[发明专利]一种凝胶电解质前驱体溶液、一体化凝胶固态锂电池及其制备方法

说明书

本发明提供了一种凝胶电解质前驱体溶液、一体化凝胶固态锂电池及其制备方法，属于固态电池技术领域。本发明通过原位凝胶形成固体电解质的方式，消除了固态电池内由于各组分间不充分接触导致的高阻抗，大幅度提高了固态电池的能量发挥率、库伦效率和循环寿命。此外，本发明完全避免了普通聚合物电解质工艺生产中的溶剂挥发步骤，溶剂利用率为100％，降低了生产成本和复杂度。而且，本发明一体化的电池原件可作为独立的集成化电芯单元进行后续的堆叠组装，可以极大地提高固态电池的组装效率。本发明一体化结构成型工艺与现有液态电池的规模化制备流程和生产设备兼容，为凝胶固态锂电池的商业化提供了极大的便利。

技术领域

本发明涉及固态电池技术领域，尤其涉及一种凝胶电解质前驱体溶液、一体化凝胶固态锂电池及其制备方法。

背景技术

锂离子电池作为目前使用最广泛的能量储存技术，已被用于各种便携式电子设备、电动汽车以及风能和太阳能等可再生能源的储能电网。随着市场对高比能锂电产品的要求越来越高，电池的安全性能和循环性能面临更大的挑战。目前商用的锂离子电池中使用有机电解液，电池在受到撞击、过充、内部短路等异常情况下会产生大量的热量，导致电池热失控。固态电池由于其固有的安全属性成为电池研究领域的热门方向，固态电解质具有优异的电化学稳定性、阻燃性能、更高的机械强度，在兼顾高比能的同时，也可以保证电池的安全性能。

尽管如此，固态锂电池也存在着一些比较普遍的问题，例如：固体电解质室温电导率不足、和电极材料颗粒之间的界面浸润性差、电池多层结构的稳定性差，影响电池的倍率性能、容量的发挥和续航时间。此外，聚合物电解质在制备过程中存在有机溶剂高温挥发的问题，无机电解质的制备不可避免的需要高温煅烧工艺，这些过程均需要消耗能量，极大地增加了固态电池的生产制造成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种凝胶电解质前驱体溶液、一体化凝胶固态锂电池及其制备方法，实现了同时完成固态电解质的成型和固态电池一体化组装的效果，制备工艺与现有液态电池生产体系兼容，极大地简化了固态电解质的制备工序，并提高了固态电池的能量发挥率、库伦效率和循环寿命。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种凝胶电解质前驱体溶液，包括锂离子电解溶液和1,3-二氧戊环；所述锂离子电解溶液和1,3-二氧戊环的体积比为(0.5～2)：(0.2～1.5)；

所述锂离子电解溶液包括六氟磷酸锂和碳酸酯类电解液；所述锂离子电解溶液中六氟磷酸锂的浓度为0.1～2.5mol/L。

优选的，所述碳酸酯类电解液为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯中的一种或多种。

优选的，当所述碳酸酯类电解液为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯中的多种时，各碳酸酯类电解液的体积相等。

本发明提供了一种一体化凝胶固态锂电池的制备方法，包括以下步骤：将上述方案所述的凝胶电解质前驱体溶液注入锂电池正极片、高分子多孔膜电解质框架和负极片之间，进行原位凝胶，得到一体化凝胶固态电池。

优选的，所述高分子多孔膜电解质框架包括聚丙烯、聚乙烯微孔隔膜、聚苯乙烯微纳米纤维膜、聚丙烯腈微纳米纤维膜、聚苯并咪唑微纳米纤维膜、聚醚酰亚胺微纳米纤维膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯微纳米纤维膜、聚偏二氟乙烯微纳米纤维膜、聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)微纳米纤维膜、聚己内酯微纳米纤维膜、聚乳酸微纳米纤维膜、聚醋酸乙烯酯微纳米纤维膜、天然纤维素微纳米纤维膜、甲壳素微纳米纤维膜或壳聚糖微纳米纤维膜。

优选的，所述原位凝胶的反应温度为15～45℃，时间为0.5h～48h。

优选的，所述正极片包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂或镍钴锰酸锂。

优选的，所述负极片包括石墨负极片、硅碳负极片或锂负极片。

优选的，所述注入在氩气保护条件下进行。