[發明專利]原子層沉積處理提升固態電池用正極循環穩定性的方法

在審

• 申請號: 201711443504.0
• 申請日: 2017-12-27
• 公開（公告）號: CN109980183A
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發明（設計）人: 徐志彬;張海昌;石彬;丁飛
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十八研究所
• 主分類號: H01M4/1391
• 分類號: H01M4/1391;H01M4/1397;H01M4/04;H01M10/0525
• 代理公司: 天津市鼎和專利商標代理有限公司 12101
• 代理人: 李鳳

本發明涉及一種原子層沉積處理提升固態電池用正極循環穩定性的方法。本發明屬于固態電池技術領域。原子層沉積處理提升固態電池用正極循環穩定性的方法，采用以下兩種工藝過程,一是，將正極活性材料、導電劑、粘結劑以及有機溶劑混合，通過球磨或攪拌得到正極漿料，涂覆到正極集流體上，烘干；原子層沉積處理正極電極，在正極電極顆粒空隙及表面沉積過渡層；將聚合物電解質溶液噴涂或涂覆在電極表面，烘干；二是，將正極活性材料、導電劑、粘結劑、聚合物、鋰鹽以及有機溶劑混合，涂覆到正極集流體上，烘干；原子層沉積處理正極電極，在正極電極顆粒空隙及表面沉積過渡層。本發明具有極大提升固態電池正極充放電過程中的穩定性等優點。

技術領域

本發明屬于固態電池技術領域，特別是涉及一種原子層沉積處理提升固態電池用正極循環穩定性的方法。

背景技術

目前，在鋰離子電池中，由于大量使用酯類、醚類等易燃的有機電解液，存在嚴重的安全隱患，當電池因為任何原因短路時，電池內能量會在短時間以熱的形式釋放出來，點燃這些作為溶劑的醚類，引發爆炸。以固體電解質替代有機電解液的固態鋰電池，有望徹底解決電池的安全性問題，因而固體電解質取代傳統液體有機電解液的固態鋰電池正吸引越來越多的關注。

當前固態電池仍然沿用傳統鋰離子電池的鈷酸鋰、錳酸鋰及磷酸亞鐵鋰等正極材料，而固態電池的能量密度主要取決于正極材料，因而篩選具有高能量密度的新型正極材料就顯得非常重要。但在固態電池研制過程中，由于固體電解質材料區別于液態電解液，一方面高容量和高電壓等正極材料可能與電解質材料化學或電化學不穩定，另一方面來說，正極材料在充放電過程中的體積形變導致電極活性材料與固體電解質脫離接觸，這兩方面都造成正極活性物質容量衰減，從而導致固態電池循環穩定性差。

發明內容

本發明為解決公知技術中存在的高能正極材料在固態電池體系中存在的穩定性差、循環壽命短等問題，而提供一種原子層沉積處理提升固態電池用正極循環穩定性的方法。

本發明的目的是提供一種利用原子層沉積技術在固態電池正極內部沉積一層致密的過渡層，可以抑制正極活性物質充放電過程中的體積膨脹，隔絕正極活性物質與電解質材料的物理接觸，同時具有離子導通能力，極大地提升固態電池正極充放電過程中的穩定性等特點的原子層沉積處理提升固態電池用正極循環穩定性的方法。

原子層沉積(ALD)是通過將氣相前驅體脈沖交替地通入反應器并在沉積基底上化學吸附并反應而形成沉積膜的一種技術，該技術可以將物質以單原子膜形式一層一層地鍍在基底表面。原子層沉積技術由于其沉積參數的高度可控型(厚度，成份和結構)，優異的沉積均勻性和一致性使得其在微納電子和納米材料等領域具有廣泛的應用潛力。根據該技術的反應原理特征，各類不同的材料都可以沉積出來，已經沉積的材料包括金屬、氧化物、碳(氮、硫、硅)化物、各類半導體材料和超導材料等。

本發明原子層沉積處理提升固態電池用正極循環穩定性的方法，具體步驟如下：

方案(一)：

1.電極制備：將正極活性材料、導電劑、粘結劑以及有機溶劑混合，通過球磨或攪拌得到正極漿料，將正極漿料涂覆到正極集流體上，烘干后得到電極。

2.原子層沉積處理正極電極：將1)所述正極電極置于原子層沉積設備腔室中，將氣相前驅體脈沖通入腔室反應，以在正極電極顆粒空隙及表面沉積過渡層。

3.固體電解質溶液處理：將聚合物電解質溶液噴涂或涂覆在2)所述電極表面，之后烘干得到固態電池正極電極。

4.電池組裝：將3)所述正極電極先后與固體電解質膜、負極層疊組裝，得到固態電池。

方案(二)：

1.電極制備流程：將正極活性材料、導電劑、粘結劑、聚合物、鋰鹽以及有機溶劑混合，通過球磨或攪拌得到正極漿料，將正極漿料涂覆到正極集流體上，烘干后得到正極電極。