[發(fā)明專利]一種可充放固體電池用多功能復(fù)合負(fù)極片、制備方法及二次電池

在審

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• 申請日: 2020-02-29
• 公開（公告）號: CN111293317A
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 凌仕剛;李山山;朱衛(wèi)泉;蘇迎春
• 申請（專利權(quán)）人: 天津國安盟固利新材料科技股份有限公司;中信國安盟固利電源技術(shù)有限公司
• 主分類號: H01M4/66
• 分類號: H01M4/66;H01M10/0525;H01M4/62
• 代理公司: 北京康思博達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11426
• 代理人: 劉冬梅;范國鋒

本發(fā)明公開了一種可充放固體電池用多功能復(fù)合負(fù)極片，包括負(fù)極集流體層和負(fù)極離子導(dǎo)通電子絕緣層以及位于負(fù)極集流體層和負(fù)極離子導(dǎo)通電子絕緣層之間的負(fù)極活性物質(zhì)層，負(fù)極活性物質(zhì)層由多個負(fù)極活性物質(zhì)組件構(gòu)成，且多個負(fù)極活性物質(zhì)組件以二維疊層結(jié)構(gòu)或三維堆垛結(jié)構(gòu)分布，充分發(fā)揮不同負(fù)極活性物質(zhì)組件的不同功能，兼顧電池的綜合性能，同時負(fù)極離子導(dǎo)通電子絕緣層能夠?qū)崿F(xiàn)離子導(dǎo)通和電子絕緣功能，避免了液態(tài)電解質(zhì)的引入及內(nèi)短路自放電，提高電池的安全性，得到了兼顧能量密度、安全性、倍率特性、高低溫特性、服役壽命、循環(huán)壽命等綜合優(yōu)異性能的多功能復(fù)合負(fù)極片及二次電池。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電化學(xué)儲能器件與新能源材料領(lǐng)域，涉及一種可充放固體電池用多功能復(fù)合負(fù)極片、制備方法及二次電池。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)鋰離子電池負(fù)極片，主要由負(fù)極集流體層和負(fù)極活性物質(zhì)層2部分構(gòu)成，其中負(fù)極集流體主要實現(xiàn)結(jié)構(gòu)支撐與電子引流作用，負(fù)極活性物質(zhì)層主要為多孔結(jié)構(gòu)，負(fù)極活性物質(zhì)層由顆粒狀負(fù)極活性材料、顆粒狀/線狀電子導(dǎo)電添加劑和粘結(jié)劑構(gòu)成的多孔結(jié)構(gòu)極片，在干電極片狀態(tài)下或在沒有電解液注入浸潤的條件下，無法實現(xiàn)離子傳輸功能，只能導(dǎo)通電子，電池?zé)o法正常工作，因此，現(xiàn)有鋰離子電池負(fù)極片無法直接應(yīng)用于固態(tài)電池中。

另外，傳統(tǒng)的二次電池，如鋰離子電池，內(nèi)部是有可流動的有機液體電解質(zhì)存在的，且鋰離子電池中的正極片、隔膜、負(fù)極片，液態(tài)電解液都是具備獨立行駛單一功能的組件，相互之間無法融合或替代，且有機液態(tài)電解質(zhì)具備可燃性，存在安全隱患，注入有機液態(tài)電解質(zhì)環(huán)節(jié)對環(huán)境要求苛刻，因此，為了改善電池的安全性；需要減少液態(tài)電解質(zhì)的用量或者不使用可燃性的液態(tài)電解質(zhì)，如果減少液態(tài)電解質(zhì)的用量，會影響電池的性能，而不添加液態(tài)電解質(zhì)，電池基本無法正常工作。

因此，為了滿足電池正常工作的需要，同時解決電池的安全性，提升電池的綜合性能，需要開發(fā)安全可靠的適用于固態(tài)電池的負(fù)極片。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述問題，本發(fā)明人進(jìn)行了銳意研究，設(shè)計出一種可充放固體電池用多功能復(fù)合負(fù)極片，包括負(fù)極集流體層和離子導(dǎo)通電子絕緣層以及位于負(fù)極集流體層和離子導(dǎo)通電子絕緣層之間的負(fù)極活性物質(zhì)層，負(fù)極活性物質(zhì)層由多個負(fù)極活性物質(zhì)組件構(gòu)成，且多個負(fù)極活性物質(zhì)組件以二維疊層結(jié)構(gòu)或三維堆垛結(jié)構(gòu)分布，充分發(fā)揮不同負(fù)極活性物質(zhì)組件的不同功能，兼顧電池的綜合性能，同時離子導(dǎo)通電子絕緣層能夠?qū)崿F(xiàn)離子導(dǎo)通和電子絕緣功能，避免了液態(tài)電解質(zhì)的引入和內(nèi)短路自放電，提高電池的安全性，得到了兼顧安全性、倍率特性、高低溫特性、服役壽命、循環(huán)壽命等綜合優(yōu)異性能的多功能復(fù)合負(fù)極片及二次電池，從而完成本發(fā)明。

本發(fā)明的目的在于提供一種可充放固體電池用多功能復(fù)合負(fù)極片，所述多功能復(fù)合負(fù)極片包括負(fù)極集流體層和負(fù)極離子導(dǎo)通電子絕緣層以及位于負(fù)極集流體層和負(fù)極離子導(dǎo)通電子絕緣層之間的負(fù)極活性物質(zhì)層。

其中，所述負(fù)極活性物質(zhì)層包括多個負(fù)極活性物質(zhì)組件，所述負(fù)極活性物質(zhì)組件由負(fù)極材料、粘結(jié)劑、電子導(dǎo)電添加劑和離子導(dǎo)電添加劑制得。

所述負(fù)極活性物質(zhì)層與所述離子導(dǎo)通電子絕緣層可通過二維或三維堆垛結(jié)構(gòu)分布。

所述負(fù)極材料為可用于鋰離子、鈉離子、鉀離子、鎂離子、鋁離子二次電池的負(fù)極材料中的至少一種，所述負(fù)極材料選自包括但不限于金屬及其合金、碳負(fù)極材料、鈦酸鋰、含硅負(fù)極、含錫負(fù)極、過渡金屬化合物負(fù)極中的至少一種，

所述過渡金屬化合物表達(dá)式為A_xB_y，A為可變價的過渡金屬元素，包括但不限于Ti、V、Cr、Fe、Co、Ni、Mn、Cu、Zn、Ru、Mo、Sn、Sb、Co中的至少一種；B為非金屬元素，包括但不限于C、F、O、S、N中的至少一種，優(yōu)選地，所述過渡金屬化合物選自二氧化鈦、一氧化錫、二氧化錫、二氧化錳中的至少一種。

其中，離子導(dǎo)通電子絕緣層包括離子導(dǎo)電材料，所述離子導(dǎo)電材料為可形成離子導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的適用于鋰離子、鈉離子、鉀離子、鎂離子、鋁離子固體電解質(zhì)的材料中的至少一種，