[發明專利]一種電極極片及其制備方法和固態電池

在審

• 申請號: 201810590156.8
• 申請日: 2018-06-08
• 公開（公告）號: CN110581253A
• 公開（公告）日: 2019-12-17
• 發明（設計）人: 李云明;周時國;曹瑞中;張二勇;尹利超;彭能嶺
• 申請（專利權）人: 鄭州宇通集團有限公司
• 主分類號: H01M4/13
• 分類號: H01M4/13;H01M4/139;H01M4/04;H01M10/052;H01M10/0525
• 代理公司: 41119 鄭州睿信知識產權代理有限公司
• 代理人: 張兵兵

本發明涉及一種電極極片及其制備方法和固態電池。該電極極片包括集流體和電極材料層，所述電極材料層含有電極活性物質和固態電解質，在遠離集流體的厚度方向上，電極活性物質的含量梯度降低，固態電解質的含量梯度增加。本發明提供的電極極片，依據鋰離子在電極反應中的傳導特點，對電極材料層中電極活性物質和固態電解質進行梯度設計，提升了電極極片的離子電導，特別是有助于高活性材料面密度電極極片的離子電導提升，同時，在靠近電解質側，高的固態電解質含量有利于電極與電解質界面的融合，從而降低電極與電解質膜的界面阻抗。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池領域，具體涉及一種電極極片及其制備方法和固態電池。

背景技術

新能源汽車的發展對于緩解環境污染問題和能源危機具有重要意義，作為能量來源的動力電池對新能源汽車的性能起著決定性作用。鋰離子電池由于具有高能量密度、高功率密度、長壽命、無記憶效應等優點成為了新能源汽車電池的首選。

新能源汽車的快速發展對動力電池系統的安全性和能量密度等性能提出了更高的需求，目前主流動力電池使用的液態鋰離子電池由于含有液態有機電解液，存在一定的安全隱患，并且其耐壓窗口有限，限制了鋰離子電池能量密度的進一步提升。

固態電池采用固體電解質來替代傳統有機液體電解質，相比于傳統液態鋰離子電池，其減少了電解液、隔膜甚至粘結劑的使用，不僅避免了電解液泄露等安全問題，而且由于固態電池能夠采用堆棧式設計，簡化了電池構造，比使用有機電解液的電池具有更高的能量密度，固體電解質不會揮發且不易燃，提高了鋰離子電池的安全性能。

固態電池中由于不存在液態電解液填充電極顆粒間的空隙，電極顆粒間不能形成良好的離子通路，限制了固態電池倍率性能的發揮，特別是當電極面密度增加時，離子在電極中的擴散更加困難，致使在高面密度下，電池的功率密度反而會出現一定程度的下降。

發明內容

本發明的目的在于提供一種電極極片，從而解決固態電池電極極片存在的在高面密度下離子電導能力下降的問題。

本發明還提供了上述電極極片的制備方法以及使用該電極極片的固態電池。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：

一種電極極片，包括集流體和電極材料層，所述電極材料層含有電極活性物質和固態電解質，在遠離集流體的厚度方向上，電極活性物質的含量梯度降低，固態電解質的含量梯度增加。

所述電極材料層包括在遠離集流體的厚度方向上設置的至少兩層電極材料子層，各電極材料子層中電極活性物質、固態電解質的含量固定，在遠離集流體的厚度方向上，電極活性物質的含量逐層遞減，固態電解質的含量逐層遞增。

本發明提供的電極極片，依據鋰離子在電極反應中的傳導特點，對電極材料層中電極活性物質和固態電解質進行梯度設計，提升了電極極片的離子電導，特別是有助于高活性材料面密度電極極片的離子電導提升，同時，在靠近電解質側，高的固態電解質含量有利于電極與電解質界面的融合，從而降低電極與電解質膜的界面阻抗。該電極極片可以在提高面密度的同時，提升極片整體的離子電導，降低電極與電解質膜的界面阻抗，進而可以實現對電池能量密度和功率密度的耦合優化。

所述正極極片可以為正極或負極，正極可以為鈷酸鋰、三元材料、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、富鋰相材料等材料體系；負極可以為石墨、非晶碳材料、合金材料等材料體系，針對負極為金屬鋰或者鋰合金的固態電池，正極極片按此結構設計。