[发明专利]一种高容量高安全固态锂电池的制备方法

说明书

本发明涉及一种高容量高安全固态锂电池的制备方法，以液态金属纳米颗粒、碳纳米管和石墨烯制成的液态金属复合物为负极活性物质，以固态电解质为电解质制备而成。本发明的固态锂电池的负极活性物质采用液态金属、碳纳米管和石墨烯，液态金属锡和镓拥有高能量密度，能够为固态锂离子电池提供高容量，是高能密度锂电池的理想材料；加入碳纳米管和石墨烯后构造三维框架使锂电池具备较高的离子电导率，且结构复杂，具有良好的机械性能，能抑制负极金属锂表面形成的锂枝晶，提高电池的安全性能，增加电池的循环寿命和稳定性；采用固态电解质，可极大程度的减小界面电阻。

技术领域

本发明属于绿色储能技术领域，具体涉及一种高容量高安全固态锂电池的制备方法。

背景技术

在过去的几十年里，随着时代的发展，在电子设备上对于能量密度的要求越来越高。锂离子电池因具备高转换率和环境友好性能成为最具有前瞻性的电能储能设备，另在电动汽车、小型输电设备和便携式移动储能装备锂离子电池也有着极大的发展前景。然而，锂离子电池的能量密度在体积和重力上依然存在不匹配；对于有电池需求的设备而言，最具有挑战的是电极材料的高能量密度，如，容量的衰减，电池循环的稳定性等等。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高容量高安全固态锂电池的制备方法，以克服上述现有技术中的不足。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种高容量高安全固态锂电池的制备方法，以液态金属纳米颗粒、碳纳米管和石墨烯制成的液态金属复合物为负极活性物质，以固态电解质为电解质制备而成。

进一步：所述液态金属复合物的制备方法为：

步骤S1：按质量比为22:3称取液体金属锡和液体金属镓，并向其中加入脱气乙醇硫醇溶剂，之后超声降解，制得液态金属纳米颗粒；

步骤S2：将所述液态金属纳米颗粒和碳纳米管加入到无水乙醇中形成混合物Ⅰ，再将溶于乙醇中的石墨烯加入到所述混合物Ⅰ中形成混合物Ⅱ，将所述混合物Ⅱ置于反应釜中反应5-7h，之后再于900℃的温度下反应3-5h，待其自然冷却至室温后即合成液态金属复合物。

进一步：所述步骤S1中所述超声降解的具体实现为：在50℃的环境中超声1h。

进一步：所述步骤S2中在向所述混合物Ⅰ中添加石墨烯之前，对所述混合物Ⅰ超声1h。

上述进一步方案的有益效果是：可获得更加均匀的悬浮液。

进一步：所述步骤S2中在使用碳纳米管之前，采用2.6mol/L的硝酸对碳纳米管进行回流处理。

上述进一步方案的有益效果是：可对碳纳米管进行纯化。

进一步：所述固态锂电池的负极片以质量比为8:1:1的液态金属复合物、乙炔黑和PVDF制备而成。

本发明的有益效果是：1、负极活性物质采用液态金属、碳纳米管和石墨烯，液态金属锡和镓拥有高能量密度，能够为固态锂离子电池提供高容量，是高能密度锂电池的理想材料；加入碳纳米管和石墨烯后构造三维框架，能够有效的固定液态金属纳米颗粒，形成3D空间网络结构，为锂离子的迁移提供快速通道，使锂电池具备较高的离子电导率，且结构复杂，具有良好的机械性能，既能提高二次锂离子电池中锂离子的迁移，又能抑制负极金属锂表面形成的锂枝晶，提高电池的安全性能；同时液态金属锡和镓的优良的自愈能力使得电池在大倍率充放电的过程中损伤较小，增加了电池的循环寿命和稳定性；2、采用固态电解质以代替隔膜和液态电解质，因固态电解质与负极的相容性好，可极大程度的减小界面电阻，减少电池的内耗；另固态电解质可避免液态电解质的渗透和流失，因而具有更高的成品率，降低生产成本；同时采用固态电解质使得制备的电池具有更高的能量密度和循环寿命；另固态电解质的电化学窗口宽，高达5V，能够满足一些高电压体系的电池应用，可以满足更多应用的要求。