一种半固态电池及其原位固化的方法与流程

本发明涉及锂电池领域，特别是涉及一种半固态电池及其原位固化的方法。

背景技术：

1、锂离子电池作为商业化的二次电池，具有工作电压高、循环寿命长、高比能量密度等优点，目前已广泛应用于电动汽车、3c电子、航空航天等领域。随着先进技术的不断发展以及对高能量密度储能系统需求的日益增加，开发高能量密度锂离子电池已成为研究的热点。

2、商业锂离子电池很大程度依赖液态有机碳酸酯作为电解质，其成分主要有碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯等。然而，碳酸酯电解液体系具有挥发性和易燃性，在电池充放电过程容易引发安全问题，固态聚合物电解质(sse)是提升电池高安全、高电压窗口的有效策略。传统的固化方法有光热聚合法、浆料涂敷法和热压法等，但是这些方法制备的固态电解质的操作复杂，同时sse与电极之间的接触不足导致离子电导率低和界面电阻大等问题阻碍着固态电解质的发展。

3、电解液在电池内部原位固化成固态或半固态电解质作为一种简单易行的方法可改善固态电解质的界面问题，有效降低界面电阻。然而，如何在电池内部原位形成优质的固态或半固态电解质，来显著提升锂离子正极材料结构稳定性以及电池的循环性能尚待研究。

技术实现思路

1、为了改善现有技术的不足，本发明的目的是提供一种半固态电池及其原位固化的方法。所述半固态电池具有较好的界面相容性，这可以提高半固态电池的离子导电性，保持正极材料的稳定性，从而促使半固态电池展现出优异的倍率性能和循环性能，此外还能提高电池的安全性。所述原位固化的方法简单有效。

2、本发明目的是通过如下技术方案实现的：

3、一种电池，所述电池包括正极片、负极片、隔膜和电解液；所述电解液包括5-三氟甲基吡啶-三甲基硼酸锂(litfmp)；所述隔膜包括隔膜基材和设置在隔膜基材至少一侧表面的导电碳层。

4、本发明的有益效果：

5、本发明提供了一种半固态电池及其原位固化的方法。本发明使用5-三氟甲基吡啶-三甲基硼酸锂(litfmp)作为双功能电解液添加剂，所述添加剂在过渡金属离子的作用下发生断键反应，分解为5-三氟甲基吡啶-2-氧基阴离子(tfp-)及硼酸三甲酯(tmb)，tmb作为正极成膜添加剂优先在正极活性物质表面聚合形成均匀致密的保护膜，钝化正极，抑制电解液在正极上的持续氧化沉积，构筑低阻抗的界面膜，并在后续抑制hf的生成，提升正极材料的稳定性。tmb还能够与pf6-形成较强的结合作用，并进一步结合f-抑制hf的生成，从而减少过渡金属离子的溶出。在此基础上，含有导电碳层的隔膜为碳酸酯类溶剂的间接氧化聚合提供大量反应场所，tfp-发生氧化反应生成tfp，其可以作为引发剂间接持续氧化碳酸酯类溶剂，并在含有导电碳层的隔膜表面形成聚合物，使电解液半固化，固化后的电解液相比液态能够减少界面副反应的发生，抑制碳酸酯类溶剂的逐步分解成小分子气体。本发明的原位固化的方法能够有效改善界面相容性，提高电池的离子导电性，保持正极材料的稳定性，从而促使锂离子电池展现出优异的倍率性能和循环性能，还能提高电池的安全性。

技术特征：

1.一种电池，所述电池包括正极片、负极片、隔膜和电解液；所述电解液包括5-三氟甲基吡啶-三甲基硼酸锂(litfmp)；所述隔膜包括隔膜基材和设置在隔膜基材至少一侧表面的导电碳层。

2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述5-三氟甲基吡啶-三甲基硼酸锂(litfmp)的质量占电解液总质量的质量百分数为0.2～5.0％。

3.根据权利要求1或2所述的电池，其特征在于，所述电解液还包括锂盐和碳酸酯类溶剂；

4.根据权利要求1-3任一项所述的电池，其特征在于，所述隔膜基材选自聚乙烯和/或聚丙烯；

5.根据权利要求4所述的电池，其特征在于，所述导电材料选自导电炭黑、乙炔黑、科琴黑、导电石墨、导电碳纤维、碳纳米管、金属粉、碳纤维中的至少一种；

6.一种半固态电池，其中，所述半固态电池是电解液经过原位固化形成的，所述电解液包括5-三氟甲基吡啶-三甲基硼酸锂(litfmp)。

7.根据权利要求6所述的半固体电池，其特征在于，所述5-三氟甲基吡啶-三甲基硼酸锂(litfmp)的质量占电解液总质量的质量百分数为0.2～5.0％。

8.根据权利要求6或7所述的半固体电池，其特征在于，所述电解液还包括锂盐和碳酸酯类溶剂；

9.根据权利要求6-8任一项所述的半固体电池，其特征在于，所述半固态电池还包括隔膜，所述隔膜包括隔膜基材和设置在隔膜基材至少一侧表面的导电碳层。

10.根据权利要求6-9任一项所述的半固体电池，其特征在于，所述隔膜基材选自聚乙烯和/或聚丙烯；

技术总结
本发明提供了一种半固态电池及其原位固化的方法。本发明使用5‑三氟甲基吡啶‑三甲基硼酸锂(LiTFMP)作为双功能电解液添加剂，所述添加剂在过渡金属离子的作用下发生断键反应，分解为5‑三氟甲基吡啶‑2‑氧基阴离子(TFP<supgt;‑</supgt;)及硼酸三甲酯(TMB)，TMB作为正极成膜添加剂优先在正极活性物质表面聚合形成均匀致密的保护膜，钝化正极，抑制电解液在正极上的持续氧化沉积，构筑低阻抗的界面膜，并在后续抑制HF的生成，提升正极材料的稳定性。本发明的原位固化的方法能够有效改善界面相容性，提高电池的离子导电性，保持正极材料的稳定性，从而促使锂离子电池展现出优异的倍率性能和循环性能，还能提高电池的安全性。

技术研发人员：夏志勇,谢张雅婷,李旭仙,王海,赵伟
受保护的技术使用者：珠海冠宇电池股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15