[发明专利]一种全固态锂电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种全固态锂电池及其制备方法，该全固态锂电池包括锂负极、含锂正极和原位聚合的耐高电压聚合物电解质，还包括直接涂覆于金属锂表面的耐低电压聚合物电解质及弥散于聚合物电解质中的有机阻燃剂。该电池设计可有效抑制锂枝晶，提高固态电解质与正负极之间的界面稳定性，及聚合物电解质的化学/电化学稳定性。本发明公开的全固态锂电池同时满足高能量密度、高安全性、高循环稳定性。

技术领域

本发明涉及新型固态电池领域，具体涉及一种全固态锂电池及其制备方法。

背景技术

出于对日益严峻的能源和环境问题的考虑，发展更环保的新能源汽车已成为国内外的共识。但与目前的内燃机汽车相比，目前电动车的行驶里程仍有不足之处，因此开发高能量密度的锂电池势在必行。直接使用金属锂代替石墨负极是提高锂电池能量密度的一个重要方法，但金属锂循环过程中会产生枝晶、死锂问题，引起性能下降和安全问题。

虽然使用固态电解质可以一定程度上解决上述问题，但固态电解质同样面临与正负极的界面接触问题，如陶瓷电解质一般与正负极接触时会发生界面反应，引起界面电阻增加。另外，陶瓷电解质的密度偏高，将引起电池能量密度的下降。聚合物电解质具有一定的柔性，密度较低，与金属锂接触良好，但聚合物在高电压和低电压时分别会发生氧化和还原反应，引发聚合物的降解和电池性能的下降。另外，相对于液态有机电解液，固态聚合物电解质的安全性虽然有所提高，但一般的聚合物也属于易燃物。

发明内容

本发明针对现有技术中的问题，公开了一种全固态锂电池及其制备方法，该全固态锂电池既可解决液态电解液锂电池的安全性问题，还可抑制界面反应和电解质的降解问题，从而使锂电池兼顾安全性和优异的电化学性能。

具体技术方案如下：

一种全固态锂电池，包括金属锂负极、含锂正极和固态聚合物电解质，其特征在于，所述聚合物电解质包括耐低电压聚合物电解质和耐高电压聚合物电解质。

所述耐高电压聚合物电解质由锂盐和耐高电压聚合物组成，所述耐高电压聚合物通过单体的原位聚合形成于正极表面并弥散于正极中。

所述耐低电压聚合物电解质由锂盐和耐低电压聚合物组成，所述耐低电压聚合物电解质直接涂覆于锂负极表面。

所述的全固态锂电池的制备方法，包括：

1)将耐低电压聚合物和锂盐在有机溶剂中混合均匀，经充分搅拌涂覆于金属锂表面，再经真空干燥得到表面改性金属锂，待用；

2)将耐高电压聚合物的单体和锂盐混合均匀，经充分搅拌得到耐高电压聚合物电解质前驱体，待用；

3)将正极、改性锂负极叠片，耐高电压聚合物电解质前驱体、进行电池封装，再经加热聚合得到全固态锂电池。

本发明使用聚合物电解质组装全固态锂电池，具有安全性、能量密度高、机械性能高、电池性能优异的优点。全固态电池中，使用耐低电压的聚合物修饰金属锂，可以抑制聚合物被金属锂还原降解；使用耐高电压的聚合物电解质，可以抑制聚合物在高电压时被氧化分解，另外，正极的聚合物电解质由于采用原位方法聚合，与正极和锂负极表面的耐低电压聚合物界面接触均良好，又可渗入到正极的空隙中，可显著降低界面电解和正极的体电阻。另外，丙烯酸酯类使用含环的单体，在聚合时和耐低电压聚合物易发生交联反应，提高耐低电压聚合物和耐高电压聚合物之间的界面性能，促进锂离子的扩散。因此，该全固态电池设计既可有效抑制界面反应，又可防止聚合物的降解，保证电池的循环性能。作为优选，在固态聚合物中添加磷酸酯类阻燃剂，一方面可以提高聚合物电解质的安全性和电导率，另一方面磷酸酯类有机体也起到表面活性剂的作用，即提高耐高电压和耐低电压聚合物之间的界面相容性，提高锂离子在其界面的扩散能力。进一步优选，使用含氟的磷酸酯类有机体，如三氟乙基磷酸酯，其分解产物氟化锂可进一步包覆锂负极，抑制锂枝晶。

步骤1)中：

作为优选：