本发明涉及锂电池,具体涉及一种提升高面载量全固态电芯循环性能的方法。
背景技术:
1、目前,固态电池采用不可燃的固态电解质替换了可燃性的有机液态电解质,大幅提升了电池系统的安全性,实现能量密度同步提升。并且,固态电解质毒性小、温度适应范围宽、不可燃,也大幅提升电池的电化学性能,其应用领域不断得到拓展,进而固态电解质及全固态电池发展已成为目前的研究热点。
2、然而,现有技术中,固态电池还存着电池内阻较大,电解质颗粒分散性较差,进而影响电芯循环性能。例如,公开号为cn117542960a的中国发明专利申请公开了一种复合正极极片及其制备方法与应用,该方法通过卤化物添加剂提高正极极片的压实密度,提升复合正极极片的锂离子传导能力。然而,该方法单纯使用卤化物作为复合正极导离子添加剂无法满足大面容量正极(>5mah/cm2,极片厚度>150μm)的对于离子电导率和粒径匹配的要求,导致复合正极内部孔隙增加,进而增加电芯内阻,进而影响电芯循环性能。
3、另外,公开号为cn115602914a的中国发明专利公开了一种硫化物固态电解质薄膜的制备方法。该方法是将硫化物电解质分散在非极性溶剂正庚烷中,加入粘结剂形成硫化物电解质的悬浮液。然而,如果电解质为硫化物电解质与卤化物电解质的混合物时,电解质的粒径通常分布较广,该方法单纯使用非极性溶剂会导致电解质颗粒分散性较差,影响最终导离子添加剂的导离子效果,进而影响电芯循环性能。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种提升高面载量全固态电芯循环性能的方法,该方法能使得电芯内阻较低,电解质的分散性较好,进而提升电芯循环性能。
2、为实现上述发明的目的,本发明采用的技术方案如下:
3、本发明提供一种提升高面载量全固态电芯循环性能的方法,包括以下步骤:
4、s1、将卤化物电解质与硫化物电解质进行初步混合,得到第一混合物;
5、s2、将非极性溶剂与极性溶剂进行初步混合,得到混合溶剂;
6、s3、将s1得到的第一混合物投入到s2得到的混合溶剂中进行球磨;
7、s4、球磨完成后对球磨物质进行真空烘干与球料分离,得到第二混合物;
8、s5、将第二混合物与正极活性物质、导电剂与粘结剂进行混合,得到第三混合物,并将第三混合物制成正极片,并将该正极片组装全固态电芯。
9、本发明的一种提升高面载量全固态电芯循环性能的方法,采用卤化物电解质与硫化物电解质作为复合电解质,使得正极片的离子电导率得到显著提升,另外,采用非极性溶剂与极性溶剂混合后作为混合溶剂,并且配合采用湿法混合卤化物电解质与硫化物电解质并进行球磨混合,能使得电解质颗粒的分散性更好。因此,由本发明制得的复合正极组装的全固态电芯电压极化减轻,循环性能得到提升。
10、进一步的,所述卤化物电解质与硫化物电解质的质量比为(0.1~3):(7~9.5)。优选的,卤化物电解质与硫化物电解质的质量比为(0.5~2):(8~9.5)。
11、进一步的,所述卤化物电解质的化学式为liambxc,其中m为金属元素,包括sc、y、la、ho、er、tm、yb、lu、al、ga、in、tl、fe中的一种或两种以上元素;x为非金属元素f,cl,br,i,at,o,s,se,te中的一种或两种以上;其中,0<a≤5,0<b≤3,0<c≤10;
12、和/或
13、所述卤化物电解质粒径分布为500nm~50μm,所述卤化物电解质d50粒径为800nm~3μm。进一步优选的,所述卤化物电解质d50粒径为1μm~2μm。在优选粒径下,卤化物与正极其他物质的粒径匹配达到最优。
14、进一步的,所述卤化物电解质为li3sccl6、li2sc2/3cl4、li2in1/3sc1/3cl4、li2.25zr0.75fe0.25cl6、li2.7zr0.3in0.7cl6、li2zrcl6、li2zrbr6、li3incl6、li3inbr6中的一种或两种以上的组合。进一步优选的,卤化物电解质为li3incl6或li2zrcl6。
15、进一步的,所述硫化物电解质为li6-ips5-iq1+i、li10cgp2s12、(100-x)li2s—xp2s5中的一种或两种以上的组合物;
16、其中,其中q为非金属元素f,cl,br,i中的一种或两种以上,1≤i≤2;cg为碳族元素si、ge、sn中的一种或两种以上;10≤x≤50;
17、和/或
18、所述硫化物电解质粒径分布为500nm~50μm,所述硫化物电解质d50粒径为1μm~10μm。优选的,所述硫化物电解质d50粒径为3μm~7μm。在优选粒径下,硫化物与正极其余物质的粒径匹配达到最优。
19、进一步的,所述硫化物电解质为li6ps5cl。
20、进一步的,所述非极性溶剂与极性溶剂的体积比为100:(1~5);优选的,所述非极性溶剂与极性溶剂的体积比为100:2;和/或
21、所述第二混合物的固含量为50%~70%。优选的,所述第二混合物的固含量为55%~58%。
22、其中,在上述非极性溶剂与极性溶剂的体积比与第二混合物的固含量范围内,可以达到电解质颗粒的分散性能最优,同时不过度损害固态电解质本身优异的导电性能。
23、进一步的,所述非极性溶剂为正戊烷、异戊烷、环戊烷、己烷、环己烷、正庚烷、异辛烷、甲苯、对二甲苯、四氯化碳或石油醚中的一种或两种以上的组合物;和/或
24、所述极性溶剂为异丁醇、二氯甲烷、2-溴丁酸甲酯、乙酸丁酯、乙酸苄酯、乙酸乙酯、异丙醇、氯仿、异丁酸异丁酯、异丁酸丁酯、吡啶、乙酸、乙腈、丁酸丁酯、n,n-二甲基甲酰胺、乙二醇、丁酸己酯或乙酸辛酯中的一种或两种以上的组合物。
25、进一步的,所述s3步骤中,将s1得到的第一混合物投入到s2得到的混合溶剂中并投放球磨珠进行球磨。
26、进一步的,所述球磨的球料比为(1~40):1;所述球磨珠的直径1mm~20mm;所述球磨的转速100rpm~600rpm;所述球磨的时间0.5h~6h。
27、优选的,球料比为(10~20):1,球磨珠直径为2mm~5mm,球磨转速300rpm~500rpm,球磨时间1h~2h。在该球磨参数下,可以达到电解质颗粒间的充分混合,同时不会因为球磨能量过高而导致电解质颗粒破坏。
28、相比现有技术,本发明的有益效果在于:
29、(1)本发明的一种提升高面载量全固态电芯循环性能的方法,采用卤化物电解质与硫化物电解质作为复合电解质,使得正极片的离子电导率得到显著提升,复合电解质的离子电导率σ≥3ms/cm。另外,采用非极性溶剂与极性溶剂混合后作为混合溶剂,并且配合采用湿法混合卤化物电解质与硫化物电解质并进行球磨混合,能使得电解质颗粒的分散性更好,实现了卤化物电解质与硫化物电解质的充分混合。因此,由本发明制得的复合正极组装的全固态电芯电压极化减轻,循环性能得到提升。
30、(2)本发明的一种提升高面载量全固态电芯循环性能的方法,具有条件温和,环保安全,方法简单,能够适合于大规模生产的特点。
1.一种提升高面载量全固态电芯循环性能的方法,其特征在于,包括以下步骤:
2.如权利要求1所述的一种提升高面载量全固态电芯循环性能的方法,其特征在于,所述卤化物电解质与硫化物电解质的质量比为(0.1~3):(7~9.5)。
3.如权利要求1所述的一种提升高面载量全固态电芯循环性能的方法,其特征在于,所述卤化物电解质的化学式为liambxc,其中m为金属元素,包括sc、y、la、ho、er、tm、yb、lu、al、ga、in、tl、fe中的一种或两种以上元素;x为非金属元素f,cl,br,i,at,o,s,se,te中的一种或两种以上;其中,0<a≤5,0<b≤3,0<c≤10;和/或
4.如权利要求3所述的一种提升高面载量全固态电芯循环性能的方法,其特征在于,所述卤化物电解质为li3sccl6、li2sc2/3cl4、li2in1/3sc1/3cl4、li2.25zr0.75fe0.25cl6、li2.7zr0.3in0.7cl6、li2zrcl6、li2zrbr6、li3incl6、li3inbr6中的一种或两种以上的组合。
5.如权利要求1所述的一种提升高面载量全固态电芯循环性能的方法,其特征在于,所述硫化物电解质为li6-ips5-iq1+i、li10cgp2s12、(100-x)li2s—xp2s5中的一种或两种以上的组合物;
6.如权利要求5所述的一种提升高面载量全固态电芯循环性能的方法,其特征在于,所述硫化物电解质为li6ps5cl。
7.如权利要求1所述的一种提升高面载量全固态电芯循环性能的方法,其特征在于,所述非极性溶剂与极性溶剂的体积比为100:(1~5);和/或
8.如权利要求1所述的一种提升高面载量全固态电芯循环性能的方法,其特征在于,所述非极性溶剂为正戊烷、异戊烷、环戊烷、己烷、环己烷、正庚烷、异辛烷、甲苯、对二甲苯、四氯化碳或石油醚中的一种或两种以上的组合物;和/或
9.如权利要求1所述的一种提升高面载量全固态电芯循环性能的方法,其特征在于,所述s3步骤中,将s1得到的第一混合物投入到s2得到的混合溶剂中并投放球磨珠进行球磨。
10.如权利要求9所述的一种提升高面载量全固态电芯循环性能的方法,其特征在于,所述球磨的球料比为(1~40):1;