一种固态锂电池及其制备方法和涉电设备与流程

本发明涉及锂电池，具体而言，涉及一种固态锂电池及其制备方法和涉电设备。

背景技术：

1、锂离子电池因其卓越的性能，如低自放电率、高能量密度和无记忆效应，在众多领域内得到了广泛应用，特别是在电动汽车和便携式电子设备中扮演着至关重要的角色。随着技术的进步和市场需求的增长，锂离子电池在储能和能量转换领域的应用也日益增多。然而，随着应用领域的扩展，对电池的能量密度和安全性要求也越来越高，这促使科研人员不断探索和改进现有锂离子电池技术。

2、现有的锂离子电池技术主要依赖于液态有机电解质，这种电解质虽然能够提供良好的离子导电性，但也存在一些难以忽视的问题。首先，液态电解质的挥发性和易燃性使得电池在遭受撞击或损坏时存在燃烧和爆炸的风险。其次，锂枝晶的生长问题也是液态电解质电池的一个重大安全隐患，因为这些枝晶可能会穿透电池的隔膜，引起正负极短路，导致电池性能下降甚至发生安全事故。此外，液态电解质在高电压下的应用受到限制，这限制了电池能量密度的进一步提升。

3、为了克服液态电解质的局限性，固态电解质技术应运而生。固态电解质具有更高的热稳定性和化学稳定性，可以有效避免液态电解质的泄漏、挥发和易燃问题，显著提高了电池的安全性。复合固态电解质通过结合无机固态电解质和聚合物基体，不仅继承了固态电解质的高安全性，还通过优化电解质的组成和结构，提高了离子导电性，使得固态电池在保持安全性的同时也能具备较高的能量密度。

4、尽管固态电池技术展现出了巨大的潜力，但在实际应用中仍面临着一些挑战。首先，固态电解质的导电率普遍低于液态电解质，这导致了电池内阻的增加，影响了电池的功率输出和充放电效率。其次，固态电池中的固-固界面接触问题也是一个难题。在充放电过程中，电极材料的体积膨胀和收缩可能导致与固态电解质之间的接触变差，从而影响电池的长期稳定性和循环寿命。此外，锂枝晶的生长和断裂问题在固态电池中依然存在，可能会导致电池容量的下降。金属锂的循环过程中出现的多孔和体积膨胀问题也需要进一步解决。最后，固态电解质的成本相对较高，这可能会增加固态电池的整体制造成本，影响其在市场上的竞争力。

5、综上所述，尽管固态电池技术在安全性和能量密度方面展现出了明显的优势，但其在导电性、界面稳定性、锂枝晶控制、体积膨胀和成本控制等方面仍存在一些挑战。这些问题的解决需要材料科学、电化学和制造工艺等领域的进一步研究和创新。

技术实现思路

1、本发明的第一目的在于提供一种固态锂电池及其制备方法和涉电设备，所述的制备方法具有提高了电池的离子电导率，降低了内阻并提升了充放电效率等优点。

2、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种固态锂电池的制备方法，包括：

4、分别制备正极极片、负极极片和复合固态电解质膜；其中，所述正极极片中的正极材料为三元正极材料；所述正极材料的颗粒表面包覆有纳米氧化物固态电解质粉体；并且，制备所述正极极片的正极浆料和制备所述负极极片的负极浆料均中添加有所述纳米氧化物固态电解质粉体；

5、所述复合固态电解质膜，是通过将聚合物单体、有机锂盐添加剂和所述纳米氧化物固态电解质粉体，加入到有机溶剂中混合溶解并制备成膜；

6、所述纳米氧化物固态电解质粉体与所述氧化物固态电解质。

7、将所述正极极片、所述负极极片和所述复合固态电解质膜装配成干电芯；

8、在所述干电芯中注入电解液，经封口、热压化成、老化和分容后即得到所述固态锂电池；

9、在可选的实施方式中，所述复合固态电解质膜的厚度为10μm～20μm；

10、在可选的实施方式中，所述正极极片和所述负极极片在制备时，所述正极极片的正极浆料，以及所述负极极片的负极浆料中，均添加有1wt％～5wt％的所述纳米氧化物固态电解质粉体；

11、在可选的实施方式中，所述正极材料的颗粒表面包覆的所述纳米氧化物固态电解质粉体的厚度为10nm～100nm。

12、在可选的实施方式中，所述三元正极材料包括lini0.8co0.1mn0.1o2、lini0.5co0.2mn0.3o2、lini0.33co0.33mn0.33o2、lini0.4co0.3mn0.3o2、lini0.6co0.2mn0.2o2、lini0.7co0.2mn0.1o2、lianixcoymnzo2、lifepo、limn2o4和licoo2中的至少一种；

13、其中，lianixcoymnzo2中a、x、y和z的取值范围如下：0≤a≤1.1；0.8≤x≤0.98；0.01≤y≤0.2；0.01≤z≤0.2；x+y+z＝1。

14、在可选的实施方式中，所述纳米氧化物固态电解质粉体包括如下固态电解质中的至少一种：

15、a：li1+xalxti2-x(po4)3，x＝0～0.6；

16、b：ta掺杂的llzo，li7-xla3zr2-xtaxo12，x＝0～2；

17、c：nb掺杂的llzo，li7-xla3zr2-xnbxo12，x＝0～0.6；

18、d：ga掺杂的llzo，li7-3xgaxla3zr2o12，x＝0～0.6；

19、e：nasicon型li1.5al0.5ge1.5p3o12固态电解质；

20、f：li1+xta2p1-xsixo8，x＝0～1。

21、在可选的实施方式中，所述聚合物单体包括peo、pan、pmma、pvdc、pvdf和pvdf-hfp中的至少一种。

22、在可选的实施方式中，所述聚合物单体与所述锂盐添加剂的质量比为(1～5):1；

23、加入到所述有机溶剂中的所述聚合物单体和所述锂盐添加剂占所述有机溶剂总质量的10％～15％；

24、在可选的实施方式中，所述锂盐添加剂包括lifsi和litfsi中的至少一种；

25、在可选的实施方式中，所述锂盐添加剂的浓度为0.1m～1m；

26、在可选的实施方式中，所述有机溶剂包括乙腈、n,n-二甲基甲酰胺和n-甲基吡咯烷酮中的至少一种。

27、在可选的实施方式中，所述步骤在所述干电芯中注入电解液，包括：

28、将所述电解液注入至所述干电芯中，直至所述干电芯完全浸润界面；

29、在可选的实施方式中，所述电解液的注液系数不超过0.5g/ah；

30、在可选的实施方式中，所述电解液浸润的温度维持在15℃～45℃；

31、在可选的实施方式中，所述电解液浸润的时间不少于48小时；

32、在可选的实施方式中，所述电解液浸润时，环境露点控制在-45℃～-65℃之间，真空度控制在-98kpa～-2kpa。

33、在可选的实施方式中，所述负极极片中的负极材料包括石墨、硅碳材料和锂金属中的至少一种。

34、在可选的实施方式中，所述热压化成，是在充电电流0.01c～0.5c，充电时间为30分钟～200分钟的条件下，一直充电到电压达到额定电压；

35、所述老化的条件包括：老化温度为25℃～45℃，老化时间为12小时～72小时。

36、第二方面，本发明提供一种固态锂电池，通过如前述实施方式任一项所述的固态锂电池的制备方法制备而成。

37、第三方面，本发明提供一种涉电设备，包括如前述实施方式所述的固态锂电池。

38、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

39、本发明提供的固态锂电池制备方法通过在正极材料的颗粒表面包覆纳米氧化物固态电解质粉体，并在正负极浆料中均添加纳米氧化物固态电解质粉体，实现了从“点”到“面”的电解质与电极材料的原子级接触，显著增加了电芯内部的离子导电网络通道，从而大幅提高了聚合物固态电解质的离子电导率。这种结构优化有助于降低电池的内阻，提升充放电效率。同时，通过在复合固态电解质膜的制备中引入聚合物单体和有机锂盐添加剂，增强了电极与电解质之间的接触，提高了电池的电化学性能和循环稳定性。此外，复合固态电解质膜的使用提供了更好的化学和热稳定性，显著降低了电池发生泄漏、燃烧或爆炸的风险，提升了电池的安全性。该方法的创新性设计不仅优化了电池的结构，还有助于简化制造工艺，提高生产效率，推动固态电池技术的发展，满足市场对高性能、高安全性电池的需求。