[发明专利]一种磷酸铁锂/凝胶电解质复合正极材料及其制备方法和一种固态锂电池及其制备方法

说明书

本发明提供了一种磷酸铁锂/凝胶电解质复合正极材料及其制备方法。本发明在制备复合正极材料过程中，将磷酸铁锂粉体和导电炭黑以及锂盐溶液等以均质浆料的形式涂覆在集流体上再进行紫外光固化，使得电解质均匀地包覆在磷酸铁锂纳米颗粒表面，实现了磷酸铁锂粉体表面均匀的包覆凝胶电解质，实现了正极材料与电解质分子级别的结合，从而显著增大了电解质和磷酸铁锂之间的接触面积，促进了锂离子的转移和传输，减小了电极的极化和界面阻抗。本发明还提供了一种采用上述技术方案所述正极得到的固态锂电池。

技术领域

本发明属于固态锂电池技术领域，尤其涉及一种磷酸铁锂/凝胶电解质复合正极材料及其制备方法和一种固态锂电池及其制备方法。

背景技术

随着全球经济的不断发展，人民生活水平的不断提高，能源和环境问题也日益突出。作为电能储存的载体，锂离子二次电池具有能量密度高、循环寿命长、自放电效应小、对环境友好等优势，目前已被广泛应用在移动电话、数码便携产品等领域。电解质作为锂离子电池中的重要组成部分，在起着传输离子的重要作用。然而，传统锂离子电池电解液的泄露、燃烧甚至爆炸等安全问题近些年频繁发生，成为一种潜在的安全隐患。

固态电解质相比与传统液态电解液，具有不易燃、不易挥发、无泄露等优势，能够从根本上解决锂离子电池的安全性问题；同时，固态电解质具有更宽的电势窗口，并且可以同时取代电解液和隔膜，可以显著提高电池的工作电压，提高电池的能量密度；此外，固态电解质还具有更高的热稳定性和机械强度，因而理论上能够使电池在更严苛的环境条件下工作并具有更长的循环寿命；固态电解质的上述优势，使得固态锂电池备受关注。

然而，目前阻碍固态电解质应用的主要瓶颈是固态电极与固态电解质之间的界面问题，锂离子在电极与电解质之间的转移受到阻碍，严重影响电池的高倍率性能、循环稳定性等。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种磷酸铁锂/凝胶电解质复合正极材料及其制备方法和一种固态锂电池及其制备方法，本发明制备的磷酸铁锂/凝胶电解质复合正极材料与电解质之间接触良好，以此得到的锂电池循环稳定性优异。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种磷酸铁锂/凝胶电解质复合正极材料，包括集流体和在所述集流体表面的活性材料组合物；

所述活性材料组合物包括磷酸铁锂粉体、导电炭黑以及包裹在磷酸铁锂粉体和导电炭黑表面的凝胶电解质；

所述凝胶电解质含有聚合的聚乙二醇二丙烯酸酯和固化锂盐电解质。

优选的，所述磷酸铁锂粉体和导电炭黑的质量比优选为(3～4):1；

所述固化锂盐电解质中锂元素和聚合的聚乙二醇二丙烯酸酯中-CCO-链段的摩尔比为(7～9)：1；

所述固化锂盐电解质中锂盐与磷酸铁锂粉体的质量比为1:(8～70)；

所述活性材料组合物在集流体表面的包覆量为为0.6～1.8g/cm²。

本发明还提供了一种磷酸铁锂/凝胶电解质复合正极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将磷酸铁锂粉体、导电炭黑、聚乙二醇二丙烯酸酯、光引发剂、锂盐溶液和分散溶剂混合均质，得到均质浆料；

(2)将所述步骤(1)中的均质浆料涂覆在集流体表面，得到极片；

(3)将所述步骤(2)得到的极片进行紫外光固化，得到磷酸铁锂/凝胶电解质复合正极材料。

优选的，所述磷酸铁锂粉体的粒径为200～800nm；

所述聚乙二醇二丙烯酸酯的相对分子质量为400～1000；

所述光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮；