[发明专利]柔性全固态聚合物锂电池及其制备方法

说明书

本发明涉及一种柔性全固态聚合物锂离子电池及其制备方法，属于柔性全固态电池领域。本发明的柔性全固态聚合物锂电池，包括柔性正极层、固态电解质层、柔性负极层和封装膜，叠放顺序为封装膜‑柔性正极层‑固态电解质层‑柔性负极层‑封装膜；所述固态电解质层由无机陶瓷填料、锂盐、聚合物高分子组成的有序多层固态电解质纤维，其中锂盐包含于纤维之中，无机陶瓷填料则嵌入纤维或附着在纤维表面。本发明的全固态柔性聚合物锂电池制备工艺简单，具有较好的比容量，能够在弯曲、扭折的状态下正常充放电，容量无明显变化，表现出良好的机械性能和稳定的电化学性能；另外，还具有电导率高，导通能力强；界面处阻抗低等优点。

技术领域

本发明涉及一种柔性全固态聚合物锂离子电池及其制备方法，属于柔性全固态电池领域。

背景技术

随着科技的不断进步和人们需求的不断增长，新型柔性电子设备已经逐渐成为数码产品的后起之秀，越来越多的新型柔性电子设备如卷曲式显示器、智能手表、可穿戴动力传感器等如雨后春笋般出现在人们的日常生活中。柔性电池作为新型柔性电子设备的关键部件，需要能够在外界弯曲、扭折过程中稳定充放电，且对安装空间要求不苛刻，这就要求电池具有柔性超薄的结构特征。

更进一步，传统锂离子电池一般基于液态有机电解质和隔膜，在使用过程中存在安全隐患，特别是在柔性电池在复杂的使用环境中有可能存在漏液、易燃、易爆等严重问题。为解决其安全性问题，目前锂电池正在向固态化发展。与液态锂离子电池相比，固态化锂电池具有一系列更好的优势：(1)没有或含有少量液体成分，可避免有机电解液的泄漏和安全问题；(2)固态化电解质同时充当离子传导电解质和隔膜的作用，简化了电池结构；(3)允许金属锂作为负极可望显著提高锂电池的容量；(4)机械加工性能好，可根据要求设计成各种形状和尺寸。由于上述的全固态锂离子电池的各种优点，以柔性基材为基础制备柔性的全固态锂离子电池就成为一个很好的选择。

自从1994年美国Bellcore公司成功研制出以导电高分子材料为固态电解质的聚合物锂离子电池以来，聚合物锂离子电池迅速发展。聚合物材料制备简单、安全性能好、锂离子迁移数高，但是其电导率普遍较低、热稳定性不好，后来研究人员发现将无机粒子引入传统的聚合物电解中可以同时提高电解质的离子电导率和机械强度，是一种很好的改性方法。但传统无机聚合物电解质主要通过将聚合物与无机粒子原位或非原位混合形成，无机粒子无序分散在聚合物高分子中，锂离子在无机粒子之间转移较为困难，粒子间构成的界面阻抗大。

此外，全固态锂电池的界面问题尤其是正极与电解质界面处会产生比较大的界面阻抗，这些问题一定程度上影响了柔性全固态聚合物锂电池的进一步开发和应用。现有技术中的柔性锂电池的柔韧性还有待提高。

CN106784988A公开了一种柔性全固态薄膜锂电池及其生产方法，但其为全固态薄膜电池，电容量非常小，目前仅适用于为微型电子供电，无法带动手机、手表等常用中小型电子设备；另外其制备工艺设备非常复杂，还需要磁控溅射设备等；且其产品的柔韧性并不理想。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是：提供一种柔性全固态聚合物锂电池。

为解决上述第一个技术问题，本发明的柔性全固态聚合物锂电池，包括柔性正极层、固态电解质层、柔性负极层和封装膜，叠放顺序为封装膜-柔性正极层-固态电解质层-柔性负极层-封装膜；

所述固态电解质层由无机陶瓷填料、锂盐、聚合物高分子组成的有序多层固态电解质纤维，其中锂盐包含于纤维之中，无机陶瓷填料则嵌入纤维或附着在纤维表面。

优选的，所述无机陶瓷填料质量分数为5％～90％，锂盐质量分数为0％～35％，聚合物质量分数为10％～90％。