一种原位聚合固态锂离子电池及其制备方法

本发明涉及锂电池，具体为一种原位聚合固态锂离子电池及其制备方法。

背景技术：

1、随着新能源领域的不断发展，锂离子电池的应用又步入一个新的台阶。根据中国工业和信息化部发布的《2022年全国锂离子电池行业运行情况》，锂离子电池产量已达750gwh，同比增长超过130％，产业规模进一步扩大。

2、与此同时，行业对电池的能量密度、安全性能要求越来越高。根据gb 3836.4-2010标准要求，在爆炸性环境中使用的电芯需满足短路测试不起火、不爆炸、不漏液要求。常规液态电解质锂离子电池本安短路测试存在漏液风险，使用固态电解质可以完全避免在短路测试中产生漏液，但目前固态电解质原位聚合工艺仍不成熟，目前原位聚合工艺仍有封边不良、聚合效果不稳定、电芯循环性能不佳等问题。

3、专利号为202211505924.8的中国发明专利《一种原位聚合半固态电池的制备方法》中采用二次注液方式进行原位聚合，此方案仍可能存在封边不稳定、工艺冗杂等可进一步优化的地方。有鉴于此，本方案采用一次注液，通过抽气封口调控电芯内含氧量，进而控制电解液原位聚合过程进行，解决液态电解液锂离子电池漏液、固态锂离子电池固化不完全、固化效果不一致、固化程度不可控等问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种原位聚合固态锂离子电池及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的目前在液态电解液锂离子电池漏液、固态锂离子电池固化不完全、固化效果不一致、固化程度不可控等问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种原位聚合固态锂离子电池，包括依次设置的铝塑膜、正极极片、负极极片、隔膜、固态电解质、铝转铜镀镍正极极耳、铜镀镍负极极耳。

3、作为一种优选的技术方案，固态电解液的引发剂包括但不限于偶氮二异丁腈(aibn)、过氧化二苯甲酰胺(bpo)中的一种或几种，交联剂包括但不限于n，n二甲基丙烯酰胺(dmaa)、n,n'-亚甲基双丙烯酰胺(mba)、四乙二醇二甲醚(tegdme)、四甘醇二甲基丙烯酸酯(tegdma)一种或几种。

4、作为一种优选的技术方案，交联剂的添加量为2％～5％。

5、作为一种优选的技术方案，交联剂的添加量为3％。

6、一种原位聚合固态锂离子电池制备方法，包括以下步骤：

7、步骤s1：使用常规软包叠片电芯装配工艺制成干电芯；

8、步骤s2：将步骤s1得到的干电芯注液并抽气封口，保持真空度50～70kpa，气囊袋宽度≥60mm的状态在常温下浸润3天；

9、步骤s3：抽气封口；

10、步骤s4：对电芯进行一次原位聚合，聚合时间1～3小时；

11、步骤s5：梯度充电电流化成；

12、步骤s6：抽气封口；真空度≥90kpa，去除气囊袋；

13、步骤s7：在温度60～70℃下进行二次原位聚合，聚合时间4～8小时；

14、步骤s8：电芯整形。

15、作为一种优选的技术方案，步骤s3中，抽气封口就的真空度≥90kpa，保留部分气囊袋并使得气囊袋宽度≥30mm。

16、作为一种优选的技术方案，步骤s4中，在温度45～55℃，面压力0.01mpa/cm2下对电芯进行一次原位聚合。

17、作为一种优选的技术方案，步骤s5中，在温度45～55℃，面压力0.01mpa/cm2下对电芯进行一次原位聚合。

18、作为一种优选的技术方案，在温度45～55℃，面压力0.02mpa/cm2下，梯度充电电流为0.05c～0.1c～0.5c。

19、作为一种优选的技术方案，步骤s8中在面压力0.01mpa/cm2下进行1min电芯整形。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

21、本方案的一种原位聚合固态锂离子电池及其制备方法通过调控电芯内部含氧量，进而控制原位聚合过程的发生，研发出了一种出封边稳定、聚合效果一致的固态锂离子电池工艺。在常规软包叠片电池工艺基础上，通过二封机调控电芯内氧气含量，进而控制电解液原位聚合过程进行。

技术特征：

1.一种原位聚合固态锂离子电池，其特征在于，包括依次设置的铝塑膜、正极极片、负极极片、隔膜、固态电解质、铝转铜镀镍正极极耳、铜镀镍负极极耳。

2.根据权利要求1所述的一种原位聚合固态锂离子电池，其特征在于，所述固态电解液的引发剂包括但不限于偶氮二异丁腈(aibn)、过氧化二苯甲酰胺(bpo)中的一种或几种，交联剂包括但不限于n，n二甲基丙烯酰胺(dmaa)、n,n'-亚甲基双丙烯酰胺(mba)、四乙二醇二甲醚(tegdme)、四甘醇二甲基丙烯酸酯(tegdma)一种或几种。

3.根据权利要求2所述的一种原位聚合固态锂离子电池，其特征在于，所述交联剂的添加量为2％～5％。

4.根据权利要求1所述的一种原位聚合固态锂离子电池，其特征在于，所述所述交联剂的添加量为3％。

5.一种原位聚合固态锂离子电池制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种原位聚合固态锂离子电池制备方法，其特征在于，所述步骤s3中，抽气封口就的真空度≥90kpa，保留部分气囊袋并使得气囊袋宽度≥30mm。

7.根据权利要求5所述的一种原位聚合固态锂离子电池制备方法，其特征在于，所述步骤s4中，在温度45～55℃，面压力0.01mpa/cm2下对电芯进行一次原位聚合。

8.根据权利要求5所述的一种原位聚合固态锂离子电池制备方法，其特征在于，所述步骤s5中，在温度45～55℃，面压力0.01mpa/cm2下对电芯进行一次原位聚合。

9.根据权利要求5所述的一种原位聚合固态锂离子电池制备方法，其特征在于，所述在温度45～55℃，面压力0.02mpa/cm2下，梯度充电电流为0.05c～0.1c～0.5c。

10.根据权利要求5所述的一种原位聚合固态锂离子电池制备方法，其特征在于，所述步骤s8中在面压力0.01mpa/cm2下进行1min电芯整形。

技术总结
本发明公开了一种原位聚合固态锂离子电池，包括依次设置的铝塑膜、正极极片、负极极片、隔膜、固态电解质、铝转铜镀镍正极极耳、铜镀镍负极极耳，同时公开了相应的原位聚合固态锂离子电池制备方法,通过调控电芯内部含氧量，进而控制原位聚合过程的发生，研发出了一种封边稳定、聚合效果一致的固态锂离子电池工艺。在常规软包叠片电池工艺基础上，通过二次抽真空工艺调控电芯内各个阶段氧气含量，进而控制电解液原位聚合过程进行,解决目前在液态电解液锂离子电池漏液、固态锂离子电池固化不完全、固化效果不一致、固化程度不可控、聚合后产物影响封装等问题。

技术研发人员：周钢,梁喜杰
受保护的技术使用者：东莞理工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17