[发明专利]一种高安全性高体积能量密度准固态锂离子电池及其制造方法

权利要求书

1.一种高安全性高体积能量密度准固态锂离子电池的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）制备各向同性的聚苯硫醚固态电解质：

将预锂化聚苯硫醚粉料与聚四氟乙烯（PTFE）在混合机中混合均匀，并在PTFE定向拉丝设备中使用超音速射流气体喷射拉丝，使得PTFE的分子链延展打开，并与预锂化聚苯硫醚粉料之间形成物理粘连，且不发生化学反应；再经过挤出机排除粉体中的气体制成连续饼状宽带，然后将连续饼状宽带采用温度低于150℃的热辊压制成预锂化聚苯硫醚一次压膜膜材，并收卷；再经过热压后处理制备成聚苯硫醚固态电解质；

所述预锂化聚苯硫醚通过以下方法制备：

将N-甲基吡咯酮(NMP)、硫化锂Li₂S、氢氧化锂LiOH置于有搅拌功能的高压反应釜中，并升温到150-250℃高温脱水2-5h后降温至100℃，加入1,4-二氯苯(p-DCB)，在150-250 ℃下反应80-200分钟；滴加与LiOH的物质的量相同的盐酸，中和LiOH，并采用蒸发或升华的办法除去NMP和H₂O，得到干燥混合粉料；在混合粉料中，加入氯离子络合剂，搅拌均匀，并置于密闭反应釜中，在150-250℃下反应80-200分钟，再经洗涤、干燥，得到高锂固溶度的预锂化聚苯硫醚；所述的氯离子络合剂为有机无金属离子络合剂；

（2）制造高负载电池极片：

将导电碳材料分别与锂离子电池正极材料、负极材料，在混料机中混合均匀；再分别与PTFE粉体在PTFE呈玻璃态的温度条件下混合均匀，并在PTFE定向拉丝设备中使用超音速射流空气喷射拉丝，使PTFE的分子链延展打开，分别同导电碳材料与锂离子电池正极、负极材料的混合粉体形成物理粘连，且不发生化学反应；在高温热压下制成膜材D，再采用热压复合工艺将膜材D与经过打孔的集流体的单面热复合，制成单面负载正极厚电极、单面负载负极厚电极；

步骤1）、步骤2）中所述超音速射流气体为干燥的压缩空气、氩气或氮气，用于PTFE定向拉丝的超音速射流气体在接触粉料前预热到40-50℃，使得PTFE被气体预热后形成粘流态，PTFE粘流体在加压条件下，通过细小喷嘴构成超音速射流流体喷出，通过文丘里管结构吸入混合粉体，在PTFE纤维簇中进行填充，在蜗壳型腔中进行收集，收集的物料成为空间网状疏松团聚体；

（3）组装准固态锂离子电池：将单面负载正极厚电极作为正极极片、单面负载负极厚电极作为负极极片，将正极极片、聚苯硫醚固态电解质和负极极片依次叠在一起，且正极极片、负极极片的集流体未负载的一面向外；在80~150℃进行热压复合，形成“三明治”结构的复合片层，将多个复合片层采用叠片机叠在一起，正极集流体与正极集流体相贴合，负极集流体与负极集流体相贴合，极耳部分进行焊接，采用包装膜将复合片层封装后，真空注液，热封入壳。

2.根据权利要求1所述的高安全性高体积能量密度准固态锂离子电池的制造方法，其特征在于，所述的NMP、硫化锂Li₂S、氢氧化锂LiOH的摩尔配比为1-5：1：0.05-0.2。

3.根据权利要求2所述的高安全性高体积能量密度准固态锂离子电池的制造方法，其特征在于，所述Li₂S与p-DCB的摩尔配比为1.3-0.8：1；所述的氯离子络合剂添加的物质的量为p-DCB的0.01-0.2倍。

4.根据权利要求1所述的高安全性高体积能量密度准固态锂离子电池的制造方法，其特征在于，所述有机无金属离子络合剂为杯芳冠醚、杯咪唑、杯吡咯或杯芳烃。

5.根据权利要求2所述的高安全性高体积能量密度准固态锂离子电池的制造方法，其特征在于，步骤1）中所制备的聚苯硫醚固态电解质中，预锂化聚苯硫醚粉料所占的重量百分比为80%-97%。

6.根据权利要求1所述的高安全性高体积能量密度准固态锂离子电池的制造方法，其特征在于，步骤1）预锂化聚苯硫醚粉料和PTFE在混料机中混合均匀的过程中温度控制在10℃以下；混料机中混料时间为0.5-4小时。