[发明专利]一种聚合物全固态锂电池电芯超声原位熔合工艺

说明书

本发明公开了一种聚合物全固态锂电池电芯超声原位熔合工艺，具体为：用成膜法制备全固态锂离子电池复合正极，溶液浇铸法制备固态聚合物电解质膜，最后用超声进行固态电解质膜和电极的熔合，制成全固态锂离子电芯。超声熔合时材料按照C‑LiFePO₄复合正极、固态聚合物电解质膜、锂片的顺序依次叠放。超声熔合的方法可以降低室温下电解质‑电极界面阻抗，提高锂离子在电极电解质界面处的迁移速率，改善了锂电池室温下的性能。

技术领域

本发明涉及新能源电池技术领域，尤其涉及一种聚合物全固态锂电池电芯超声原位熔合工艺。

背景技术

近年来随着新能源汽车的推进，市场对电池提出了新的要求。动力电池作为电动汽车的核心部件，将遇到新的机遇和挑战。未来电动车的动力电池能量密度至少要达到500W·h/kg，而目前大规模实用化锂离子电池的能量密度远远达不到这个目标。

与传统的锂离子电池相比，聚合物基电解质全固态锂离子电池具有更高的安全性和能量密度，有望应用在电动汽车上，因此引起了广泛关注。但固态锂离子电池电解质-电极阻抗高、电解质电导率低严重限制了固态锂离子电池的发展。

聚合物全固态锂电池中PEO基固态聚合物电解质研究最为广泛，PEO本身属于半结晶态聚合物，无定形相的高分子链段具有锂离子传输功能，链段运动较差的晶相PEO锂离子的传导速率较低。目前在降低PEO结晶度方面添加增塑剂，离子液体，无机填料，形成共聚物方法最为常见。超声波作用于热塑性的塑料接触面时，会产生每秒几万次的高频振动，这种达到一定振幅的高频振动，会在塑料接触面产生局部高温，使塑料接触面迅速熔化，加上一定压力后，材料即熔合成一体，利用超声波有助于提高电解质-电极界面相容性。超声波作用于聚合物电解质时，高频振动可破碎电解质晶粒，降低电解质结晶度，可以用于提高电解质离子电导率。

基于超声高频振动使聚合物软化形成界面熔合的能力，同时具有破碎晶粒的作用，本专利提出一种聚合物全固态锂电池电芯超声原位熔合工艺。

发明内容

基于以上现有技术的不足，基于超声高频振动使聚合物软化形成界面熔合的能力，同时具有破碎晶粒的作用，提出一种聚合物全固态锂电池电芯超声原位熔合工艺。降低了室温下电解质-电极界面阻抗，提高锂离子在电极电解质界面处的迁移速率，改善锂电池室温下的性能。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种聚合物全固态锂电池电芯超声原位熔合工艺，包括以下步骤：

步骤一：选取聚合物基体和导电锂盐并按1：1～4：1摩尔配比制得混合物；

步骤二：用溶液浇铸法制备固态聚合物电解质膜；

步骤三：用成膜法制备全固态锂离子电池复合正极；

步骤四：选取全固态锂离子电池的负极为锂片；

步骤五：用超声振动实现固态电解质膜和电极的熔合，制成全固态锂离子电芯，具体操作为：

(1)按照叠放次序把需要熔合的材料叠放在超声模具上；

(2)降下超声工具头，在设定压力下完全压在待熔合的材料上；所选超声工具头面积应大于待熔合材料的面积；

(3)施加超声振动；

(4)待到振动结束后取出材料。

作为上述技术方案的优选，本发明提供的一种聚合物全固态锂电池电芯超声原位熔合工艺，进一步包括下列技术特征的部分或全部：