[發(fā)明專(zhuān)利]一種固態(tài)電池用電極及其制備方法以及一種固態(tài)電池

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810366824.9
• 申請(qǐng)日: 2018-04-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110224107A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱冠楠;張程;靳俊;溫兆銀;湯艷萍;馮奇
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司;中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/02
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/02;H01M4/04;H01M10/0562
• 代理公司: 北京信遠(yuǎn)達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11304
• 代理人: 魏曉波

本發(fā)明提供了一種固態(tài)電池用電極的制備方法。本發(fā)明提供的制備方法制備的一體化電極，通過(guò)將噴墨打印和壓制成型進(jìn)行有效組合可實(shí)現(xiàn)電極的連續(xù)化制備。活性層較高的孔隙率，可以確保中間層更好的滲入其中改性界面穩(wěn)定性和抑制副反應(yīng)發(fā)生；電解質(zhì)層低的孔隙率有利于提高電荷傳輸速率提升功率特性。同時(shí)，活性層，中間層和電解質(zhì)層的組分和厚度可靈活調(diào)控通過(guò)優(yōu)化活性層、中間層和電解質(zhì)層的組分和厚度能夠用于快速制備具有高能量密度和高安全性的鋰電池。由本發(fā)明方法制備的一體化電極結(jié)構(gòu)精確可控，制備工藝簡(jiǎn)單，可用于各種類(lèi)型電極材料的制備。本發(fā)明的制備方法具有操作簡(jiǎn)單、制備成本低、簡(jiǎn)化了電池制備工序、適用于工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。

本申請(qǐng)要求于2018年03月02日提交中國(guó)專(zhuān)利局、申請(qǐng)?zhí)枮?01810175788.8、發(fā)明名稱為“一種固態(tài)電池用電極及其制備方法以及一種固態(tài)電池”的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用結(jié)合在本申請(qǐng)中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于化學(xué)儲(chǔ)能器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種固態(tài)電池用電極及其制備方法以及一種固態(tài)電池。

背景技術(shù)

為了緩解化石燃料帶來(lái)的資源緊張和環(huán)境污染問(wèn)題，減少化石燃料的使用及開(kāi)發(fā)清潔能源是重要的發(fā)展方向，目前全球多個(gè)國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始制定了禁售燃油車(chē)的時(shí)間計(jì)劃表，工信部也表明正在制定相關(guān)時(shí)間表。為了滿足禁售燃油車(chē)后汽車(chē)市場(chǎng)的需求，加快電動(dòng)汽車(chē)的普及是目前各國(guó)發(fā)展的目標(biāo)。隨著電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展和儲(chǔ)能市場(chǎng)的需求，鋰離子電池占據(jù)重要的地位。目前商用的鋰離子電池正極采用過(guò)渡金屬氧化物、負(fù)極采用石墨碳材料以及采用有機(jī)電解液和隔膜進(jìn)行組裝成電芯。這類(lèi)電池由于正負(fù)極材料本身的性能已經(jīng)接近極限，電池的能量密度提升空間有限，同時(shí)采用有機(jī)電解液存在安全隱患，因此對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程和安全性都有很大的限制，同時(shí)采用傳統(tǒng)的電池制備工藝，存在電池制作過(guò)程繁瑣、廠房占地面積大、成本高等問(wèn)題。目前有少數(shù)企業(yè)開(kāi)始研發(fā)采用聚合物電解質(zhì)或固態(tài)電解質(zhì)替代有機(jī)電解液來(lái)解決電池安全性，同時(shí)采用高容量的三元正極結(jié)合硅碳負(fù)極材料來(lái)提升電池的能量密度，然而仍然不能同時(shí)很好地解決電池的能量密度和安全性問(wèn)題。

采用固態(tài)化電解質(zhì)替代有機(jī)電解液，在解決傳統(tǒng)電池能量密度低和使用壽命短的同時(shí)，有望徹底解決電池的安全性問(wèn)題。而且采用固態(tài)化電解質(zhì)的電池結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)電池更為簡(jiǎn)單，固態(tài)化電解質(zhì)除了傳導(dǎo)鋰離子也直接充當(dāng)隔膜的作用，簡(jiǎn)化了電池制備過(guò)程。另外，固態(tài)化電解質(zhì)電化學(xué)窗口寬，拓展了電池材料的選擇范圍，可以通過(guò)層疊方式形成串聯(lián)或并聯(lián)來(lái)提升電池的容量。研究固態(tài)鋰電池，一方面需要尋找到合適的電解質(zhì)材料進(jìn)行匹配，另一方面需要改進(jìn)電極和電池的制備技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)電池的高能量密度和高可靠性。目前制備組裝固態(tài)化鋰電池的技術(shù)一種是基于傳統(tǒng)的鋰電池電極制備技術(shù)，結(jié)合預(yù)先制備的聚合物固態(tài)電解質(zhì)進(jìn)行組裝，制備工藝仍然較為復(fù)雜，另外聚合物固態(tài)電解質(zhì)的室溫電導(dǎo)率較低且電壓范圍較窄，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高電壓正極的使用。另外一種是采用層壓的方式，將固態(tài)化電解質(zhì)粉體與活性物質(zhì)混合壓制成電極后與固態(tài)電解質(zhì)粉體進(jìn)行壓制成型，這種方式制備的電極活性物質(zhì)含量低且固態(tài)化電解質(zhì)較厚，電池能量密度提升有限，而且這種結(jié)構(gòu)僅適用于楊氏模量低的硫化物電解質(zhì)，同時(shí)這類(lèi)電解質(zhì)與氧化物類(lèi)正極材料存在空間電荷層，界面阻抗大且不適合于大規(guī)模制備。因此，需要探索一種更為簡(jiǎn)單高效的制備一體化電極的方法。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種固態(tài)電池用電極及其制備方法以及固態(tài)電池，本發(fā)明提供的制備包含電解質(zhì)層一體化電極的方法，實(shí)現(xiàn)快速精確控制制備具有組成、孔隙梯度分布的具有低界面阻抗一體化電極。

本發(fā)明提供了一種固態(tài)電池用電極的制備方法，包括以下步驟：

A)將活性材料、粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑和添加劑在溶劑中混合，得到漿料，通過(guò)噴墨打印將所述漿料打印在導(dǎo)電集流體表面，干燥后壓制成型，得到活性層/導(dǎo)電集流體的復(fù)合層，所述活性層的孔隙率為30％～50％；

B)將碳材料、添加劑和粘結(jié)劑在溶劑中混合，得到漿料，通過(guò)噴墨打印將所述漿料打印在所述活性層表面，干燥后壓制成型，得到中間層/活性層/導(dǎo)電集流體的復(fù)合層，所述中間層的孔隙率為20％～40％；