[发明专利]一种全固态电池芯的制备方法

说明书

本发明涉及了全固态电池技术，公开了一种全固态电池的制备方法，其主要通过原位聚合的工艺实现了正极集流体、负极集流体、正极材料、负极材料和电解质之间一体制成，从而也就消除了正极材料、负极材料和电解质三者之间的界面，避免了界面阻抗的产生。而且，整个工艺过程相对于传统而言，步骤上也大大减少了，进而不仅提高了电池的整体性能，并且也降低了电池生产过程中的成本。

技术领域

本发明涉及全固态电池技术领域，特别涉及一种全固态电池芯的制备方法。

背景技术

锂电池和钠电池以其高能量密度、高工作电压、长循环寿命、低自放电率、无记忆效应、可快速充放电和环境友好等优点得到了广泛的应用，其也解决了传统液态二次电池中含有大量有机电解液，且普遍都具有易挥发、易燃、易爆等缺点，从而也降低了重大安全隐患存在的概率。

因而，采用固体电解质的全固态电池相比传统液态电池具有更高的安全性和机械强度，同时，也可以实现大容量电池的制备。然而，全固态电池的电池芯结构中，固态电解质与固态电极之间不同于传统液态电池的固液接触，而其是属于固-固接触的。因而，全固态电池在充放电时，正负极会持续发生体积膨胀/收缩，如果接触不够紧密，其电极/电解质之间就将存在巨大的界面阻抗，甚至产生裂缝，进而容易影响电池的性能。为了能够获得良好的全固态电池，普通的操作方式是对全固态电池芯在纵向上采用夹具施加一定压力，因此也就增加了除电池必要元件以外的附属品，从而降低了全固态电池的体积与质量比能量密度，限制了全固态电池的实际应用。

为了能够减少原电池电极/电解质之间的界面阻抗，市面上也提出不少相关的解决方案，例如申请号为201410788427.2的中国专利内公开了一种电池芯，其是在干燥环境中，自下至上将负极集流体、负极材料、固体电解质、复合正极、正极集流体在电池压制模具中压制成一体。但是，这个过程中，电极和电解质之间也只是通过简单的机械作用被压制在一起，两者之间的界面还是比较清楚的，因而随着时间的推移，两者之间的界面间距还是容易产生。并且，电池芯在压制的过程中很容易发生碎裂的问题，从而影响到全固态电池的成品率的问题。

另外，常规的聚合物电解质例如PEO或PVDF-HFP基聚合物电解质在制备过程中，需要将高聚物溶解到大量有机溶剂中，溶解溶胀后进行流延成型，然后加热蒸干得到聚合物电解质膜。在电极制备过程中，也需要通过添加有机溶剂，将粘结剂、电池材料混匀后涂布、然后将溶剂蒸干，辊压得到正极片与负极片，大量的有机溶剂，蒸干将增加能耗，一方面增加生产成本，还会造成环境污染，而且常规方法制备的固态电解质层为了方便操作，需要厚度较高，制备出的固态电池阻抗较大，不利于高倍率放电。因而，有必要进一步对全固态电池芯以及制备方法进行改进，以便促进全固态电池的实际应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全固态电池芯的无溶剂环保的制备方法，其通过原位聚合的方式，提高电极层与电解质间的粘结强度，基本上消除了充放电过程中引起的界面分离而产生的阻抗大的技术问题，且大幅度减少了生产过程中的步骤和时间。

本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：一种全固态电池芯的制备方法，包含以下步骤：

步骤一、将聚合物单体、引发剂、碱金属盐、正极活性材料和炭黑进行混合，搅拌均匀获得前驱体溶液A；

步骤二、将聚合物单体、引发剂、碱金属盐和填料搅拌均匀获得聚合物电解质前驱体溶液B；

步骤三、将聚合物单体、引发剂、碱金属盐、负极活性材料和炭黑进行混合，搅拌均匀获得前驱体溶液C；

步骤四、调整刮刀与正极集流体之间的间隙，将前驱体溶液A和前驱体溶液B先后涂覆到到正极集流体上，形成前驱体溶液A在底、前驱体溶液B在上的前驱复合薄膜一；

步骤五、调整刮刀与负极集流体之间的间隙，将前驱体溶液C涂覆到负极集流体上得到前驱复合薄膜二；