[发明专利]一种高安全半固态锂离子电池及其制造方法

说明书

一种高安全半固态锂离子电池及其制造方法，所述电池包含正负极极片、隔膜和凝胶固态电解质层，所述凝胶固态电解质层位于所述极片和所述隔膜之间；所述凝胶固态电解质层是固态电解质均匀分散在凝胶电解质中形成的混合涂层。本发明通过电解液溶胀、热复合工艺及原位固化技术，在隔膜与电极之间构建一层凝胶电解质与固态电解质的复合层，固态电解质均匀分散在凝胶电解质中，有效提高了锂离子在凝胶电解质层的迁移效率。隔膜通过聚合物胶层可以与电极有效的粘结在一起，保证界面的均匀性，避免使用过程中极片的错位导致短路，提高电池硬度，减少了电芯游离液态电解液，进一步提升了电池的安全性能。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种高安全半固态锂离子电池及其制造方法。

背景技术

半固态锂离子电池与液态锂离子电池相比，由于一部分电解液被固态电解质取代，有机电解液在高温下分解燃烧的风险大幅降低，电池的安全性能明显提升；对比固态锂离子电池，需要克服的技术难点更少，更易实现产业化推广。基于以上优势，半固态锂离子电池得到了众多电池厂家的青睐。

目前传统的半固态电池，通过隔膜上涂覆固态电解质或电极中加入部分固态电解质，虽然相比全固态电池的锂离子传导有一定改善，但电极界面仍不够均匀，锂离子通过界面要克服较高的能垒，导致扩散阻力增大，界面电阻也会增加电池内阻，电池的寿命及功率性能均受到一定的影响。

发明内容

本发明针对现有技术不足，提出了一种高安全半固态锂离子电池，该电池在正负极极片和隔膜之间构建一层高锂离子电导率的凝胶电解质与固态电解质的复合涂层，改善电极界面的均匀性，提高锂离子迁移速率，同时能够减少电解液的用量、抑制锂枝晶的生成。由于隔膜和极片实现一体化，生产转运过程中极片没有错位，循环测试时电芯不易变形，隔膜和极片之间不会有气体的聚集。得益于在凝胶层加入了含Li的固态电解质，锂离子在凝胶层的迁移变快，电解液发生副反应导致的亏液风险也降低，有效提高了电池的安全性、寿命和能量密度。

为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种高安全半固态锂离子电池，所述电池包含正负极极片、隔膜和凝胶固态电解质层，所述凝胶固态电解质层位于所述极片和所述隔膜之间；所述凝胶固态电解质层是固态电解质均匀分散在凝胶电解质中形成的混合涂层。

本发明的第二方面提供一种高安全半固态锂离子电池制造方法，所述的方法包括以下步骤：

1)制备均匀的固态电解质和高分子聚合物的混合浆料，将所述混合浆料均匀涂覆在隔膜两面，烘干后形成具有混合涂层的隔膜；

2)将所述隔膜和正负极极片通过叠片或卷绕的方式、接入极耳后封装成电芯；

3)在所述电芯中注入电解液后，进行高温压力化成，在化成过程中所述隔膜与所述极片进行热复合；

4)所述电芯热复合后迅速冷压，在冷压过程中所述混合涂层进行原位固化，形成凝胶固态电解质层；

5)冷压后所述电芯进行老化、除气、分容，制得所述高安全半固态锂离子电池。

本发明设计的高安全半固态锂离子电池，其优势在于：

1)利用热复合工艺实现隔膜和极片一体化，隔膜热稳定性能增强，保证了电极界面的均匀性和一致性，电芯在使用过程中不会发生极片错位，循环过程中电解液分解产生的气体不会在隔膜与电极之间聚集，长时间使用后电芯不会变形，提高了电池的安全性。

2)在正负极极片与隔膜之间构建了多功能的复合电解质涂层，使固态电解质分散在凝胶电解质中间，有效的降低了固态电解质与极片之间的界面电阻，提升了电池功率性能、循环性能及一致性。固态电解质的使用，减少了液态电解液用量，提高了电池安全性。