[发明专利]一种复合硅酸盐全固态电池及其制备方法

说明书

本申请公开了一种复合硅酸盐全固态电池及其制备方法。本申请的复合硅酸盐全固态电池包括正极片、固体电解质薄膜和负极片，正极片中含有正极活性材料、导电材料和含固体电解质的粘结剂，固体电解质薄膜由聚合物固体电解质制备；正极活性材料为碳包覆的通式为Li₂MSiO₄的纳米级复合硅酸盐，或者碳包覆复合硅酸盐与其它正极材料的混合物。本申请的复合硅酸盐全固态电池，正极片中采用的纳米级复合硅酸盐，不仅可改善正极活性物质电子导电率；而且，碳材料构成的导电网络，还利于复合硅酸盐的能量发挥和倍率性能提高。本申请的制备方法中，采用高温低倍率预活化处理，使得聚合物固体电解质与正极颗粒充分接触，提高了电池的工作性能。

技术领域

本申请涉及锂离子电池领域，特别是涉及一种复合硅酸盐全固态电池及其制备方法。

背景技术

随着石油、天然气、煤炭等石化能源的不断消耗，能源危机变成了二十一世纪的重大战略问题之一。大到动力设备，小到便携式器件，人们对能源的需求越来越严苛。由于锂离子电池具有容量高、循环寿命长以及绿色无污染等特点，迅速在能源存储领域占据一席之地，并广泛用于通讯、计算机等领域。目前，虽然有很多科学研究，对正极材料和电解液进行不断的开拓创新；但是，锂离子电池在动力汽车领域的应用仍然遇到瓶颈，特别是高温下电解液存在安全隐患。因此，提高锂离子电池在高温运行时的安全性能至关重要。

以高温用高性能固态锂离子电池为例，其电极所采用的活性物质要具有高的比容量，以及高温下的结构稳定性，同时其内部需要有优越的导电网络，提高电极中的电子导电率和离子导电率，从而使每个颗粒都尽可能发挥其容量；有机固体电解质方面，在高温下，应具有良好的离子电导率，迁移数以及较宽的电化学工作窗口。这样的电池配置，才能够拥有优越的电化学性能以及高温稳定性。

目前，硅酸盐是锂离子正极材料中备受关注的材料之一，一方面，硅酸盐具有较高比容量，例如硅酸亚铁锂的比容量高达322mAh/g，另一方面由于Si-O键具有更强的稳定性，使得该材料晶体结构更加趋于稳定。但是，硅酸盐低的锂离子扩散系数，使其在常温工作时难以发挥其本身的大容量特性。硅酸盐材料本身，其离子导电率和电子导电率随温度变化明显。聚氧化乙烯(缩写PEO)基固体电解质在固体电解质中也是研究热门之一，PEO基电解质不仅拥有较宽的电化学工作窗口，虽然低温时导电率低，工作性能差，但是，高温时具有高的导电率以及热稳定性，而且该类电解质的合成方法容易，成本低，更容易实现产业化。同时，PEO基电解质，相比于现使用的液态电解液无污染更绿色。

发明内容

本申请的目的是提供一种新配方组合的复合硅酸盐全固态电池及其制备方法。

本申请采用了以下技术方案：

本申请公开了一种复合硅酸盐全固态电池，包括正极片、固体电解质薄膜和负极片，正极片中含有正极活性材料、导电材料和含固体电解质的粘结剂，固体电解质薄膜由聚合物固体电解质制备而成；正极活性材料为碳包覆的通式为Li₂MSiO₄的纳米级复合硅酸盐，或者正极活性材料为碳包覆的通式为Li₂MSiO₄的纳米级复合硅酸盐与其它正极材料的混合物，其中M为过渡金属。