本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)涉及一種自修復(fù)全固態(tài)硫化電極層及其制備方法與應(yīng)用，所述自修復(fù)全固態(tài)硫化電極層包括導(dǎo)電基底以及設(shè)置于導(dǎo)電基底的固態(tài)電解質(zhì)層；所述固態(tài)電解質(zhì)層的孔隙中填充有聚乙烯亞胺與聚乙烯吡咯烷酮。制備方法包括：孔隙中澆筑有聚乙烯亞胺與聚乙烯吡咯烷酮的電解質(zhì)層進(jìn)行熱壓處理，得到所述自修復(fù)全固態(tài)硫化電極層。所述聚乙烯亞胺與聚乙烯吡咯烷酮通過(guò)氫鍵的作用保證了電極層的自修復(fù)性能，解決了固態(tài)電解質(zhì)層開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)；且制備方法簡(jiǎn)單，并能夠保證電極層的導(dǎo)電性能。并能夠保證電極層的導(dǎo)電性能。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種自修復(fù)全固態(tài)硫化電極層及其制備方法和應(yīng)用
[0001]本專(zhuān)利技術(shù)屬于電池
，涉及一種全固態(tài)電極層，尤其涉及一種自修復(fù)全固態(tài)硫化電極層及其制備方法和應(yīng)用。
技術(shù)介紹
[0002]鋰離子電池是一種二次電池，主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)充放電工作。鋰離子電池的應(yīng)用范圍已經(jīng)從消費(fèi)電子產(chǎn)品、電動(dòng)工具的應(yīng)用，逐漸擴(kuò)展到新能源電動(dòng)汽車(chē)、電動(dòng)船舶、電動(dòng)飛機(jī)以及機(jī)器人等新型領(lǐng)域的應(yīng)用，這些領(lǐng)域不僅要求鋰離子電池具有更大的容量，對(duì)其能量密度也不斷提出更高的要求。
[0003]液態(tài)電池存在SEI層持續(xù)生長(zhǎng)、過(guò)渡金屬溶解、正極材料析氧、電解液氧化、析鋰、高溫失效以及體積膨脹等缺點(diǎn)。固態(tài)電池能夠同時(shí)解決上述缺點(diǎn)，固態(tài)電池的界面接觸主要是固固界面接觸，保證良好的界面接觸是保證電池性能的關(guān)鍵，但是固態(tài)電池使用過(guò)程中的巨大壓力伴隨著正負(fù)極材料的較大形變，電池一張一弛的效應(yīng)容易將電極層扯裂，從而造成電極層斷裂，造成正負(fù)極容量的不可逆損失。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
[0004]本專(zhuān)利技術(shù)的目的在于提供一種自修復(fù)全固態(tài)硫化電極層及其制備方法和應(yīng)用，所述自修復(fù)全固態(tài)硫化電極層具有自修復(fù)性，能夠避免固態(tài)電解質(zhì)層開(kāi)裂帶來(lái)的危險(xiǎn)；且所得自修復(fù)全固態(tài)硫化電極層具有優(yōu)良的電化學(xué)性能。
[0005]為達(dá)到此專(zhuān)利技術(shù)目的，本專(zhuān)利技術(shù)采用以下技術(shù)方案：
[0006]第一方面，本專(zhuān)利技術(shù)提供了一種自修復(fù)全固態(tài)硫化電極層，所述自修復(fù)全固態(tài)硫化電極層包括導(dǎo)電基底以及設(shè)置于導(dǎo)電基底的固態(tài)電解質(zhì)層；
[0007]所述固態(tài)電解質(zhì)層的孔隙中填充有聚乙烯亞胺與聚乙烯吡咯烷酮。
[0008]本專(zhuān)利技術(shù)所述導(dǎo)電基底包括銅箔、鋁箔、涂碳鋁箔或不銹鋼箔材中的至少一種。
[0009]由于固態(tài)電解質(zhì)層中的電解質(zhì)顆粒具有不規(guī)則形貌，傳統(tǒng)的干法或濕法很難保證電解質(zhì)顆粒與正極顆粒之間的緊密接觸。本專(zhuān)利技術(shù)在固態(tài)電解質(zhì)層的孔隙中填充聚乙烯亞胺(PEI)與聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，PEI與PVP可通過(guò)氫鍵的作用保證電極層的自修復(fù)性，解決了固態(tài)電解質(zhì)層開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)。
[0010]本專(zhuān)利技術(shù)所述聚乙烯亞胺的數(shù)均分子量為20000至100000，例如可以是20000、30000、40000、50000、60000、70000、80000、90000或100000，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其它未列舉的數(shù)值同樣適用，優(yōu)選為40000至60000。
[0011]本專(zhuān)利技術(shù)所述聚乙烯吡咯烷酮的數(shù)均分子量為1000至500000，例如可以是1000、5000、10000、50000、80000、100000、150000、200000、250000、300000、350000、400000、450000或500000，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其它未列舉的數(shù)值同樣適用。
[0012]優(yōu)選地，所述聚乙烯亞胺與聚乙烯吡咯烷酮的摩爾量之比為1.8:1至2.4:1，例如可以是1.8:1、1.9:1、2:1、2.1:1、2.2:1、2.3:1或2.4:1，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍
內(nèi)其它未列舉的數(shù)值同樣適用。
[0013]優(yōu)選地，所述固態(tài)電解質(zhì)層的孔隙率為5％至6.5％，例如可以是5％、5.1％、5.2％、5.3％、5.4％、5.5％、5.6％、5.7％、5.8％、5.9％、6％、6.1％、6.2％、6.3％、6.4％或6.5％，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其它未列舉的數(shù)值同樣適用。
[0014]第二方面，本專(zhuān)利技術(shù)提供了一種如第一方面所述的自修復(fù)全固態(tài)硫化電極層的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：
[0015]孔隙中澆筑有聚乙烯亞胺與聚乙烯吡咯烷酮的電解質(zhì)層進(jìn)行熱壓處理，得到所述自修復(fù)全固態(tài)硫化電極層。
[0016]由于電解質(zhì)顆粒的不規(guī)則形貌，常規(guī)的干法與濕法制備的電極層很難保證電解質(zhì)顆粒與正極顆粒的緊密接觸，本專(zhuān)利技術(shù)通過(guò)PEI與PVP的使用，將PEI與PVP澆筑于電解質(zhì)層的骨架孔隙中，利用PEI與PVP的氫鍵作用保證了材料的自修復(fù)性。在澆筑后進(jìn)行熱壓處理，則保證了所得自修復(fù)全固態(tài)硫化電極層的完整性和成膜性。
[0017]本專(zhuān)利技術(shù)所述制備方法在水≤0.1ppm、氧≤0.1ppm且二氧化碳≤0.1ppm的氬氣環(huán)境手套箱中進(jìn)行；制備方法所用材料的含水量≤10ppm。
[0018]優(yōu)選地，所述澆筑包括如下步驟：使用聚乙烯亞胺與聚乙烯吡咯烷酮的醇溶液進(jìn)行澆筑，真空干燥去除醇溶劑。
[0019]優(yōu)選地，所述澆筑滿足以下條件(a)至(b)中的任意一個(gè)：
[0020](a)所述醇溶液的固含量為30％至40％，例如可以是30％、32％、35％、36％、38％或40％，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其它未列舉的數(shù)值同樣適用。
[0021]所述醇溶液的固含量過(guò)低時(shí)，固態(tài)電解質(zhì)層中的聚乙烯亞胺與聚乙烯吡咯烷酮的含量較少，相對(duì)溶劑含量過(guò)大，所得固態(tài)電解質(zhì)層中的孔隙率較大，不利于電子傳導(dǎo)與離子傳導(dǎo)；所述醇溶液的固含量較高時(shí)，醇溶液過(guò)于黏稠，澆筑難度較大。
[0022]本專(zhuān)利技術(shù)所述澆筑時(shí)所用醇溶液的體積為電解質(zhì)層中的孔隙體積，由電解質(zhì)層的體積與孔隙率的乘積所得。
[0023](b)所述醇溶劑包括甲醇和/或乙醇。
[0024](c)所述真空干燥的溫度為80℃至100℃，例如可以是80℃、82℃、85℃、88℃、90℃、92℃、95℃、96℃、98℃或100℃，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其它未列舉的數(shù)值同樣適用。
[0025](d)所述真空干燥的時(shí)間為10h以上，例如可以是10h、11h、12h、14h、15h、16h或18h，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其它未列舉的數(shù)值同樣適用。
[0026]優(yōu)選地，所述熱壓處理滿足以下條件(e)至(i)中的任意一個(gè)：
[0027](e)所述熱壓處理的方法包括溫等靜壓。
[0028]本專(zhuān)利技術(shù)所述澆筑時(shí)存在溶劑的揮發(fā)，溶劑揮發(fā)存在造成電解質(zhì)層收縮并產(chǎn)生空隙的缺陷，通過(guò)熱壓處理能夠保證所得自修復(fù)全固態(tài)硫化電極層的完整性和成膜性。
[0029](f)所述熱壓處理的壓力為420MPa至480MPa，例如可以是420MPa、430MPa、440MPa、450MPa、460MPa、470MPa或480MPa，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其它未列舉的數(shù)值同樣適用。
[0030](g)所述熱壓處理的時(shí)間為100min至150min，例如可以是100min、110min、120min、130min、140min或150min，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其它未列舉的數(shù)值同樣適
用。
[0031](i)所述熱壓處理的溫度為80℃至90℃，例如可以是80℃、82℃、84℃、85℃、86℃、88℃或90℃，但不限于所列舉的數(shù)值，數(shù)值范圍內(nèi)其它未列舉的數(shù)值同樣適用。
[0032]優(yōu)選地，所述電解質(zhì)層的制備原料中包括無(wú)機(jī)造孔劑。
[0033]優(yōu)選地，本專(zhuān)利技術(shù)所述無(wú)機(jī)造孔劑的粒徑D50為1μm至15μm，例如可以是1本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
【技術(shù)特征摘要】
1.一種自修復(fù)全固態(tài)硫化電極層，其特征在于，所述自修復(fù)全固態(tài)硫化電極層包括導(dǎo)電基底以及設(shè)置于導(dǎo)電基底的固態(tài)電解質(zhì)層；所述固態(tài)電解質(zhì)層的孔隙中填充有聚乙烯亞胺與聚乙烯吡咯烷酮。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自修復(fù)全固態(tài)硫化電極層，其特征在于，所述聚乙烯亞胺與聚乙烯吡咯烷酮的摩爾量之比為1.8:1至2.4:1。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的自修復(fù)全固態(tài)硫化電極層，其特征在于，所述固態(tài)電解質(zhì)層的孔隙率為5％至6.5％。4.一種如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的自修復(fù)全固態(tài)硫化電極層的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟：孔隙中澆筑有聚乙烯亞胺與聚乙烯吡咯烷酮的電解質(zhì)層進(jìn)行熱壓處理，得到所述自修復(fù)全固態(tài)硫化電極層。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述澆筑包括如下步驟：使用聚乙烯亞胺與聚乙烯吡咯烷酮的醇溶液進(jìn)行澆筑，真空干燥去除醇溶劑。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述澆筑滿足...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：呂文彬，余樂(lè)，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：遠(yuǎn)景睿泰動(dòng)力技術(shù)上海有限公司，
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