[发明专利]柔性全固态电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及固态电池领域，尤其涉及一种柔性全固态电池及其制备方法。

背景技术

锂离子电池由于具有高电压、高容量等许多重要的优点，且循环寿命长、开路电压高、无记忆效应等特点，已经得到广泛应用。但传统的液态锂离子电池中含有大量的有机电解液，具有易挥发，易燃，易爆等缺点，会造成重大安全隐患。因此，采用固态电解质代替电解液发展全固态电池是解决电池安全问题的根本途径。相比于液态电解质电池，全固态电池在提高能量密度，拓宽工作温度区间、延长使用寿命方面有较大的发展空间。固态电解质电池还具有结构紧凑、规模可调、设计弹性大等特点。固态电解质电池既可以设计成厚度仅为几微米的薄膜电池，用于驱动微型电子器件，也可以制成宏观体型电池，用于驱动电动车，电网储能等领域，并且在这些应用中，电池的形状也可以根据具体需求进行设计。

随着便携式电子设备的快速发展，对于锂离子电池的要求也越来越高。特别是近年来出现的新概念柔性电子书、柔性手机和可穿戴式设备，轻薄化和柔性化是便携式电子产品的重要发展趋势，可折叠或可弯曲的便携式柔性电子产品在不远的将来有可能极大地影响甚至改变人类的生活方式，这就对电池的柔软性提出了要求。但现有的全固态电池的电极片活性层脆性大，弯曲会造成掉粉等问题导致电池容量失效，活性层必须依赖金属集流体才能达到预定的压实效果，辊压后的极片不适合弯曲使用；现有的全固态电池的电解质膜是固定体型的，没有柔软性，不能够进行弯折；现有的固态电解质电池倍率性能和高温性能很差，只能适应于常温下很小的电流充放电，应用上得到很大的限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柔性全固态电池及其制备方法，旨在用于解决现有的全固态电池柔软性不佳以及倍率性能和高温性能差的问题。

本发明是这样实现的：

本发明提供一种柔性全固态电池，包括依次叠设的柔性正极片、固态电解质膜和柔性负极片，所述柔性正极片和所述柔性负极片均包括第一纤维素基体、活性物质、导电剂和第一固态电解质，所述活性物质及导电剂分散在所述第一纤维素基体中，所述固态电解质膜包括第二固态电解质和第二纤维素基体，所述柔性正极片、所述柔性负极片以及所述固态电解质膜的表面均沉积有金属化合物。

进一步地，所述第一纤维素基体为纳米纤维或多枝晶类纤维，所述第二纤维素基体也为纳米纤维或多枝晶类纤维。

进一步地，所述金属化合物选自氧化铝、三甲基铝、三氯化铝、三氟化铝、钛酸四异丙酯 、四氯化钛、二氧化硅、氟化锌、铪酸四异丙酯中的一种或其中多种物质的混合物。

进一步地，所述第一固态电解质或者所述第二固态电解质为聚合物电解质，该聚合物电解质包括锂盐和高分子基体，所述锂盐选自LiPF6、LiBF4、全氟烷基磺酸酰亚胺锂盐类、硼酸锂配合物类、磷酸锂配合物类、铝酸锂类中的至少一种，所述高分子基体选自聚环氧乙烷或其改性物、聚丙烯晴或其改性物、聚甲基丙烯酸酯或其改性物、聚氯乙烯或其改性物、聚偏氟乙烯或其改性物、聚碳酸酯或其改性物、聚硅氧烷或其改性物、琥珀腈或其改性物中的至少一种。

进一步地，所述第一固态电解质或者所述第二固态电解质为无机固态电解质，该无机固态电解质选自Li3N、卤化物电解质、硫化物电解质、氧化物电解质、磷酸盐电解质中的至少一种。

本发明还提供一种柔性全固态电池的制备方法，包括以下步骤：

（1）将正极活性物质、导电胶、粘结剂、第一固态电解质、第一纤维素基体和溶剂混合搅拌，形成分散均匀的浆料，将所得的浆料倒入放有滤纸的抽滤装置中，过滤成膜，制备柔性正极片；

（2）将负极活性物质、导电胶、粘结剂、第一固态电解质、第一纤维素基体和溶剂混合搅拌，形成分散均匀的浆料，将所得的浆料倒入放有滤纸的抽滤装置中，过滤成膜，制备柔性负极片；

（3）将第二固态电解质在溶剂中充分混合和高速分散，再将高速分散好的第二纤维素基体加入再次高速分散，从而获得均匀的固态电解质浆料，将所得的粘稠浆料倒入放有滤纸的抽滤装置中，过滤成膜，得到固态电解质膜，该固态电解质膜干燥后，滚压成适当的厚度；

（4）通过原子层沉积法，在制备的柔性正极片、柔性负极片和固态电解质膜表面沉积金属化合物，将原子层沉积后的柔性正极片、固态电解质膜和柔性负极片压合在一起，获得柔性全固态电池。

进一步地，所述步骤（4）中的原子层沉积过程包括：