本發(fā)明屬于鋰離子電池，尤其涉及一種半固態(tài)鋰離子電池及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、鋰離子電池作為一種高能量密度、長壽命的電化學(xué)儲(chǔ)能裝置，廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備、電動(dòng)汽車和儲(chǔ)能系統(tǒng)中?，F(xiàn)有的鋰離子電池主要分為液態(tài)電池、全固態(tài)電池和半固態(tài)電池三種類型。液態(tài)鋰離子電池由于其高導(dǎo)電率和成熟的生產(chǎn)工藝，目前仍占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)地位。然而，液態(tài)電池中的有機(jī)電解液具有易燃性，存在泄漏和安全隱患。全固態(tài)鋰離子電池由于采用固態(tài)電解質(zhì)，具有高安全性和高能量密度的潛力，但其固態(tài)電解質(zhì)離子導(dǎo)電率較低，界面阻抗較大，制備工藝復(fù)雜且成本較高。盡管半固態(tài)鋰離子電池在一定程度上解決了液態(tài)電池的安全問題，但仍存在一些技術(shù)挑戰(zhàn)。例如，固態(tài)電解質(zhì)膜與正極材料的界面接觸不良，導(dǎo)致離子導(dǎo)電率降低和界面阻抗增加。此外，固態(tài)電解質(zhì)膜的機(jī)械性能和穩(wěn)定性也有待提高。

2、公開號(hào)為cn113745454a的中國專利公開了一種正極片、其制備方法和在半固態(tài)電池中的應(yīng)用，該專利將氧化物固態(tài)電解質(zhì)通過勻漿引入正極，通過原位聚合得到的聚合物可有效改善氧化物固態(tài)電解質(zhì)的與正極片中材料的接觸性，降低正極片的阻抗，提升正極片的電化學(xué)性能。然而，在正極追求高壓實(shí)的背景下，電解液難以充分浸潤或填充于極片空隙，由此導(dǎo)致原位聚合不均勻，在進(jìn)行電池充放電時(shí)鋰沉積不均勻。此外，原位聚合形成的凝膠聚合物固態(tài)電解質(zhì)由于其本身離子導(dǎo)低，伴隨著循環(huán)中電解液的不斷消耗，導(dǎo)致電芯循環(huán)性能差。

3、公開號(hào)為cn114335716a的中國專利公開了一種具有多層結(jié)構(gòu)電解質(zhì)的原位聚合固態(tài)電池及其制備方法。該專利通過在正極和負(fù)極中混入反應(yīng)單體，在電解液中加入交聯(lián)劑等反應(yīng)助劑，進(jìn)行原位聚合。但是如果需要同時(shí)滿足交聯(lián)劑與正極和負(fù)極反應(yīng)，對(duì)于材料的選取非常的嚴(yán)苛，可以選取的體系非常有限，大大限制了正極耐氧化、負(fù)極耐還原以及正負(fù)極都能發(fā)揮其效果的初衷。如果選用兩種引發(fā)劑或者反應(yīng)體系，兩種兩種引發(fā)劑或者反應(yīng)體系會(huì)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系和相互影響，導(dǎo)致反應(yīng)不完全，而且需要在注入電液后迅速的進(jìn)行聚合反應(yīng)，否則正負(fù)極的單體會(huì)隨著電液的浸潤互相滲透，最終減弱了正負(fù)極分層的效果，從而影響電池的倍率性能、循環(huán)性能等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種半固態(tài)鋰離子電池及其制備方法。采用本發(fā)明的制備方法制備獲得的一種正極涂覆固態(tài)電解質(zhì)膜的半固態(tài)鋰離子電池，提高了電池的離子導(dǎo)電率，降低了界面阻抗，提升了電池的能量密度、倍率性能和循環(huán)壽命，同時(shí)增強(qiáng)了電池的安全性和穩(wěn)定性。

2、本發(fā)明為解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：

3、本發(fā)明提供的一種半固態(tài)鋰離子電池，包括：正極片、負(fù)極片、隔膜和電解液；所述隔膜將正極片和負(fù)極片隔開，采用負(fù)極包正極的方式并疊片形成電芯，將電芯封裝進(jìn)電池外殼中注入電解液，通過預(yù)充、除氣、分容工序后獲得半固態(tài)鋰離子電池。

4、本發(fā)明提供的一種半固態(tài)鋰離子電池的制備方法，其具體包括以下步驟：

5、(1)將活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和分散劑進(jìn)行混合和勻漿處理后獲得第一漿料；

6、(2)將固態(tài)電解質(zhì)、粘結(jié)劑、離子液體和納米填料進(jìn)行混合和勻漿處理后獲得第二漿料；

7、(3)通過雙層涂布工藝將第一漿料涂覆于集流體上，將第二漿料涂覆于第一漿料上，通過輥壓、分條、模切工序后獲得正極片；

8、(4)將石墨、硅基負(fù)極、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑進(jìn)行混合和勻漿處理后獲得負(fù)極漿料，通過涂布、輥壓、分條、模切工序后獲得負(fù)極片；

9、(5)將正極片、負(fù)極片和隔膜通過疊片組裝成芯包，通過焊接、鋁塑膜入殼、熱封工序獲得干電芯；

10、(6)將電解液注入干電芯內(nèi)，通過預(yù)充、除氣、分容工序后獲得半固態(tài)鋰離子電池。

11、作為優(yōu)選的實(shí)施方式，步驟(1)中，所述活性物質(zhì)選自三元材料linixcoym1-x-yo2、磷酸鐵鋰、磷酸錳鐵鋰中的一種或多種，所述三元材料linixcoym1-x-yo2中，m為mn和al中的至少一種，0.4≤x<1，0<y<0.2；所述導(dǎo)電劑選自多壁碳納米管、單壁碳納米管、石墨烯、super-p中的一種或多種；所述粘結(jié)劑選自聚偏二氟乙烯和聚偏二氟乙烯-六氟丙烯的一種或兩種；所述分散劑選自磷酸三丙酯、磷酸二丁酯、聚醚改性聚硅氧烷共聚物的一種或兩種。

12、作為優(yōu)選的實(shí)施方式，步驟(1)中，所述活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和分散劑的質(zhì)量比為(95～99.25)：(0.2～5)：(0.5～2)：(0.05～0.5)。

13、作為優(yōu)選的實(shí)施方式，步驟(2)中，所述固態(tài)電解質(zhì)選自鋰鑭鋯鈦氧、磷酸鋁鈦鋰、鋰鋯硅磷氧中的一種或多種；所述粘結(jié)劑選自聚偏二氟乙烯和聚偏二氟乙烯-六氟丙烯的一種或兩種；所述離子液體選自1-乙基-3-甲基咪唑啉雙(三氟甲基磺?；?亞胺、1-乙基-3-甲基咪唑二腈胺鹽、1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑、1-乙基-3-甲基咪唑二氰亞甲鹽、1-丁基-3-甲基咪唑二氰胺鹽、1-丁基-3-甲基咪唑二氰胺鹽中的一種或多種；所述納米填料選自二氧化鈦、二氧化硅、石墨烯、邁克希的一種或多種。

14、作為優(yōu)選的實(shí)施方式，步驟(2)中，所述固態(tài)電解質(zhì)、粘結(jié)劑、離子液體和納米填料的質(zhì)量比為(20～99)：(0.5～60)：(0.4～20)：(0～5)。

15、作為優(yōu)選的實(shí)施方式，步驟(4)中，所述硅基負(fù)極選自硅氧、硅碳、硅納米線中的一種或多種；所述導(dǎo)電劑選自多壁碳納米管、單壁碳納米管、石墨烯、super-p中的一種或多種；所述粘結(jié)劑選自聚丙烯酸、聚丙烯腈、羧甲基纖維素、丁苯橡膠中的一種或多種。

16、作為優(yōu)選的實(shí)施方式，步驟(4)中，所述石墨、硅基負(fù)極、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑的質(zhì)量比為(1～96)：(1～96)：(0.1～5)：(1～5)。

17、作為優(yōu)選的實(shí)施方式，步驟(5)中，所述隔膜選自陶瓷單/雙面涂覆隔膜、固態(tài)電解質(zhì)單/雙面涂覆隔膜、單/雙面涂膠隔膜中的一種。

18、作為優(yōu)選的實(shí)施方式，步驟(3)中，所述第二漿料的涂層厚度為2-20μm。

19、作為優(yōu)選的實(shí)施方式，步驟(6)中，所述電解液占干電芯總重量的2-15％。

20、本發(fā)明的有益效果是：

21、1、本發(fā)明區(qū)別于傳統(tǒng)的半固態(tài)電池，無需采用原位固化策略，能夠避免原位固化存在的難以實(shí)現(xiàn)均勻聚合、高溫固化后自由基攻擊電芯活性材料導(dǎo)致的材料失效、內(nèi)阻增大及衰減快等問題。

22、2、本發(fā)明通過正極片雙層涂覆構(gòu)建了一種正極支撐式固態(tài)電解質(zhì)薄膜框架，其可以有效阻隔正極材料與液態(tài)電解質(zhì)之間的直接接觸，防止副反應(yīng)的發(fā)生，從而減少電池容量的損失。

23、3、本發(fā)明所構(gòu)建的一種正極支撐式固態(tài)電解質(zhì)薄膜框架，能夠在高電壓下保持穩(wěn)定性，可以改善材料的電壓窗口，從而提高整個(gè)電池的容量和能量密度。

24、4、本發(fā)明所構(gòu)建的一種正極支撐式固態(tài)電解質(zhì)薄膜框架，能夠改善電池的離子傳導(dǎo)性能，使得電池在低溫下也能保持良好的電化學(xué)性能。

25、5、本發(fā)明所構(gòu)建的一種正極支撐式固態(tài)電解質(zhì)薄膜框架，能夠減少電池在充放電過程中的體積變化，從而提高電池的循環(huán)穩(wěn)定性和壽命。

26、6、本發(fā)明的一種半固態(tài)鋰離子電池的制備方法，其正極支撐式固態(tài)電解質(zhì)薄膜框架工藝采用雙層涂布工藝，固態(tài)電解質(zhì)涂覆易于成型，操作方便，便于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。