[发明专利]基于陶瓷基电解质片的一体化全固态电池及制备方法

说明书

本发明公开了一种基于陶瓷基电解质片的一体化全固态电池及其制备方法，该一体化全固态电池包含：正极集流体层、复合正极层、陶瓷基电解质片、复合负极层、负极集流体层；复合正极层是由正极活性物质、导电剂和塑性胶体聚合物混合而成；陶瓷基电解质片是由氧化物电解质和塑性胶体聚合物混合而成；复合负极层是由负极活性物质、导电剂和塑性胶体聚合物混合而成；塑性胶体聚合物包括塑性晶体、锂盐和/或聚合物添加剂；本发明在小于300℃温度下热压形成一体化全固态电池电芯，不同层间无缝互联，有效的改善了陶瓷基电解质片与电极之间的界面问题。此外，本发明提供的一体化全固态电池没有引入额外的有机溶剂，制备工艺简单、安全性高。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种基于陶瓷基电解质片的一体化全固态电池的制备方法。

背景技术

社会科技的进步促进了电池储能技术的快速发展，生活中各色各样的电子元器件对储能电池的要求也越来越高，研究开发出高能量密度、高安全性的储能材料是当下最紧迫的任务。作为一种常用的储能设备，锂离子电池一直被认为是下一代电池储能设备的重要候选者之一。然而，传统锂离子电池由于其有机电解液有毒、易燃且电化学窗口较窄不仅存在巨大的安全隐患，而且能量密度还受到限制。在对电池安全性与能量密度的更高要求下，固态电池由于其较高的安全性受到徐越来越多的关注。与传统的商业液态电池相比，固态电池采用不易燃的固态电解质代替了传统易燃、有毒的有机电解液，其稳定性更高、机械性能更好的固态电解质不仅可以提高电池的安全性能，而且使得金属锂作为全固态电池的负极材料成为可能，有望进一步提高电池的能量密度。

虽然全固态锂电池在很多方面表现出明显优势，但同时也有一些迫切需要解决的问题：固体电解质材料离子电导率偏低；固体电解质/电极间界面阻抗大，界面相容性较差；同时，充放电过程中的体积膨胀和收缩，导致界面容易分离；有待设计和构建与固体电解质相匹配的电极材料等。尤其是电解质/电极的界面问题成为全固态电池发展的关键。在固态电解质中，氧化物固态电解质由于较好的电/化学稳定性、合适的离子电导率、较高的机械强度而具有较好的发展前景。然而氧化物固态电解质的致密化温度较高(≥900℃)，制备的电解质片刚性较大，导致电解质片与电极之间接触较差，限制了其在全电池中的应用。

目前，在氧化物电解质片与电极之间添加少量电解液或离子液体，可以有效的改善电解质片与电极之间的接触，但在电池工作过程中随着添加剂的不断消耗，电池性能将会出现快速衰减，甚至失效。此外，额外引入的有机液体可能影响电池的安全性能。

现有技术的全固态电池可以分为三种：薄膜型全固态电池、以聚合物为主体的有机或有机-无机复合膜全固态电池、以陶瓷为主的块体型全固态电池。薄膜型全固态锂电池通过镀膜技术将材料气化并以原子或分子沉积的方式成膜，能有效解决固固界面的微观缺陷，实现固固界面的致密结合。但其电极与电解质选择往往受限于靶材的种类，同时由于受镀膜工艺的限制，目前薄膜电极厚度通常为微米级，存在着单位面积比容量较低的缺点，常用于微型电源，应用领域受限。以聚合物为主体的有机或有机-无机复合膜全固态电池柔韧性好，与传统液态电池工艺匹配性好，更为容易实现固态电池的规模化制备，但其机械性能较弱，对锂枝晶的抑制作用有限，同时有由于采用大量有机聚合物导致电池的安全性能大大下降。以陶瓷为主的块体型全固态电池具有极高的安全性能，但电解质与电极之间的刚性接触严重限制了电池的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于陶瓷基电解质片的一体化全固态电池，旨在解决氧化物电解质片与电极之间的接触不良从而导致全电池性能较差的问题，通过固态电池各组分一同热压实现一体化衔接，改善界面电阻及界面应力问题。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

一种基于陶瓷基电解质片的一体化全固态电池的制备方法，该一体化全固态电池从上至下依次包含：正极集流体层1、复合正极层2、陶瓷基电解质片3、复合负极层4、负极集流体层5；复合正极层2和复合负极层4由于塑性胶体聚合物的存在而具有粘连效果；