[发明专利]一种多层复合电解质锂电池的制备方法

说明书

本发明提供了一种多层复合电解质锂电池的制备方法，所述锂电池从上到下依次包括正极片层、低弹性模量电解质层Ⅰ、高弹性模量电解质层、低弹性模量电解质层Ⅱ、负极片层。该电解质具有较高的电导率，在室温下能够大于10^‑4S/cm，且弹性模量大于0.1GPa；该多层电解质结构同时具有高弹性模量及低弹性模量电解质，高弹性模量电解质能够阻挡锂枝晶，而低弹性模量电解质能够保持固态电解质与电池正负极充分接触，降低界面阻抗，在循环过程中抑制电池内阻的增大，提高电池的循环寿命及比容量。同时，该电池应用锂金属负极提高电池的比容量；通过多层电解质结构，令电极和电解质之间能够获得极好的接触，提高电池的充放电能力。

技术领域

本发明属于锂电池制备领域，具体涉及一种多层复合电解质锂电池的制备方法。

背景技术

目前随着移动设备的发展，电动车辆的普及，对电池储能续航能力需求也越来越高。目前综合性能优异的锂离子电池作为移动设备及电动车的主要动力来源，该锂电池体系主要由含锂金属氧化物正极，聚合物隔膜，碳酸酯或醚类电解液，石墨或石墨掺杂硅材料负极构成。而正极采用锂金属氧化物，负极采用石墨的体系已经接近材料质量比能量的理论极限，约为250至300Wh/kg。而掺杂硅的负极，由于硅在锂电池充放电过程中，体积会发生巨大变化，导致电池负极粉末化容量衰减甚至引发爆炸。

更换电极材料，特别是负极由石墨或者掺杂硅的石墨材料更换为锂金属单质（具有3800mAh/g容量，标准电极电势-3.04V）或锂合金可以极大地提升锂离子电池的比容量。然而，在传统电解液隔膜二次锂电池中，直接应用负极进行充放电会不可避免地生成锂枝晶，从而带来容量的迅速衰减及内短路的风险。因而应用具有一定刚性（高弹性模量）的固态电解质能够有效的阻碍锂枝晶的产生以及避免内短路的风险。

但是，由于这种固态电解质极高的弹性模量，会与正负极之间产生较高的界面阻抗，降低锂离子的迁移能力，增加电池内阻，降低电池高倍率下的容量。而且随着电池循环，正负极的体积发生变化，正负极与电解质发生脱离，会进一步增加电池的内阻。

发明内容

本发明针对上述问题，通过多层电解质复合，降低界面阻抗，保持充放电循环过程中正负极与电解质的持续接触，保持电池的内阻不会发生大幅度变化，从而获得高比容量，同时保持电池的安全性与循环寿命等性能。

实现本发明的技术方案是：一种多层复合电解质锂电池的制备方法，所述锂电池从上到下依次包括正极片层、低弹性模量电解质层Ⅰ、高弹性模量电解质层、低弹性模量电解质层Ⅱ、负极片层；具体步骤如下：

（1）将锂金属通过电镀或者辊压的方式贴合于铜箔上，形成电池的负极片层；

（2）将正极活性材料涂覆于铝箔上，形成电池的正极片层；

（3）将锂盐溶解于有机溶剂中、或将锂盐与环氧树脂混合均匀得到低弹性模量电解质；

（4）将高分子聚合物与锂盐混合，加热至300-350℃保持0.5-12h，冷却至室温后将混合物打碎成颗粒，利用挤出机在温度为300-350℃下将颗粒挤出成卷状薄膜，冷却至室温；将电子受体溶于二氧六环中得到浸渍液，之后将得到的卷状薄膜放入浸渍液中，在60-200℃下密闭加热1-30h，得到高弹性模量电解质层；

（5）将步骤（1）得到的负极片层、步骤（2）得到的正极片层和步骤（4）得到的高弹性模量电解质层进行层叠，之后向负极片层和高弹性模量电解质层之间注入步骤（3）得到的低弹性模量电解质、形成低弹性模量电解质层Ⅱ，向正极片层和高弹性模量电解质层之间注入步骤（3）得到的低弹性模量电解质、形成低弹性模量电解质层Ⅰ，层叠后从上到下依次为正极片层、低弹性模量电解质层Ⅰ、高弹性模量电解质层、低弹性模量电解质层Ⅱ、负极片层，层叠后密封，在60-80℃下加热0.5-12h，得到锂电池。

所述步骤（2）中的正极活性材料是镍钴锰三元材料、镍钴铝三元材料、锰酸锂、钛酸锂、磷、硫、多硫化锂或磷酸铁锂。