[發明專利]一種多孔復合極片及其制備和在全固態鋰電池中的應用

有效

• 申請號: 201910084294.3
• 申請日: 2019-01-29
• 公開（公告）號: CN111490227B
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發明（設計）人: 洪波;賴延清;王麒羽;向前;張治安;張凱;方靜
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01M4/13
• 分類號: H01M4/13;H01M10/0525
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 盛武生;魏娟

本發明屬于固體電池技術領域，具體公開了一種多孔復合極片，其包括集流體、復合在集流體表面的活性材料層；所述的活性材料層具有多孔結構，所述的孔隙結構中填充有電解質/聚合物復合材料。本發明還公開了所述的多孔復合極片的制備方法，先在集流體表面復合形成具有多孔結構的活性材料層；隨后浸泡在包含電解液、聚合物合成原料的溶液中；聚合物合成原料固化反應，在活性層的孔隙中填充電解質/聚合物復合材料；即得所述的多孔復合極片。將該極片與鋰片組裝成扣式電池，證明該材料表現出優良的電化學性能，能有效降低電極極化，提高電池的能量密度和循環穩定性。

技術領域

本發明涉及一種全固態鋰電池及其制備方法，屬于全固態鋰電池領域。

背景技術

能源是發展國民經濟和提高人民生活水平的生要物質基礎，也是直接影響經濟發展的一個重要因素。進入21世紀以來，傳統的能源利用方式所帶來的資源短缺、環境污染、溫室效應等問題日益突出，改善能源結構，開發高效、清潔的新型能源已成為全球共識。鋰離子電池由于其安全、環保、高比能量和良好的電化學性能等優越的性能受到了人們的青睞。但是，商業化含有液態有機溶劑的鋰離子電池，由于液體電解質與電極材料、封裝材料緩慢地相互作用和反應，長期服役時溶劑容易干涸、揮發、泄露，電極材料容易被腐蝕，影響電池壽命。近年來，大容量鋰離子電池在電動汽車、飛機輔助電源方面出現了嚴重的安全事故，這些問題的起因與鋰離子電池中采用可燃的有機溶劑有關。采用固體電解質，則可以避開液體電解液帶來的副反應、泄露、腐蝕問題，從而有望顯著延長服役壽命、并從根本上保證鋰離子電池的安全性，提高能量密度、循環性、服役壽命、降低電池成本。

全固態電池中極片與固態電解質之間是固-固界面，較常規的固-液界面，其界面接觸性較大，會造成極片與固態電解質之間的界面阻抗大大增加，從而大大影響了電池的性能。因此，有效提高電解質與電極材料之間的接觸性，是降低界面電阻，提高全固態鋰電池高倍率放電性能的關鍵。現有技術中通常采用將電解質與電極活性材料混合制漿涂布的技術來解決上述問題，但是這類技術由于加入電解質的量過大，會極大的降低電池的能量密度。此外，不同電解質在NMP漿料體系中會發生反應，在電解質與活性物質之間形成一層惰性層，導致電極活性材料與固態電解質之間的界面阻抗大大增加，影響電池的電化學性能。

綜上所述，本領域急需開發一種簡單高效的多孔復合極片制備方法，具備高能量密度與循環穩定性的全固態鋰離子電池極片制備一直是本領域的熱門研究課題。

發明內容

針對現有技術存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種簡單高效的多孔復合極片，通過所述的結構和物質的配合，旨在提供具有良好電學性能的活性材料、電解質復合的多孔極片。

本發明第二目的在于，提供了所述的多孔復合極片的制備方法，旨在通過所述的制備方法，制得極片與固態電解質界面阻抗小、電流密度大、電學性能優異的多孔復合極片。

本發明第三目的在于，提供一種所述的多孔復合極片在全固體電池領域的應用。

全固體電池多孔極片制備技術中，常利用電極材料和電解質均相混合的方式改善物料之間的接觸，這種方式能夠起到一定的降低電極與固體電解質之間的阻抗方面，但效果有效，且仍存在材料電流密度較低的技術不足。本發明提供了一種全新的結構和物質形態的全固態電池多孔極片，具體如下：

一種多孔復合極片(本發明也稱為全固體電池多孔復合極片、或者稱為活性物質-電解質復合極片)，包括集流體、復合在集流體表面的活性材料層；

所述的活性材料層具有多孔結構，所述的孔隙結構中填充有電解質/聚合物復合材料。

本發明將電解質與聚合物復合，并將該復合材料填充至復合在集流體表面的活性材料的孔隙結構(孔結構)中。本發明的物質形態以及結構設置方式，可以有效解決困擾全固體電池極片技術領域的電極和電解質之間阻抗的問題，不僅如此，還能夠解決現有技術普遍存在的電流密度較低的技術問題。