[发明专利]全固态LiMn2O4‑Li4Ti5O12电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种全固态LiMn₂O₄-Li₄Ti₅O₁₂电池及其制备方法。

背景技术

目前锂电池大多所使用的电解质包含易挥发和易燃烧的有机溶剂。为了制造更高输出电压、更高能密度和更大尺度的电池，就需要使用含大量有机溶剂的电解质。而电池中的有机电解质导致严重的火灾和电解质泄漏时有发生。要克服这些安全问题和制造出可靠的电池，最有效的方法就是以不燃的固体电解质代替易燃的液体电解质。全固态锂电池与传统的液体电解质电池相比，除了有较高的能量外，还避免了酸碱等液体电解质对容器的腐蚀，并且具有无泄露、储存寿命长、易于小型化等优点，而且使用温度范围宽，使得锂电池的应用范围扩展到电动汽车、储能、航天、生物以及人体等多种特殊要求的工作环境，它将越来越影响和改变人们的生活。

综上所述，用于全固态锂电池的开发利用具有重大的现实意义。

发明内容

本发明提供一种全固态LiMn₂O₄-Li₄Ti₅O₁₂电池的制备方法，包括如下步骤：

将LiMn₂O₄、导电剂、固体电解质、铝粉混合均匀，热压形成一正极预制体；

将Li₄Ti₅O₁₂、导电剂、固体电解质、铝粉混合均匀，热压形成一负极预制体；

将所述两片正极预制体及负极预制体分别放置于集流体铝箔两侧热压分别形成正极片及负极片；

在正极片或负极片的至少一表面形成一固体电解质层；

将正极片和负极片交替叠放，使固体电解质层与所述正极片和负极片形成夹层结构，热压后形成一电池预制体；以及

去除电池预制体中的水分，并铝塑膜密封得到所述全固态LiMn₂O₄-Li₄Ti₅O₁₂电池。

进一步的，所述正极预制体中LiMn₂O₄、导电剂、固体电解质和铝粉的质量比为10：0.1~1.0：0.5~1.5：0.5~1.5。

进一步的，所述正极预制体中LiMn₂O₄、导电剂、固体电解质和铝粉的质量比为10：0.3~0.7：0.8~1.2：0.8~1.2。

进一步的，所述负极预制体中Li₄Ti₅O₁₂、导电剂、固体电解质和铝粉的质量比为10：0.1~1.0：0.5~1.5：0.5~1.5。

进一步的，所述负极预制体中Li₄Ti₅O₁₂、导电剂、固体电解质和铝粉的质量比为10：0.3~0.7：0.8~1.2：0.8~1.2。

进一步的，所述固体电解质层通过磁控溅射方法形成。

进一步的，将所述正极预制体及负极预制体加热到660℃~680℃使铝粉熔解分别形成正极片及负极片。

本发明还提供一种全固态LiMn₂O₄-Li₄Ti₅O₁₂电池，包括：

正极片，包括均匀混合的LiMn₂O₄、导电剂、固体电解质以及金属铝，其中，金属铝粘结于LiMn₂O₄、导电剂以及固体电解质之间；

负极片，包括均匀混合的Li₄Ti₅O₁₂、导电剂、固体电解质以及金属铝，其中，金属铝粘结于Li₄Ti₅O₁₂、导电剂以及固体电解质之间；

夹层为所述正极片和负极片之间的固体电解质层。

进一步的，所述正极片中LiMn₂O₄、导电剂、固体电解质和金属铝的质量比为10：0.1~1.0：0.5~1.5：0.5~1.5。