[发明专利]一种具有多层结构电解质的原位聚合固态电池及其制备方法

说明书

本发明提供一种具有多层结构电解质的原位聚合固态电池，所述多层结构电解质包含正极侧原位形成耐氧化聚合物层和负极侧原位形成耐还原聚合物层。本发明是将通过化学反应能形成耐氧化聚合物的单体或引发剂，在混料过程预置到正极极片，将通过化学反应能形成耐还原聚合物的单体或引发剂，在混料过程预置到负极极片，然后再将与之反应的单体以注液方式注入电池内部，引发聚合反应，达到电池内部原位聚合形成正极耐氧化、负极耐还原的多层结构电解质，从而提升原位聚合电池的安全性和循环稳定性，减小电池内电解质和电极的界面阻抗，方法简单易于扩大生产。本发明还提供了一种具有多层结构电解质的原位聚合固态电池的制备方法。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种具有多层结构电解质的原位聚合固态电池及其制备方法。

背景技术

目前大规模商业化的锂二次电池中含有大量的易燃、易泄露有机碳酸酯小分子溶剂，具有重大安全隐患，采用不挥发、不燃烧的固态电解质代替传统电解液被认为是解决锂离子电池安全问题的有效手段。其中聚合物电解质由于小的界面阻抗、安全性高成为近年来研究的热点，但由于工艺复杂、聚合物本身的电性能稳定性问题，并未快速进入批量生产。

为改良聚合物锂电池的制备工艺，提高生产效率，研发人员提出了一种原位固化技术，通过将液态化单体以注液方式注入电芯内部，浸润完成后在一定条件下引发单体聚合形成原位固态化电池。如：CN105914405A提出一种将液态环氧化合物及锂盐注入电池内部，在加热条件下引发原位开环固化成一体化全固态聚合物电池；CN108493486A采用丙烯酸酯、引发剂溶于电解液，注入电池内部，在加热条件下引发不饱和双键聚合形成一体化凝胶聚合物电池；CN111533851A采用含双键的小分子碳酸烯酯、乙二醇丙烯酸酯、引发剂混合注入到固态电池界面处，热引发聚合形成电极电解质一体化全固态电池；CN111540956A将异氰酸酯、聚丙二醇溶于电解液后注入电池内部电聚合成一体化电池，减小电极电解质界面阻抗。

锂离子电池的电压范围较宽，通常一种聚合物材料无法同时兼顾高压和低压稳定性，为解决此问题，研发人员开发一种多层结构的复合电解质膜，靠近正负极两侧分别由耐氧化、耐还原能力聚合物组分，显著提高了电解质的电化学稳定窗口，如：CN109565078A提供一种多层结构电解质，利用溶剂挥发方式分别制备了聚酯类和聚醚类电解质薄膜，将耐氧化能力强的酯类与离子传导能力强、界面阻抗更小的醚类制备成复合膜，组装的固态电池循环稳定性显著提高；CN110048158A利用浇筑方式在多孔膜的两侧分别原位聚合形成一面为酯类一面为醚类的双层结构电解质膜，此膜同时满足高压正极和低压负极的稳定需要；CN110581314A在支撑体隔膜上与正极接触侧涂覆无机固态电解质，在支撑体隔膜与负极接触侧涂覆聚合物电解质，减小了电解质氧化，提高了电池的安全性和循环稳定性；但目前报导的多层复合膜工艺复杂，多是电芯外涂布成膜，再与极片复合，电解质与电极界面接触较差，阻抗较大，不利于电池容量发挥。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有多层结构电解质的原位聚合固态电池及其制备方法，本发明采用原位聚合方式在电池内部一次性形成多层结构电解质，兼具正极耐高电压负极耐还原能力，大大简化了具有多层结构电解质电池制备工艺，本发明中的制备方法提高电极电解质的界面接触，从而改善电芯的安全性和循环稳定性，同时兼容现有锂离子电池生产工艺和设备，可以快速批量生产。

本发明提供一种具有多层结构电解质的原位聚合固态电池，所述多层结构电解质包含正极侧原位形成耐氧化聚合物层和负极侧原位形成耐还原聚合物层；

所述具有多层结构电解质的原位聚合固态电池按照以下步骤制备：

A)将第一预置单体与正极浆料混合，涂布后得到复合正极；将第二预置单体与负极浆料混合，涂布后得到复合负极；

B)使用所述复合正极和复合负极组装电芯；

C)将电解液注入电芯内部，引发单体聚合，形成多层结构电解质；