电解质与极片的界面接触，为全固态电池器件开发提供一种新方法。

技术领域

本发明属于固态电池器件制作领域。尤其是涉及一种全固态电池单元的制备方法。

背景技术

锂离子电池广泛应用于便携式电子器件、电动汽车、智能电网等领域。但是，锂离子电池安全问题，能量密度不足以及极端气温条件下无法工作等问题限制了其进一步发展。全固态电池因具有不可燃的固态电解质，可显著提升其安全性，工作温度范围，成为一种极具潜力的电化学储能器件。然而固态电池电极与电解质接触界面阻抗大、锂离子传输势垒高和电解质致密度不高导致的锂枝晶问题制约着全固态电池技术的发展。

发明专利[CN110429332A]报道了一种无机固态电解质片的制备方法，通过将无机电解质粉末压制成型为无机电解质片体，然后对无机电解质片体进行激光选区融化/烧结处理，制备获得无机电解质片，相较传统烧结成型技术更加节能和快速。本专利采用激光选区熔化技术应用领域不同，制备固态电池单元，着重解决电解质与正负极界面间接触差的问题，激光熔化进一步提高电解质的致密度，另外本专利是直接将粉体电极材料和电解质材料制备成一体的电池单元，为后期全固态电池产业化解决核心部件制作难题。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提供一种全固态电池单元的制备方法，解决当前固态电池内部电解质与极片浸润性差，固态电解质致密度不够的问题。该发明为全固态电池器件制备提供了一种新思路，为固体电解质致密化、薄膜化找到新的解决方案。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种全固态电池单元的制备方法，包括如下步骤：

1. 对正极粉末、固态电解质粉末和负极粉末分别进行烘干和预筛处理；

2. 成形前，程序设计和激光选区熔化设备准备，首先构建三维结构模型，按照设计要求把模型分为上中下三部分，保证三个部分切片形状大小一致，然后通过切片软件对三个模型进行切片分层得到各参数数据和激光扫描路径，并将激光扫描路径数据导入激光选区熔化设备中；

3. 激光选区熔化技术制备正极材料部分，选择铝基板，将基板固定在激光选区熔化设备中的可升降工作台上，然后取正极材料粉末薄而均匀的铺放在送粉平台，关闭成型仓密封门，并对成型仓抽真空后通入氩气，使成型仓中氧含量低于0.01％，启动激光选区熔化设备，按照已设置的激光扫描路径对基板上材料粉末进行逐层扫描，直至成形；

4. 激光选区熔化技术制备固态电解质部分，清理回收舱和供粉舱的正极材料粉末，在步骤3成形的正极材料部分基础上工作平台降低一个层厚，再在工作平台上铺平固态电解质材料，更改激光选区熔化参数，继续选区熔化，循环选区熔化至逐步堆积成固态电解质成形部分；

5. 激光选区熔化技术制备负极部分，清理回收舱和供粉舱的固态电解质粉末，在步骤4成形的固态电解质部分基础上工作平台降低一个层厚，再在工作平台上铺平负极材料，更改激光选区熔化参数，继续选区熔化，循环选区熔化至逐步堆积成负极部分；

6. 成形结束后，收集成形舱、回收舱和供粉舱并将基板取下，使用线切割设备将成形器件切割下来，获得成形器件。

进一步，所述步骤1中正极粉末为正极材料和质量分数3%~6%的导电添加剂复合物，固态电解质为可高温熔融的锂快离子导体材料，负极粉末为硅基负极或合金类负极材料与质量分数3%~6%的导电添加剂复合物。