[发明专利]固态电解质、复合一体化正极、一体化电池及其制备方法

说明书

本发明提供了一种固态电解质、复合一体化正极、一体化电池及其制备方法。本发明采用高温固相预烧制‑再烧制两步法制备合成出高电导率的固态电解质，并通过简单的溶液浇筑法制备得到复合聚合物电解质膜。然后，通过将该复合聚合物电解质膜与正极材料的物理堆叠和简单辊压处理，即可制备得到电化学性能优异的复合一体化正极。采用该复合一体化正极组装而成的一体化电池可以有效改善正极与固态电解质之间的接触性能，降低了界面阻抗，具备优异的循环寿命和库伦效率。本发明提供的制备方法工艺简单、过程可控。

技术领域

本发明涉及电池制备技术领域，尤其涉及一种固态电解质、复合一体化正极、一体化电池及其制备方法。

背景技术

近年来，固态锂离子电池具有安全性能高、循环寿命长等优点，已成为新型锂电池技术领域的研究热点。但是，目前固体电解质材料的选择已成为固态锂离子电池走向大规模商业应用的材料瓶颈，其中，有机-无机复合固态电解质薄膜由于具有优异的柔韧性能、界面兼容性能，且适于大面积制备等优点，而越来越受到研究者的关注。但是，目前研发的有机-无机复合固态电解质薄膜材料的电化学性能还有所欠缺。

同时，相比于液态电解质，固态锂离子电池中还存在电池正极与固态电解质之间难以形成像固-液界面那样紧密充分接触的问题，即，难以形成紧密的固-固接触界面，从而导致界面阻抗大、循环寿命不长的问题，严重影响锂离子在电极和电解质间传输的效率。这一技术瓶颈是固态锂离子电池研究及应用中存在的技术挑战之一。

申请号为CN201610293456.0的发明专利公开了一种无锂盐添加复合固态电解质材料、电解质膜及其制备方法。其包括聚合物基体材料和快离子导体粉体材料，所述快离子导体材料的化学式为Li_7-xLa₃Zr_2-xM_xO₁₂。但是该制备方法采用乙醇为球磨液体介质，乙醇存在易挥发特性，长时间球磨会导致球磨罐温度上升，加速乙醇从缝隙挥发，使得球磨液体减少，降低球磨效果。且其球磨时间高达24小时，会引入较多的杂质从而容易影响LLZTO合成的纯度，同时其烧制温度较低，会导致合成出的LLZTO四方相含量较多而立方相较少，会影响固态电解质的电导率。

申请号为CN201811536912.5的发明专利公开了一种一体化结构在固态锂离子电池中的应用。该制备方法包括以下步骤：(1)将正极活性材料，导电剂，粘结剂，溶剂球磨混合均匀涂布在铝箔上得到正极片；(2)将聚合物、无机颗粒、锂盐和溶剂搅拌混合均匀，通过溶液浇铸法得到复合固态电解质；(3)将步骤(2)所得复合固态电解质放在步骤(1)所得正极片上面，用热压机热压，得到正极固态电解质一体化结构；(4)负极使用金属锂片组装全固态锂离子电池。但是，该正极固态电解质一体化结构需要通过热压工艺制备得到，能耗较大，且存在铝箔可能出现破损，边缘处涂料易出现类似毛边等缺陷的缺陷。

申请号为CN201710858170.7的发明专利公开了一种全固态软包式锂-二氧化碳二次电池及其制备方法。该软包电池由负极片、复合一体化正极和塑料膜外包装组成。其中负极片为金属锂片，复合一体化正极包含全固态无机-有机聚合物复合膜电解质和载有碳纳米管的泡沫镍集流体。所述聚合物复合膜电解质为聚(甲基丙烯酸酯)(PMA)/聚(乙二醇)(PEG-600)-LiClO₄-SiO₂复合聚合物电解质(CPE)，聚合物复合膜电解质膜厚度为50-150μm，正极导电剂为多壁碳纳米管(CNT)，集流体为辊压后的泡沫镍。但是，该复合一体化正极的制备方法存在CNT在泡沫镍上附着不稳易掉落的不足。

有鉴于此，有必要设计一种改进的固态电解质、复合一体化正极、一体化电池及其制备方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种固态电解质、复合一体化正极、一体化电池及其制备方法。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种固态电解质的制备方法，采用高温固相预烧制-烧制两步法进行制备，包括如下步骤：