一體化無界面的固態電解質鋰離子電池及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于裡離子電池及其制造領域，具體涉及一種一體化無界面的固態電解質 裡離子電池及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 目前，傳統的裡離子電池通常采用有毒且易泄露的有機液體電解質，因而存在一 定的安全隱患和環境污染問題。90年代出現的聚合物裡電池采用了固體或凝膠態的聚合物 電解質，因而具備了更高的安全穩定性和更優良的環境友好性。此外，聚合物裡離子電池還 具有塑形靈活、比能量高、電化學穩定窗口寬、容量損失少、體積利用率高等優勢，是未來裡 離子電池的主要發展方向。
[0003] 但是，與能夠充分浸透入電極極片的液體電解液相比，聚合物電解質具有固體性 質，裡離子在固態電解質中的傳導性遠低于液體電解液；并且聚合物電解質與電極極片之 間存在接觸緊密度欠佳的問題。另外，由于固態電解質的純化膜相對穩定，所W如果所用的 固態電解質與電極極片的相容性較差將導致純化膜隨時間的延長而增長，從而增大電池的 內阻。因此，改善電極材料與電解質之間的相容性是固態電解質裡電池應用發展中急需解 決的一個關鍵技術問題。
[0004] 針對送一技術瓶頸，研究者們試圖通過構造一體化結構來簡化裡離子電池的內部 結構，改善不同組件間的接觸狀態，進而提高電池組件間的相容性、降低裡離子電池的內 阻，W達到更好的儲能性能。公開號為CN1219779A的中國發明專利中，研究者向正、負極 極片的含有活性材料與粘結劑的活性材料層中灌注聚合物電解質溶液，使聚合物電解質滲 透入正、負極活性材料層中；然后蒸發掉溶劑，再將含有電解質的正、負極極片層相互面對； 最后，兩極極片通過外部熱烙劑熱烙在一起形成扁平型固態電解質聚合物裡電池。該方法 通過電解質在電極活性材料層中的滲透，改善了電解質與活性材料之間的接觸性，降低了 電池內阻，得到了優良接觸性能和高放電輸出的裡離子電池。公開號為CN103413966A的中 國發明專利對電極材料與無機隔膜層的相容性進行了改進，研究者將具有浸潤過電解液的 無機陶瓷粒子噴涂在電極極片上，經干燥、社制獲得裡離子電池用膜電極。此種膜電極片實 現了正、負極極片與隔離膜的一體化，簡化了裡離子電池的結構，所得裡電池表現出了優于 傳統結構裡離子電池的高溫穩定性。
[000引然而，為了進一步降低電池內阻，得到接觸性能優良、放電輸出性能高的固態電解 質裡離子電池，仍然需要進一步提高電解質與電極活性材料之間的相容接觸，力求實現一 體化無界面的固態電解質裡離子電池。
【發明內容】
[0006] 本發明的技術目的是針對上述固態電解質裡離子電池的技術現狀，提供一種固態 電解質裡離子電池，其具有電池內阻低、接觸性能優良、放電比容量高的優點，是一種一體 化無界面的固態電解質裡離子電池。
[0007] 本發明所采用的技術方案為：一體化無界面的固態電解質裡離子電池，包括正極 集流體，正極集流體上的正極活性材料層，負極集流體，負極集流體上的負極活性材料層， W及固態電解質，所述的正極活性材料層包括正極活性材料、導電劑與粘結劑，所述的負極 活性材料層包括負極活性材料、導電劑與粘結劑；其特征是；所述的粘結劑與固態電解質 中包含相同的材料組分，即，包括如下情況：
[000引（1)當所述的粘結劑與固態電解質均為單一材料時，粘結劑材料與固態電解質材 料相同；
[000引 似當所述的粘結劑為組合材料，固態電解質為單一材料時，固態電解質材料是粘 結劑材料中的一種；
[0010] (3)當所述的粘結劑為組合材料，固態電解質為組合材料時，粘結劑與固態電解質 中存在相同的材料組分。
[0011] 也就是說，本發明固態電解質裡離子電池中的電極粘結劑與固態電解質材料選 用同種材料，或者使二者中存在相同的材料組分，從而有利于提高電池的電極與電解質之 間相容性、提高裡離子在充放電過程中的傳導率、降低電池內阻，并且能夠簡化電池生成工 藝，提高電極材料層的均勻度，因此在固態電解質裡離子電池領域，尤其是高倍率、大容量 動力固態電解質裡離子電池領域中具有廣泛的應用前景。
[0012] 本發明中，所述的固態電解質材料包括具有高離子傳導性、高粘結性的聚合物材 料為宜。作為優選，所述的固態電解質是含氣礙醜亞胺基聚合物材料，或者是含有含氣礙 醜亞胺基聚合物組分的材料，所述的粘結劑與固態電解質中均含有含氣礙醜亞胺聚合物組 分，即，包括如下情況：
[0013] (1)當所述的粘結劑材料與固態電解質材料均為單一材料時，粘結劑材料與固態 電解質材料為同一含氣礙醜亞胺基聚合物；
[0014] (2)當所述的粘結劑材料為組合材料，固態電解質材料為單一材料時，固態電解質 材料為含氣礙醜亞胺基聚合物，粘結劑材料中含有該同一含氣礙醜亞胺基聚合物組分；
[0015] (3)當所述的粘結劑材料為組合材料，固態電解質材料也為組合材料時，粘結劑材 料與固態電解質材料中存在相同的含氣礙醜亞胺基聚合物組分。
[0016] 所述的含氣礙醜亞胺基聚合物材料是主鏈或側鏈同時含有氣原子基團和礙醜亞 胺基團的聚合物及其無機納米復合材料，包括聚（5-礙醜氯-3-氧雜）全氣礙醜胺裡鹽， 側鏈為含氣礙醜亞胺基的聚離離麗樹脂，含氣礙醜亞胺基聚合物改性石墨帰等含氣礙醜亞 胺材料中的一種或幾種的混合物。
[0017] 所述的正極活性材料不限，包括裡鐵氧化物、裡鉆氧化物、裡媒氧化物等含裡和過 渡金屬的氧化物，例如鉆酸裡、儘酸裡、媒儘酸裡等化合物材料，也可W包括硫基正極材料。
[0018] 所述的負極活性材料不限，包括石墨、石墨帰、碳納米管等碳素材料及其復合材 料、金屬裡、含裡過渡金屬氮化物、氧化娃及娃基復合材料、含硫無機化合物等。
[0019] 所述的導電劑材料不限，包括己快黑、Super P、碳黑等。
[0020] 所述的正極集流體不限，可W是鉛巧等材料。
[0021] 所述的負極集流體不限，可W是銅巧等材料。
[0022] 本發明還提供了兩種制備上述一體化無界面的固態電解質裡離子電池的方法，其 中一種制備方法如圖1所示，包括如下步驟：
[0023] (I)將正極活性材料、導電劑、粘結劑W及第一溶劑混合均勻，制得正極活性漿料； 將負極活性材料、導電劑、粘結劑W及第二溶劑混合均勻，制得負極活性漿料；
[0024] (2)將正極活性漿料涂覆于正極集流體表面，制備正極極片1 ;將負極活性漿料涂 覆于負極集流體表面，制備負極極片2 ;
[002引做將固態電解質材料溶于第立溶劑，制得電解質溶液；
[0026] (4)將電解質溶液分別涂覆于正極極片表面與負極極片表面，烘干除去第H溶劑 后形成電解質膜3,將正極極片與負極極片疊加，使涂覆電解質膜3的兩面相對，然后采用 模壓使其形成一體，最后通過切片、卷繞、焊接極耳、封裝等后續工序制成一體化裡離子電 池。
[0027] 所述的第一溶劑不限，包括水、甲醇、己醇、正丙醇、異丙醇、正了醇、N-甲基化咯焼 麗等中的一種或兩種W上材料按照任意比例混合的混合物。
[0028] 所述的