1.一种基于原位固化的高压锂金属电池的制备方法,包括以下步骤:
步骤1、采用流延法制备高压正极:
1.1、按重量份数计,称量180‑200 份氮甲基吡咯烷酮、8‑10份聚偏氟乙烯粘结剂加入搅拌机中,搅拌速率1500‑2000 r/min 搅拌1‑2h得到PVDF溶液;
1.2、向步骤1.1得到的溶液中加入8‑10份导电炭黑继续以1500‑2000 r/min的转速搅拌1‑2 h;
1.3、向步骤1.2得到的混合液中加入60‑80份高压正极活性物质,继续以1500‑2000 r/min的转速搅拌2‑3h,得到浆料;
1.4、将步骤1.3得到的浆料进行真空除泡、纱布过滤后,通过涂布机在铝箔上进行涂覆,涂覆厚度为60‑200μm,烘干温度为100‑140℃,涂布完成后在真空烘箱70‑90 ℃中干燥
18‑30h,再进行辊压得到高压正极,使用时进行裁切得到正极;
步骤2、含陶瓷复合聚合物保护层的改性高压正极的制备:
2.1、将第一锂盐溶解在第一单体中,450‑550 r/min搅拌1.5‑3 h,形成0.8‑2 M锂盐溶液;
2.2、向锂盐溶液中加入5‑20份过筛的纳米陶瓷颗粒,先450‑550 r/min搅拌1.5‑3h,再超声分散1‑3次,每次20‑40 min,得到悬浮液;然后,加入0.2‑1 份的热引发剂搅拌20‑40 min得到均质前驱体固化液;
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2.3、将步骤2.2中的固化液以0.67‑4μL/cm滴加在高压正极表面,静置1‑5 min后立马在100‑140 ℃下进行原位固化0.5‑2 h,热引发剂形成自由基引发第一单体原位聚合,最终形成一层含纳米陶瓷颗粒的复合聚合物保护层,即得到改性高压正极;
步骤3、原位固态聚合物电解质的制备:
3.1、将20‑40份的第二单体和5‑10份的交联剂混合搅拌20‑40 min,得到混合液A;
3.2、在混合液A中加入5‑10份的第二锂盐,搅拌20‑40 min混合均匀,得到的混合液B在
2‑8℃条件下存放;
3.3、在混合液B中加入0.1‑0.5份的热引发剂和39.5‑69.9份的增塑剂,再搅拌20‑40 min,得到固态电解质原位固化前驱液;
步骤4、高压锂金属软包电池的制备:
4.1、将锂箔裁成预定尺寸,焊接镍极耳;将改性高压正极裁成预定尺寸,焊接铝极耳,在焊接处使用绝缘胶带缠绕绝缘;
4.2、将步骤4.1得到的锂金属负极依次与多孔骨架膜、步骤2中得到的改性高压正极层叠后,进行铝塑膜封装,封装温度为160‑180 ℃,得到干电芯;
4.3、将步骤3中得到的原位固化前驱液注入步骤4.2得到的干电芯中,注入的量为每1‑2
1.5cm多孔骨架膜注入32‑50μL,然后再进行抽真空,封口,封口温度为160‑180 ℃,得到注液后的电芯;
4.4、将注液后的电芯,在室温下静置10‑12 h,再在40‑80 ℃下原位固化5h‑24 h,原位生成固态聚合物电解质,最终得到基于原位固化的高压锂金属电池。
2.根据权利要求1所述一种基于原位固化的高压锂金属电池的制备方法,其特征在于,所述步骤1.3中,所述高压正极活性物质为钴酸锂、三元正极。
3.根据权利要求2所述一种基于原位固化的高压锂金属电池的制备方法,其特征在于,所述步骤2.2中,所述过筛的纳米陶瓷颗粒为Li7La3Zr2O12、Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12、Li5La3M2O12(M=Ta或Nb)、Li10GeP2S12、In0.25O12、Li3N、Li14Zn(GeO4)4、LiZr2(PO4)3、LiPON纳米颗粒中的一种或几种,粉体粒径均小于200 nm。
4. 根据权利要求3所述一种基于原位固化的高压锂金属电池的制备方法,其特征在于,所述第一锂盐和第二锂盐均为LiTFSI、LiFSI、LiClO4、LiPF6、LiDFOB 、LiBOB中的一种。
5.根据权利要求4所述一种基于原位固化的高压锂金属电池的制备方法,其特征在于,所述第一单体和第二单体均为甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、碳酸乙烯亚乙酯、碳酸亚乙烯酯中的一种。
6.根据权利要求5所述一种基于原位固化的高压锂金属电池的制备方法,其特征在于,所述交联剂为聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、乙二醇二丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸甲酯、季戊四醇四丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的一种。
7.根据权利要求6所述一种基于原位固化的高压锂金属电池的制备方法,其特征在于,热引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异戊腈、偶氮二异庚腈中的一种;
所述增塑剂为0.8~5 M的锂盐溶液,溶质为LiTFSI、LiFSI、LiPF6、LiDFOB、LiBOB的一种或两种,溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、1,3‑二氧戊烷、乙二醇二甲醚、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯中的一种或几种。
8.根据权利要求7所述一种基于原位固化的高压锂金属电池的制备方法,其特征在于,所述多孔骨架膜为木质纤维素膜、电纺聚酰亚胺膜、玻璃纤维膜、电纺聚偏氟乙烯膜中的一种,厚度小于100 μm。