[发明专利]一体化无界面的固态电解质锂离子电池及其制备方法

说明书

本发明提供了一种一体化无界面的固态电解质锂离子电池，其固态电解质锂离子电池中的电极粘结剂与固态电解质材料含有同种材料组分，尤其优选含有同种含氟磺酰亚胺基团聚合物材料组分。该一体化锂离子电池中电解质与电极材料间有很好的相容性，优选含有含氟磺酰亚胺基团时具有较低的锂离子离解能，从而提高了锂离子在充放电过程中的传导率、降低了电池内阻。另外，本发明还提出了两种生产工艺简单、电极活性材料层均匀度高的一体化电池制备方法，在固态电解质锂离子电池领域，尤其是高倍率、大容量动力固态电解质锂离子电池领域中具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于锂离子电池及其制造领域，具体涉及一种一体化无界面的固态电解质锂离子电池及其制备方法。

背景技术

目前，传统的锂离子电池通常采用有毒且易泄露的有机液体电解质，因而存在一定的安全隐患和环境污染问题。90年代出现的聚合物锂电池采用了固体或凝胶态的聚合物电解质，因而具备了更高的安全稳定性和更优良的环境友好性。此外，聚合物锂离子电池还具有塑形灵活、比能量高、电化学稳定窗口宽、容量损失少、体积利用率高等优势，是未来锂离子电池的主要发展方向。

但是，与能够充分浸透入电极极片的液体电解液相比，聚合物电解质具有固体性质，锂离子在固态电解质中的传导性远低于液体电解液；并且聚合物电解质与电极极片之间存在接触紧密度欠佳的问题。另外，由于固态电解质的钝化膜相对稳定，所以如果所用的固态电解质与电极极片的相容性较差将导致钝化膜随时间的延长而增长，从而增大电池的内阻。因此，改善电极材料与电解质之间的相容性是固态电解质锂电池应用发展中急需解决的一个关键技术问题。

针对这一技术瓶颈，研究者们试图通过构造一体化结构来简化锂离子电池的内部结构，改善不同组件间的接触状态，进而提高电池组件间的相容性、降低锂离子电池的内阻，以达到更好的储能性能。公开号为CN1219779A的中国发明专利中，研究者向正、负极极片的含有活性材料与粘结剂的活性材料层中灌注聚合物电解质溶液，使聚合物电解质渗透入正、负极活性材料层中；然后蒸发掉溶剂，再将含有电解质的正、负极极片层相互面对；最后，两极极片通过外部热熔剂热熔在一起形成扁平型固态电解质聚合物锂电池。该方法通过电解质在电极活性材料层中的渗透，改善了电解质与活性材料之间的接触性，降低了电池内阻，得到了优良接触性能和高放电输出的锂离子电池。公开号为CN103413966A的中国发明专利对电极材料与无机隔膜层的相容性进行了改进，研究者将具有浸润过电解液的无机陶瓷粒子喷涂在电极极片上，经干燥、轧制获得锂离子电池用膜电极。此种膜电极片实现了正、负极极片与隔离膜的一体化，简化了锂离子电池的结构，所得锂电池表现出了优于传统结构锂离子电池的高温稳定性。

然而，为了进一步降低电池内阻，得到接触性能优良、放电输出性能高的固态电解质锂离子电池，仍然需要进一步提高电解质与电极活性材料之间的相容接触，力求实现一体化无界面的固态电解质锂离子电池。

发明内容

本发明的技术目的是针对上述固态电解质锂离子电池的技术现状，提供一种固态电解质锂离子电池，其具有电池内阻低、接触性能优良、放电比容量高的优点，是一种一体化无界面的固态电解质锂离子电池。

本发明所采用的技术方案为：一体化无界面的固态电解质锂离子电池，包括正极集流体，正极集流体上的正极活性材料层，负极集流体，负极集流体上的负极活性材料层，以及固态电解质，所述的正极活性材料层包括正极活性材料、导电剂与粘结剂，所述的负极活性材料层包括负极活性材料、导电剂与粘结剂；其特征是：所述的粘结剂与固态电解质中包含相同的材料组分，即，包括如下情况：

(1)当所述的粘结剂与固态电解质均为单一材料时，粘结剂材料与固态电解质材料相同；

(2)当所述的粘结剂为组合材料，固态电解质为单一材料时，固态电解质材料是粘结剂材料中的一种；

(3)当所述的粘结剂为组合材料，固态电解质为组合材料时，粘结剂与固态电解质中存在相同的材料组分。