[发明专利]固态电池及其制备方法

说明书

本发明提供了一种固态电池及其制备方法。该固态电池的制备方法包括：对固态电解质和分散溶剂的混合液进行充电，使固态电解质上负载同性电荷，得到固态电解质分散液，其中，在外力的作用下，固态电解质具有延展性；采用至少部分固态电解质分散液分别在正极极片和负极极片的一个表面进行涂覆，依次形成第一固态电解质膜层和第二固态电解质膜层；使第一固态电解质膜层和第二固态电解质膜层相向叠放设置，并依次进行加热加压及烘干处理，得到固态电池。采用上述方法制得的固态电解质膜层中不含粘结剂，其尺寸可控，这极大地提高了固态电池的重量能量密度与体积能量密度；对电解质层的形状与尺寸均无要求，能够根据实际要求改变与定制，灵活性更高。

技术领域

本发明涉及固态电池制备领域，具体而言，涉及一种固态电池及其制备方法。

背景技术

固态电池采用不可燃的固态电池电解质替换了可燃性的有机液态电解质，大幅提升了电池系统的安全性，同时能够更好地适配高能量正负极并减轻系统重量，实现电池能量密度的同步提升。目前固态电池中的固态电解质层通常采用匀浆、涂布的工艺制作而成。通常在匀浆步骤中，将固态电解质与粘结剂溶液混合在一起，再经涂布、干燥后制成连续的电解质薄膜。在这种工艺中，为了保证电解质膜的连续性，需要在固态电解质中添加粘结剂。然而粘结剂一般不具有离子导电性，所以粘结剂的添加会导致固态电解质的离子电导率显著下降，这就会造成电池的倍率性能与容量发挥的严重损失。

目前另外一种制备无粘结剂固态电解质层的方法是，将固态电解质粉末均匀地铺散在预制模具套筒中，通过外加压力挤压成型。这种方法的缺点在于：(1)所制备的电解质层完全由外加压力压制而成，无法将厚度减薄。通常上述电解质层的厚度在0.5mm～1.5mm之间，这就使得电池的能量密度极低，无实际应用价值。(2)该工艺需要将固态电解质粉末均匀地平铺在模具之中，这就使得电解质层的尺寸严重依赖于模具的尺寸。且由于平铺粉末均匀性的问题，这种方法压制成的电解质层尺寸较小，通常在0.5cm²～1cm²之间，这就使得该方法无法大规模工业化应用。

由此可知，现有制备固态电解质膜的方法存在以下问题：①传统湿法涂布工艺需要在电解质层中添加粘结剂，②使用模具压制电解质粉末制作的电解质层无法做薄，③使用外加压力压制电解质粉末制作电解质层面积无法放大。

鉴于上述问题的存在，有必要提供一种尺寸可控的、能量密度高和离子电导率好的固态电池的制备方法。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种固态电池及其制备方法，以解决现有的固态电池因含有粘结剂导致其存在尺寸可调性差、能量密度低和离子电导率差等的问题。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种固态电池的制备方法，该固态电池的制备方法包括：对固态电解质和分散溶剂的混合液进行充电，使固态电解质上负载同性电荷，得到固态电解质分散液，其中，在外力的作用下，固态电解质具有延展性；采用至少部分固态电解质分散液分别在正极极片和负极极片的一个表面进行涂覆，依次形成第一固态电解质膜层和第二固态电解质膜层；使第一固态电解质膜层和第二固态电解质膜层相向叠放设置，并依次进行加热加压及烘干处理，得到固态电池。

进一步地，固态电解质与分散溶剂的重量比为1:(0.4～0.7)；优选地，分散溶剂选自苯、甲苯、二甲苯、正己烷、庚烷、辛烷、乙酸乙酯、丁酸丁酯、丙酮、丁酮和戊酮组成的组中的一种或多种；优选地，在进行充电过程之前，该制备方法还包括将固态电解质与分散溶剂进行预分散处理。

进一步地，充电过程中施加的电压为40～80kV，作用时间为1～20s。

进一步地，采用部分固态电解质制备正极极片，且正极极片中，固态电解质的重量百分含量为10～50％；采用部分固态电解质制备负极极片，且负极极片中，固态电解质的重量百分含量为10～85％。

进一步地，第一固态电解质膜层和第二固态电解质膜层的厚度小于15μm，优选为5～10μm。