[发明专利]一种一体化固态磷酸铁锂电池的制备方法

说明书

本发明公开了一种一体化固态磷酸铁锂电池的制备方法，涉及锂电池制备技术领域，包括含磷烯亲和层的负极极片制备步骤、含电解质薄膜的正极极片制备步骤和一体化固态磷酸铁锂电池制备步骤，通过在负极极片上增加磷烯亲和层，改善了固态电池负极极片与固体电解质之间的界面阻抗，增加了锂离子在电解质中的迁移能力，从而得到循环性能改善的负极极片；另外，直接将聚合物固体电解质在正极极片上成膜，让正极极片与固体电解质一体化后，既降低了固体电解质与正极极片界面阻抗，又缩短了锂离子传递的路径，进而提高电池的循环能力，具有重大的生产实践意义。

技术领域

本发明涉及锂电池制备技术领域，更具体地说涉及一种一体化固态磷酸铁锂电池的制备方法。

背景技术

锂电池是一类由锂金属或锂合金为正/负极材料、使用非水电解质溶液的电池。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存和使用对环境要求非常高。随着科学技术的发展，锂电池已经成为了主流。锂电池大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池不含有金属态的锂，并且可以充电。

目前，储能系统用锂离子电池的能量密度、循环寿命以及安全性显得越来越重要，但现有的传统锂离子电池循环寿命有限，目前磷酸铁锂单体电池普遍使用寿命仅为2000～4000圈，与国内外10年年限的目标还有一定距离，与光伏场站15年的使用周期目标相差甚远。另外，由于使用的是液态电解质，电池在高温、过充、过放时易燃烧，存在极大的安全隐患。

为进一步满足电网储能、电动汽车对锂离子电池的要求，更长循环寿命、更高安全性、更高能量密度的电池体系成为研究的热点。鉴于此，有必要提供一种一体化固态磷酸铁锂电池的制备方法，以获得长循环寿命、高安全的磷酸铁锂电池。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种一体化固态磷酸铁锂电池的制备方法，通过在负极极片上增加磷烯亲和层，改善固态电池负极极片与固体电解质之间的界面阻抗，增加锂离子在电解质中的迁移能力，以得到循环性能改善的负极极片和电池，其制备的电池具有较长的循环寿命和优异的电化学性能。

为了实现以上目的，本发明采用的技术方案：

一种一体化固态磷酸铁锂电池的制备方法，包括含磷烯亲和层的负极极片制备、含电解质薄膜的正极极片制备和一体化固态磷酸铁锂电池制备；

所述含磷烯亲和层的负极极片制备包括以下步骤：

S1、按照预设的重量比例，将95-98％的石墨负极材料、0-2％的磷烯复合导电剂以及2-3％的粘结剂SBR，依次加入吡咯烷酮溶剂中，得到负极浆料。

所述S1步骤中，所述磷烯复合导电剂包括磷烯与碳黑复合、磷烯与石墨化导电剂复合、磷烯与碳纳米管复合和磷烯与碳纤维复合形成的导电剂中的一种或多种。例如，导电碳黑KS-6、KS-15与磷烯复合、SPUPER Li与磷烯复合、气象生长型碳纤维VGCF与磷烯复合、碳纳米管CNT与磷烯复合等，磷烯具有接近石墨烯的高的载离子迁移率，良好的导电导热性。

优选的，所述磷烯复合导电剂为黑磷烯-石墨烯复合导电剂，其中，磷烯与石墨烯混合比例为1:1-1:5。黑磷烯-石墨烯复合导电剂具有高导电性。

优选的，所述磷烯为平均粒径为50nm-10um的球形或块状颗粒，所述碳黑或石墨化导电剂的粒径为5nm-10um。

S2、将S1步骤中得到的负极浆料进行粘度调节，调节后将其均匀涂布在铜箔集流体上并烘干, 得到负极极片。

所述S2步骤中，浆料粘度为4000-7000cP。

S3、将黑磷烯混入丙烯腈聚合物溶液中，加热搅拌6-8小时，得到含磷烯的丙烯腈聚合溶液。

S4、将S3步骤中得到的含磷烯的丙烯腈聚合溶液，趁热涂敷在S2步骤中得到的负极极片表面，得到含磷烯亲和层的负极极片。