[发明专利]不起火高能量密度钠离子/锂离子固态电池及生产方法

说明书

本发明公开了一种不起火高能量密度钠离子/锂离子固态电池及生产方法，电池由负极片、正极片、隔离片、粉末添加剂以及辅件组成，负极片采用硅材料，通过用MOFs复合，以MXene为电子和离子导电剂，再用钠元素或者锂元素预处理，然后干混、冷压、热敷加工制成；正极片由正极材料、固态电解质、导电剂、粘结剂通过干混、冷压、热敷加工制成；隔离片采用无机固态电解质和聚合物固态电解质通过溶剂混合或者熔融混合制成；粉末添加剂为两种以上固态粉末物质；电池组装后经烘烤、化成、封口、分容后制造出不起火高能量密度钠离子/锂离子固态电池。本发明能提高电池的能量密度，有效缓解电池体积膨胀的问题。

技术领域

本发明涉及固态电池领域，尤其是一种不起火高能量密度钠离子/锂离子固态电池。

背景技术

固态电池与现今普遍使用的锂离子电池和锂离子聚合物电池不同的是，固态电池是一种使用固体电极和固体电解质的电池。固态电池的原理与之相同，只不过其电解质为固态，具有的密度以及结构可以让更多带电离子聚集在一端，传导更大的电流，进而提升电池容量。

为了提高电池的能量密度，固态电池普遍采用金属锂负极，但实际上锂负极天生有个缺陷就是充电时体积膨胀厉害，另外随着电池循环寿命延长，锂离子从金属锂负极表面不断沉积和剥离，表面出现空洞和塌陷，电池内阻逐渐增加，以至到功能失效。

由于传统固态电池固态电解质和主材之间是固固接触，界面电阻大，且形成害空间电荷层，导致电池充放电倍率受限远不及常规液体电池。

发明内容

本发明提供了一种不起火高能量密度钠离子/锂离子固态电池，提高电池的能量密度，缓解电池体积膨胀。

本发明的目的是以如下方式实现的：该固态电池由负极片、正极片、隔离片、粉末添加剂以及辅件组成；负极片采用比金属锂克容量更高的硅材料，通过用MOFs复合，以MXene为电子和离子导电剂，再用钠元素或者锂元素预处理，然后干混、冷压、热敷加工制成；正极片由正极材料、固态电解质、导电剂、粘结剂通过干混、冷压、热敷加工制成；隔离片采用无机固态电解质和聚合物固态电解质通过溶剂混合或者熔融混合制成；粉末添加剂为两种以上固态粉末物质，直接加到电池芯和壳体之间的空隙中；辅件包括壳体、大极耳、集流体、胶纸；电池组装时先将负极片、隔离片、正极片依次叠好，用胶纸捆好，将极片上极耳焊接在一起，再焊接到大极耳上，然后装配外壳，然后加入粉末添加剂，然后烘烤、化成、封口、分容后制造出不起火高能量密度钠离子/锂离子固态电池。

所述硅和MOFs复合指的是硅化合物和MOFs结合的材料，MOFs为SIFSIX-1-Cu@SiO2、ZIF-8@SiO2或SiO2@MOF-199材料。

所述MXene材料为二维无机化合物，为TiNbC、TI3C2或V₂N材料。

所述正极材料为富锂锰、镍钴锰酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、锰酸锂、普鲁士兰、普鲁士白、磷酸钒钠、磷酸锰钠、铁铜锰酸钠类层状氧化物、铁铜锰酸钠类层状氧化物、锰酸钠、钴酸钠材料中的至少一种。

所述正极片的固态电解质和隔离片中无机固态电解质为LLZO、LZSiPO、LPSCl、LLTO、LATP、LAGP、LPS、LGPS、LSiPSCl、LSnPSCl、Na₃SbS₄、Na₄SnS₄、Na₃Zr₂Si₂PO₁₂、Na₃PS₄材料中至少一种。

所述导电剂为导电碳黑、碳纳米管、碳纤维、石墨烯中至少一种；粘结剂为PTFE、SBR、PVDF、PAA、PAN材料中至少一种。

所述隔离片中的聚合物固态电解质为PEO、PAN、PVDF、PMMA、PPO中至少一种。