本發(fā)明涉及鋰電池，具體而言，涉及一種固態(tài)鋰電池及其制備方法和涉電設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、鋰離子電池因其卓越的性能，如低自放電率、高能量密度和無(wú)記憶效應(yīng)，在眾多領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用，特別是在電動(dòng)汽車(chē)和便攜式電子設(shè)備中扮演著至關(guān)重要的角色。隨著技術(shù)的進(jìn)步和市場(chǎng)需求的增長(zhǎng)，鋰離子電池在儲(chǔ)能和能量轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的應(yīng)用也日益增多。然而，隨著應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，對(duì)電池的能量密度和安全性要求也越來(lái)越高，這促使科研人員不斷探索和改進(jìn)現(xiàn)有鋰離子電池技術(shù)。

2、現(xiàn)有的鋰離子電池技術(shù)主要依賴(lài)于液態(tài)有機(jī)電解質(zhì)，這種電解質(zhì)雖然能夠提供良好的離子導(dǎo)電性，但也存在一些難以忽視的問(wèn)題。首先，液態(tài)電解質(zhì)的揮發(fā)性和易燃性使得電池在遭受撞擊或損壞時(shí)存在燃燒和爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。其次，鋰枝晶的生長(zhǎng)問(wèn)題也是液態(tài)電解質(zhì)電池的一個(gè)重大安全隱患，因?yàn)檫@些枝晶可能會(huì)穿透電池的隔膜，引起正負(fù)極短路，導(dǎo)致電池性能下降甚至發(fā)生安全事故。此外，液態(tài)電解質(zhì)在高電壓下的應(yīng)用受到限制，這限制了電池能量密度的進(jìn)一步提升。

3、為了克服液態(tài)電解質(zhì)的局限性，固態(tài)電解質(zhì)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。固態(tài)電解質(zhì)具有更高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，可以有效避免液態(tài)電解質(zhì)的泄漏、揮發(fā)和易燃問(wèn)題，顯著提高了電池的安全性。復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)通過(guò)結(jié)合無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)和聚合物基體，不僅繼承了固態(tài)電解質(zhì)的高安全性，還通過(guò)優(yōu)化電解質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)，提高了離子導(dǎo)電性，使得固態(tài)電池在保持安全性的同時(shí)也能具備較高的能量密度。

4、盡管固態(tài)電池技術(shù)展現(xiàn)出了巨大的潛力，但在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨著一些挑戰(zhàn)。首先，固態(tài)電解質(zhì)的導(dǎo)電率普遍低于液態(tài)電解質(zhì)，這導(dǎo)致了電池內(nèi)阻的增加，影響了電池的功率輸出和充放電效率。其次，固態(tài)電池中的固-固界面接觸問(wèn)題也是一個(gè)難題。在充放電過(guò)程中，電極材料的體積膨脹和收縮可能導(dǎo)致與固態(tài)電解質(zhì)之間的接觸變差，從而影響電池的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和循環(huán)壽命。此外，鋰枝晶的生長(zhǎng)和斷裂問(wèn)題在固態(tài)電池中依然存在，可能會(huì)導(dǎo)致電池容量的下降。金屬鋰的循環(huán)過(guò)程中出現(xiàn)的多孔和體積膨脹問(wèn)題也需要進(jìn)一步解決。最后，固態(tài)電解質(zhì)的成本相對(duì)較高，這可能會(huì)增加固態(tài)電池的整體制造成本，影響其在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。

5、綜上所述，盡管固態(tài)電池技術(shù)在安全性和能量密度方面展現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢(shì)，但其在導(dǎo)電性、界面穩(wěn)定性、鋰枝晶控制、體積膨脹和成本控制等方面仍存在一些挑戰(zhàn)。這些問(wèn)題的解決需要材料科學(xué)、電化學(xué)和制造工藝等領(lǐng)域的進(jìn)一步研究和創(chuàng)新。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的第一目的在于提供一種固態(tài)鋰電池及其制備方法和涉電設(shè)備，所述的制備方法具有提高了電池的離子電導(dǎo)率，降低了內(nèi)阻并提升了充放電效率等優(yōu)點(diǎn)。

2、為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，特采用以下技術(shù)方案：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種固態(tài)鋰電池的制備方法，包括：

4、分別制備正極極片、負(fù)極極片和復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)膜；其中，所述正極極片中的正極材料為三元正極材料；所述正極材料的顆粒表面包覆有納米氧化物固態(tài)電解質(zhì)粉體；并且，制備所述正極極片的正極漿料和制備所述負(fù)極極片的負(fù)極漿料均中添加有所述納米氧化物固態(tài)電解質(zhì)粉體；

5、所述復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)膜，是通過(guò)將聚合物單體、有機(jī)鋰鹽添加劑和所述納米氧化物固態(tài)電解質(zhì)粉體，加入到有機(jī)溶劑中混合溶解并制備成膜；

6、所述納米氧化物固態(tài)電解質(zhì)粉體與所述氧化物固態(tài)電解質(zhì)。

7、將所述正極極片、所述負(fù)極極片和所述復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)膜裝配成干電芯；

8、在所述干電芯中注入電解液，經(jīng)封口、熱壓化成、老化和分容后即得到所述固態(tài)鋰電池；

9、在可選的實(shí)施方式中，所述復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)膜的厚度為10μm～20μm；

10、在可選的實(shí)施方式中，所述正極極片和所述負(fù)極極片在制備時(shí)，所述正極極片的正極漿料，以及所述負(fù)極極片的負(fù)極漿料中，均添加有1wt％～5wt％的所述納米氧化物固態(tài)電解質(zhì)粉體；

11、在可選的實(shí)施方式中，所述正極材料的顆粒表面包覆的所述納米氧化物固態(tài)電解質(zhì)粉體的厚度為10nm～100nm。

12、在可選的實(shí)施方式中，所述三元正極材料包括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中的至少一種；

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

14、在可選的實(shí)施方式中，所述納米氧化物固態(tài)電解質(zhì)粉體包括如下固態(tài)電解質(zhì)中的至少一種：

15、a：li1+xalxti2-x(po4)3，x＝0～0.6；

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

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

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

19、e：nasicon型li1.5al0.5ge1.5p3o12固態(tài)電解質(zhì)；

20、f：li1+xta2p1-xsixo8，x＝0～1。

21、在可選的實(shí)施方式中，所述聚合物單體包括peo、pan、pmma、pvdc、pvdf和pvdf-hfp中的至少一種。

22、在可選的實(shí)施方式中，所述聚合物單體與所述鋰鹽添加劑的質(zhì)量比為(1～5):1；

23、加入到所述有機(jī)溶劑中的所述聚合物單體和所述鋰鹽添加劑占所述有機(jī)溶劑總質(zhì)量的10％～15％；

24、在可選的實(shí)施方式中，所述鋰鹽添加劑包括lifsi和litfsi中的至少一種；

25、在可選的實(shí)施方式中，所述鋰鹽添加劑的濃度為0.1m～1m；

26、在可選的實(shí)施方式中，所述有機(jī)溶劑包括乙腈、n,n-二甲基甲酰胺和n-甲基吡咯烷酮中的至少一種。

27、在可選的實(shí)施方式中，所述步驟在所述干電芯中注入電解液，包括：

28、將所述電解液注入至所述干電芯中，直至所述干電芯完全浸潤(rùn)界面；

29、在可選的實(shí)施方式中，所述電解液的注液系數(shù)不超過(guò)0.5g/ah；

30、在可選的實(shí)施方式中，所述電解液浸潤(rùn)的溫度維持在15℃～45℃；

31、在可選的實(shí)施方式中，所述電解液浸潤(rùn)的時(shí)間不少于48小時(shí)；

32、在可選的實(shí)施方式中，所述電解液浸潤(rùn)時(shí)，環(huán)境露點(diǎn)控制在-45℃～-65℃之間，真空度控制在-98kpa～-2kpa。

33、在可選的實(shí)施方式中，所述負(fù)極極片中的負(fù)極材料包括石墨、硅碳材料和鋰金屬中的至少一種。

34、在可選的實(shí)施方式中，所述熱壓化成，是在充電電流0.01c～0.5c，充電時(shí)間為30分鐘～200分鐘的條件下，一直充電到電壓達(dá)到額定電壓；

35、所述老化的條件包括：老化溫度為25℃～45℃，老化時(shí)間為12小時(shí)～72小時(shí)。

36、第二方面，本發(fā)明提供一種固態(tài)鋰電池，通過(guò)如前述實(shí)施方式任一項(xiàng)所述的固態(tài)鋰電池的制備方法制備而成。

37、第三方面，本發(fā)明提供一種涉電設(shè)備，包括如前述實(shí)施方式所述的固態(tài)鋰電池。

38、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

39、本發(fā)明提供的固態(tài)鋰電池制備方法通過(guò)在正極材料的顆粒表面包覆納米氧化物固態(tài)電解質(zhì)粉體，并在正負(fù)極漿料中均添加納米氧化物固態(tài)電解質(zhì)粉體，實(shí)現(xiàn)了從“點(diǎn)”到“面”的電解質(zhì)與電極材料的原子級(jí)接觸，顯著增加了電芯內(nèi)部的離子導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)通道，從而大幅提高了聚合物固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率。這種結(jié)構(gòu)優(yōu)化有助于降低電池的內(nèi)阻，提升充放電效率。同時(shí)，通過(guò)在復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)膜的制備中引入聚合物單體和有機(jī)鋰鹽添加劑，增強(qiáng)了電極與電解質(zhì)之間的接觸，提高了電池的電化學(xué)性能和循環(huán)穩(wěn)定性。此外，復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)膜的使用提供了更好的化學(xué)和熱穩(wěn)定性，顯著降低了電池發(fā)生泄漏、燃燒或爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，提升了電池的安全性。該方法的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)不僅優(yōu)化了電池的結(jié)構(gòu)，還有助于簡(jiǎn)化制造工藝，提高生產(chǎn)效率，推動(dòng)固態(tài)電池技術(shù)的發(fā)展，滿(mǎn)足市場(chǎng)對(duì)高性能、高安全性電池的需求。