[發明專利]一種全固態鋰電池電極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201811346998.5
• 申請日: 2018-11-13
• 公開（公告）號: CN109546152A
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發明（設計）人: 李勇;王雨
• 申請（專利權）人: 南昌大學
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M10/052
• 代理公司: 蘇州中合知識產權代理事務所(普通合伙) 32266
• 代理人: 趙曉芳

本發明公開了一種全固態鋰電池電極材料及其制備方法。電極材料包括活性物質、低熔點的金屬和固體電解質組成。本發明的制備方法是對電極材料加熱將金屬加熱融化，并對電極材料進行熱壓，通過液態金屬的流動性，增大了各組分之間的接觸面積和結合力，使得電極材料各組分之間牢固連接。同時由于金屬的良好導電能力，增加了電子的傳輸路徑，進而提高電子電導率和降低接觸電阻，從而改善電化學性能。采用本發明制備的全固態鋰電池電極材料電化學性能優異，無環境污染，一次成型，可大規模生產，具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明屬于全固態鋰電池領域，具體涉及一種全固態鋰電池電極材料及其制備方法。

背景技術

現今，鋰離子二次電池已經發展到了新的拐角點。盡管鋰離子電池已經在消費電子領域、儲能及通訊領域等取得了廣泛的應用，但是若要大規模應用于電動汽車等領域，則迫切需要大幅度提高鋰離子電池能量密度和倍率性能。同時由于鋰離子電池所使用的有機電解液存在易燃、易腐蝕和熱穩定性差等安全性問題，使傳統鋰離子電池的應用受到限制。全固態鋰電池則被認為能夠徹底解決上述問題，被認為是超越鋰離子電池的下一代儲能系統。相比于傳統的鋰離子電池具有具有安全性能高、循環壽命長、工作溫度范圍寬等優點，適合于極端環境如高溫場合使用。此外，全固態鋰電池還具有如下優勢：①固體電解質具有寬的電壓窗口，可以使用高電壓的正極材料及高比容量的金屬鋰，大幅度提高比能量密度；②可制備薄膜電池和柔性電池，適用于微小器件如可植入醫療設備等；③全固態鋰電池可以通過堆垛技術實現內串聯，進一步降低非活性重量及封裝難度。

然而全固態鋰電池中，界面是影響電池性能的最關鍵因素之一，這是由于全固態鋰電池中固體電解質取代液態電解質，導致電極與電解質之間的界面接觸由固液接觸變為固固接觸。而固固接觸通常潤濕性較差，固相之間一般為點接觸，因此固固界面將形成較高的接觸電阻。針對這個問題，一種解決方法采用高分子固體電解質，但是該類型固體電解質室溫離子電導率較差且電壓范圍不寬，難以使用高電壓正極材料。另一種解決方法是采用在活性物質表面原位包覆固體電解質，然而該方法工藝流程復雜，過程難以控制，難以大規模推廣使用。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種全固態鋰電池電極材料及其制備方法。

為了達到上述目的，本發明的技術方案如下：一種全固態鋰電池電極材料，包括活性物質、金屬、固體電解質。

作為優選，所述活性物質為磷酸鐵鋰、鈷酸鋰、富鋰錳基材料、鎳鈷錳材料、錳酸鋰、鎳錳酸鋰、磷酸錳鐵鋰、鈦酸鋰、石墨、硅中的一種或多種。

作為優選，所述金屬為鋁、錫或鋅中的一種或多種。

作為優選，所述固體電解質為Li_3xLa_2/3-xTiO₃、Li₂O-Al₂O₃-TiO₂-P₂O₅、Li₂O-Al₂O₃-GeO₂-P₂O₅、硼酸鋰、石榴石型鋰鑭鋯氧、磷酸鋰或LiPON中的一種或多種。

作為優選，所述活性物質、金屬、固體電解質的質量百分比分別為：活性物質40％-90％，金屬5％-50％，固體電解質5％-50％。

作為優選，所述活性物質的顆粒直徑為1μm-20μm，所述金屬的顆粒直徑為10nm-10μm，所述固體電解質的顆粒直徑為10nm-10μm。

一種權利全固態鋰電池電極材料的制備方法，包括以下操作步驟：

(1)按質量比例稱取活性物質、金屬、固體電解質，并將三者混合均勻，得到正極材料；

(2)將稱取好的正極材料放入球磨罐中，進行球磨；