一种全固态电池用复合电极及其制备方法、全固态电池与流程

本发明涉及全固态电池，尤其涉及一种全固态电池用复合电极及其制备方法、全固态电池。

背景技术：

1、全固态电池采用固态电解质代替传统电池中的“有机溶剂+锂盐”的液态电解质，具有工作温度范围宽(-30℃-150℃)，安全性高，能够实现快速充电等有点，成为下一代动力电池的一个有力备选方案。全固态电池核心结构分为复合电极(包括正、负极)、电解质隔膜、界面三部分，其中复合电极是影响电池最终性能的关键一环。

2、由于在全固态电池中的固态电解质不具备液态电解质的流动性，电极颗粒与电解质之间的界面无法实现充分接触，故而全固态电池中电极部分一般不直接采用单一的电极活性颗粒如钴酸锂、磷酸铁锂、三元活性材料、硫等正极活性材料以及石墨、钛酸锂、硅碳、硅氧等负极活性材料，而是将电极活性材料和固态电解质，如硫化物电解质、氧化物电解质、卤化物电解质等按体积比例混合成复合电极体，以实现增加电极/电解质界面接触面积，提高锂离子在颗粒间的流通能力。

3、即便如此，对于目前平均技术条件下的全固态电池中电极颗粒/电解质界面接触面积仅为同类传统锂离子电池的1/5-1/2的水平。除此之外，由于固态电解质的非流动性，电极活性材料循环体积变化带来的界面接触脱离无法得到恢复，导致固态电池严重的循环衰减，尤其在无外加压力的情况下，此类衰减更加严重。

4、因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种全固态电池用复合电极及其制备方法、全固态电池，旨在解决现有全固态电池中，电极活性材料与固态电解质接触面积受限以及界面不稳定，导致电池离子导电率较差以及循环衰减严重的问题。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种全固态电池用复合电极的制备方法，其中，包括步骤：

4、将固态电解质溶解于第一有机溶剂中，制得电解质前驱体溶液；

5、将有机粘结剂溶解于第二有机溶剂中，添加导电助剂后经搅拌处理，制得粘结剂溶液；

6、将所述电解质前驱体溶液与所述粘结剂溶液混合，添加锂盐并经过搅拌混合后再加入电极活性材料颗粒以及固态电解质，搅拌均匀形成浆料；

7、将所述浆料涂布在集流体上并加热除去溶剂，制得全固态电池用复合电极。

8、所述全固态电池用复合电极的制备方法，其中，所述第一有机溶剂为四氢呋喃、丙酮、乙酸乙酯、丁酸乙酯和三甲醇二甲醚中的一种。

9、所述全固态电池用复合电极的制备方法，其中，所述第二有机溶剂为n,n二甲基甲酰胺、n，n二甲基乙酰胺、n-甲基吡咯烷酮、乙腈、二甲苯、二甲基亚砜、氯仿和二溴甲烷中的一种或多种。

10、所述全固态电池用复合电极的制备方法，其中，所述有机粘结剂为聚偏氟乙烯、丁腈橡胶、聚碳酸丙烯脂、聚碳酸乙烯脂、聚碳酸丁烯脂和聚碳酸环乙烯中的一种或多种。

11、所述全固态电池用复合电极的制备方法，其中，所述导电助剂为石墨、炭黑、碳纤维、石墨烯、铝粉、铜粉、银粉和金粉中的一种或多种。

12、所述全固态电池用复合电极的制备方法，其中，所述电极活性材料颗粒为正极活性颗粒或负极活性颗粒，所述正极活性颗粒为磷酸铁锂、钴酸锂、锂镍钴锰、锰酸锂和锂镍钴铝中的一种或多种，所述负极活性颗粒为石墨、钛酸锂、硅氧、硅碳和硅单质中的一种或多种。

13、所述全固态电池用复合电极的制备方法，其中，所述固态电解质为锂锗磷硫、锂磷硫、锂硫-磷硫无定型化合物中的一种。

14、所述全固态电池用复合电极的制备方法，其中，所述电解质前驱体溶液中，第一有机溶剂与固态电解质的质量比为10:1-50:1；所述粘结剂溶液中，第二有机溶剂与有机粘结剂的质量比为10:1-100:1。

15、一种全固态电池用复合电极，其中，采用本发明所述全固态电池用复合电极的制备方法制得。

16、一种全固态电池，其中，包括本发明所述的全固态电池用复合电极。

17、有益效果：本发明提供了一种全固态电池用复合电极的湿法制备工艺，采用第一有机溶剂溶解固态电解质并与电极活性材料颗粒和固态电解质混合后高温去除有机溶剂，形成的复合电极中的颗粒间隙被从溶剂中析出原位形成的无机电解质所填充，这大大增加了复合电极中电极活性材料颗粒与固态电解质的界面接触面积，从而提高了离子导电率；本发明还将导电助剂和有机粘结剂共溶，使析出的有机粘结剂中均匀分布能够传导电子的通道，这降低了有机粘结剂对颗粒间电子传导的阻断效应，大大提高了颗粒间的电导率。本发明提供的制备工艺可以完全利用现有的传统锂离子电池的生产设备，使全固态电池的生产实现批量化。

技术特征：

1.一种全固态电池用复合电极的制备方法，其特征在于，包括步骤：

2.根据权利要求1所述全固态电池用复合电极的制备方法，其特征在于，所述第一有机溶剂为四氢呋喃、丙酮、乙酸乙酯、丁酸乙酯和三甲醇二甲醚中的一种。

3.根据权利要求1所述全固态电池用复合电极的制备方法，其特征在于，所述第二有机溶剂为n,n二甲基甲酰胺、n,n二甲基乙酰胺、n-甲基吡咯烷酮、乙腈、二甲苯、二甲基亚砜、氯仿和二溴甲烷中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述全固态电池用复合电极的制备方法，其特征在于，所述有机粘结剂为聚偏氟乙烯、丁腈橡胶、聚碳酸丙烯脂、聚碳酸乙烯脂、聚碳酸丁烯脂和聚碳酸环乙烯中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述全固态电池用复合电极的制备方法，其特征在于，所述导电助剂为石墨、炭黑、碳纤维、石墨烯、铝粉、铜粉、银粉和金粉中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述全固态电池用复合电极的制备方法，其特征在于，所述电极活性材料颗粒为正极活性颗粒或负极活性颗粒，所述正极活性颗粒为磷酸铁锂、钴酸锂、锂镍钴锰、锰酸锂和锂镍钴铝中的一种或多种，所述负极活性颗粒为石墨、钛酸锂、硅氧、硅碳和硅单质中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述全固态电池用复合电极的制备方法，其特征在于，所述固态电解质为锂锗磷硫、锂磷硫、锂硫-磷硫无定型化合物中的一种。

8.根据权利要求1所述全固态电池用复合电极的制备方法，其特征在于，所述电解质前驱体溶液中，第一有机溶剂与固态电解质的质量比为10:1-50:1；所述粘结剂溶液中，第二有机溶剂与有机粘结剂的质量比为10:1-100:1。

9.一种全固态电池用复合电极，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述全固态电池用复合电极的制备方法制得。

10.一种全固态电池，其特征在于，包括权利要求9所述的全固态电池用复合电极。

技术总结
本发明公开一种全固态电池用复合电极及其制备方法、全固态电池，其中，制备方法包括步骤：将固态电解质溶解于第一有机溶剂中，制得电解质前驱体溶液；将有机粘结剂溶解于第二有机溶剂中，添加导电助剂后经搅拌处理，制得粘结剂溶液；将所述电解质前驱体溶液与所述粘结剂溶液混合，添加锂盐并经过搅拌混合后再加入电极活性材料颗粒以及固态电解质，搅拌均匀形成浆料；将所述浆料涂布在集流体上并加热除去溶剂，制得全固态电池用复合电极。本发明制备的复合电极提高了其离子导电率和电子电导率，且本发明提供的制备工艺可以完全利用现有的传统锂离子电池的生产设备，使全固态电池的生产实现批量化。

技术研发人员：孙雪迎,李真棠
受保护的技术使用者：广东马车动力科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14