[發明專利]固態正極復合材料、其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201810139903.6
• 申請日: 2018-02-11
• 公開（公告）號: CN110165152B
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發明（設計）人: 李靜;胡晨吉;沈炎賓;盧威;吳曉東;陳立桅
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M10/0525;H01M10/056;H01M10/058
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王茹;王鋒

本發明公開了一種固態正極復合材料、其制備方法與應用。所述固態正極復合材料包含：連續的有機相，其由至少具有離子導體功能的有機纖維材料聚集形成；正極活性材料，其分布于連續的有機相所含的孔洞內；電解質鹽，其分布于有機纖維材料內部及有機纖維材料與正極活性材料構成的網絡結構所含的孔洞內。所述固態正極復合材料為柔性薄膜形態的。本發明固態正極復合材料具有柔韌，離子電導率高，電子電導率高，加工性能、電化學性能優異等特點。

技術領域

本發明涉及一種正極材料，具體涉及一種柔性固態正極復合材料、柔性固態正極及其制備方法，以及在電化學器件中的應用，屬于電化學領域。

背景技術

過去20年，伴隨著便攜式消費電子產業的飛速發展，鋰離子電池由于能量密度高，循環性能及倍率性能良好，商業化取得了巨大成功。然而，過去幾十年不斷發生的鋰離子電池安全事故一直是領域內的隱憂。

鋰離子電池因為發生內部短路或其他原因導致的電池內部溫度過高會發生起火爆炸的隱患，最主要的原因是使用了高溫易燃的有機電解液作為鋰離子導電網絡。所以，一旦電池內部溫度因為各種原因(比如電池內部短路)達到有機溶劑的燃點，就會引發電池的起火，甚至爆炸，電池能量密度越高，危害越大。這個安全問題早在鋰離子電池誕生之初就已經存在。近數十年來的研究認為，發展全固態鋰離子電池，有可能從根源上解決這個安全隱患。

具體而言，在全固態電池中，由于沒有易燃易分解的有機溶劑，電池的安全性能就可以得到大幅提升，同時電池也不會有漏液，電解液干涸，氣脹等影響電池電化學性能的問題。而且，全固態電池的質量更小，體積能量密度更高，電池的設計組裝也更加靈活。因此，發展不易燃燒的全固態鋰離子電池是發展高安全性、高能量密度、高功率密度、長循環壽命的下一代電池的必然選擇。但是，目前全固態電池的推廣應用還受到很多技術方面的制約，高電導率固態電解質的開發和正極負極極內部的電子離子導電網絡的構建都存在很多技術挑戰。

一般來說，電池能夠工作的一個重要必要條件是體系中的電子和離子可以在一個連續的離子導體網絡中的快速傳導。對于液態電池來說，液體是可以流動的，可以連續的填充在電池內部，連接每個電極材料顆粒，離子的傳輸自然不成問題。對于目前已經產業化的準固態電池來講，凝膠態的電解質也是可以流動的，比較好的填充在電池內部，連接每個電極材料顆粒，離子的傳輸也不成問題。但是，對于全固態電池來說，電池內部的固體顆粒之間即使是緊密接觸，也通常是出于點對點接觸的狀態，顆粒之間的離子傳輸尤其困難。

目前現有固態正極制備技術通常是用無機離子導體，導電碳，以及粘結劑一起與正極活性材料混合，然后涂成極片，但是用這樣的方法構建離子和電子導電網絡，電子導電性能通常沒太大問題，但是離子導體和正極材料之間的接觸仍然是點對點的接觸，界面阻抗較大，同時，極片中含有粘結劑，容易阻礙鋰離子的傳輸，所以離子導電網絡仍然存在較大的問題。因此，開發高電子離子電導率的固態正極，是實現全固態電池產業化的一個重要研究方向。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種固態正極復合材料、固態正極，以克服現有技術中的不足。

本發明的另一主要目的在于提供一種固態正極復合材料以及固態正極的制備方法。

本發明的另一主要目的還在于提供一種固態正極復合材料以及固態正極的應用。

為實現前述發明目的，本發明采用的技術方案包括：

本發明實施例提供了一種固態正極復合材料，其包含：

連續的有機相，其由至少具有離子導體功能的有機纖維材料聚集形成；

正極活性材料，其分布于連續的有機相所含的孔洞內；

電解質鹽，其分布于所述有機纖維材料內部及所述有機纖維材料與正極活性材料構成的網絡結構所含的孔洞內；