[发明专利]一种全固态锂离子电池及其制备方法

说明书

本发明涉及一种全固态锂离子电池及其制备方法，其中全固态锂离子电池包括正极极片和负极极片，还包括设置在正极极片与负极极片间的硫化物固态电解质层和无机陶瓷固态电解质层，所述硫化物固态电解质层位于所述正极极片上，所述无机陶瓷固态电解质层位于所述负极极片上，且所述硫化物固态电解质层与所述无机陶瓷固态电解质层相接触。本发明制备的全固态锂离子电池兼具高离子电导率和高机械强度的优点，电池的循环性能得到大大提高。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种全固态锂离子电池及其制备方法。

背景技术

目前，商业化的锂离子电池大多采用有机液体作为电解质体系，如最普遍使用的酯类和醚类电解质。有机液体电解质在电池的工作过程中会发生泄漏、挥发、燃烧甚至爆炸等危险，因此，现有的液态锂离子电池存在严重的安全隐患。

此外，使用液体电解质的液态锂离子电池的机械强度不高，在电池充放电过程中电芯极易扭曲变形，从而严重影响电池的各方面性能。而且，对于液态锂离子电池，由于其使用液体电解质，为了提供锂离子传输的通道和阻碍电子的通过，隔膜成为必不可少的电芯构件，如此，不仅增加了液态锂离子电池的制造成本，也使得其结构比较复杂。

使用固态电解质代替传统液态有机液态电解质有望解决锂离子电池的上述问题，现有的固态电解质包括有机聚合物电解质和无机固态电解质。有机聚合物电解质一般以PEO和锂盐等的混合物为电解质基材制备电解质，然而这类电解质其离子导电率与机械强度之间存在类似反比例的关系，即高离子导电率的聚合物电解质的机械强度极差，因此，难以制得离子导电率高且机械强度高的锂离子电池。而无机固态电解质其与正极材料接触的界面相容性比较差，也严重影响了电池性能的提高。

发明内容

针对现有技术的上述问题，本发明的目的在于，提供一种兼具高离子电导率和高机械强度的全固态锂离子电池及其制备方法，该全固态锂离子电池的循环性能大大提高。

为了解决上述技术问题，本发明的第一方面提供一种全固态锂离子电池，该全固态锂离子电池包括正极极片和负极极片，还包括设置在所述正极极片与负极极片间的硫化物固态电解质层和无机陶瓷固态电解质层，所述硫化物固态电解质层位于所述正极极片上，所述无机陶瓷固态电解质层位于所述负极极片上，且所述硫化物固态电解质层与所述无机陶瓷固态电解质层相接触。

进一步地，所述硫化物固态电解质层包含硫化物固态电解质、粘结剂和掺杂剂，其中，

所述硫化物固态电解质为硫化锂与硫化磷、硫化锗、硫化硅、硫化硒中的一种或多种的复合得到的复合材料；

所述粘结剂为含有四氟乙烯单体单元的基于氟的共聚物中的一种或多种，如聚四氟乙烯粉、乙烯-四氟乙烯共聚物和聚全氟乙丙烯等；

所述掺杂剂为硫化锗、磷酸锂和氧化锂中的一种或多种，以所述硫化物固态电解质层为基准，所述掺杂剂的质量百分含量为1％-10％，优选的，所述掺杂剂的质量百分含量为5％。

进一步地，所述无机陶瓷固态电解质层包含无机陶瓷固态电解质、粘结剂、添加剂和助剂，其中，

所述无机陶瓷固态电解质为锂多硫磷化物、锂矿石型氧化物、锂磷酸盐类中的一种或多种组成；

所述粘结剂为甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯乳液、聚苯乙烯-丙烯酸丁酯乳液、聚四氟乙烯乳液、聚偏氟乙烯乳液、聚氧乙烯溶液、聚乙二醇溶液、聚苯乙烯磺酸锂溶液中的一种或多种；

所述添加剂为羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素中的一种或多种；

所述助剂为聚醚改性硅油、聚丙二醇-环氧乙烷、聚醚硬脂酸酯二甲基硅氧烷、PMMA甘油醚中的一种或多种。