[发明专利]一种双极性固态锂二次电池的制备方法

说明书

本发明公开了一种双极性固态锂二次电池的制备方法，属于化学电源技术领域，所用的双极性集流体为通过物理或化学沉积方法获得的双极性铝镀铜集流体，且厚度和重量可控；所用的固态电解质为高离子电导率固态电解质，可实现室温或低温工作。在双极性结构电池中使用固态电解质体系，有效规避了液态电解液带来的内部短路问题，根据本发明提出方法制备获得的双极性固态锂二次电池具有电压可控、高安全性、易于大规模生产的突出优势。

技术领域

本发明属于化学电源技术领域，特别是涉及一种双极性固态锂二次电池的制备方法。

背景技术

双极性结构电极由中间的导电基体与一面的正极活性物质和另一面的负极活性物质组成，以此为基础的电池可以实现内部串联，从而按需调控电压。虽然双极性电极的概念由来已久，但其一直没有被大规模应用在锂离子电池中，主要是受到电解质体系的限制。由于双极性电池内部单体单元是串联关系，强流动性的电解液以及包含了较多液体、保液性不佳的传统凝胶电解质很容易在电池内部形成电子导通通路，造成内部短路。

固态电解质的快速发展给双极性结构电池的大规模应用带来希望。双极性固态电池的优势包括：①固态电解质代替了传统的电解液和隔膜，电池单元间短路的问题被消除；②可以按需调控电压，可以从十几伏到1000伏不等(在同等功率需求下相当于电流降到原来的1/10-1/1000，且分布均匀；或者电流不变的情况下，功率密度得到大幅提升)；③电子导电路径的缩短和导电面积的增加大幅降低内部发热以及活性物质反应程度和老化程度的不均匀性；④单体之间可以获得更为有效的层叠，简化了工艺流程、缩减了质量，电池各组件的活性物质表面电流和电压的均匀分布，有利于降低因单体电池间连接造成的能量损失，最终使得电池的能量密度大幅度提升，降低了成本。

目前，双极性结构在固态电池中的应用多见于薄膜电池中，通过物理或者化学沉积的方式获得薄层双极性薄膜电池，但是由于容量有效，限制了这类电池在更多领域的应用。本发明通过固态电解质层、双极性电极的制备，采用叠片式方法成功构建获得电压可调、大容量双极性固态锂二次电池。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种双极性固态锂二次电池的制备方法，通过固态电解质成分比例的调控和优化，制备获得具有更高离子电导率的固态电解质层，通过对双极性电极的组成、结构以及双极性集流体的优选获得具有可加工性的双极性电极，采用湿法涂布和叠片式方法制备获得电压可调、大容量双极性固态锂二次电池。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种双极性固态锂二次电池的制备方法，包括以下步骤：

1)将锂盐、聚合物、无机填料按比例混合，溶解于有机溶剂中形成前驱体溶液，浇注成膜或与起支撑作用基膜复合制备聚合物固态电解质；聚合物与锂盐质量比为1:10-4:1，无机填料添加比例为聚合物质量的1％-400％；

2)选择双极性集流体，制备获得铝箔与铜箔复合成的双极性金属带，厚度为13-50μm；

3)将改性正极物质或者未改性的正极活性物质、导电剂、粘结剂分别溶解于有机溶剂中，涂布获得单极性正极极片；

4)将负极活性物质、导电剂、粘结剂分别溶解于有机溶剂中，涂布获得单极性负极极片，或者将金属锂箔压制在铜集流体上，厚度为1-50μm；

5)将步骤3)中获得的单极性正极极片未涂布电极的一侧按照步骤4)中方法涂布负极或者压制锂箔，获得双极性电极，厚度为80-1000μm；

6)将多层双极性电极、固态电解质层以及单极性电极按顺序叠加，组装双极性固态锂二次电池，其中双极性电极正极侧与另一双极性电极负极侧或者终端负极/单极性负极相邻，中间插有固态电解质层，构成一个单体；电芯最外侧为终端正极和终端负极/单极性负极，与之相邻的分别为双极性电极的负极侧和正极侧，中间插有固态电解质层，双极性锂二次固态电池电芯内部单体数量不少于2个；