[發明專利]固態電池用凝膠復合正極及其制備方法

在審

• 申請號: 202010590245.X
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN113839005A
• 公開（公告）日: 2021-12-24
• 發明（設計）人: 溫兆銀;蔡明俐;姚柳;靳俊;修同平;宋真;M·E·巴丁
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所;康寧股份有限公司
• 主分類號: H01M4/131
• 分類號: H01M4/131;H01M10/0565;H01M10/0562;H01M4/1391;H01M10/0525;H01M10/058
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優麗

本發明涉及固態電池用凝膠復合正極及其制備方法，所述固態電池用凝膠復合正極的制備方法包括：將導電碳組分和電子導電組分中的至少一種、活性正極材料、和聚合物粘合劑在極性非質子有機溶劑中混合，以形成漿料；將所得漿液浸入非溶劑試劑中，通過相轉變法，形成多孔結構圓片；以及將多孔結構圓片浸入電解液中形成凝膠復合正極。

技術領域

本發明涉及用于固態電池的凝膠復合正極及其制備方法。

背景技術

固態電池(SSBs)(例如，基于無機固態電解質(SSEs)(比如石榴石固態電解質)的固態鋰金屬電池)由于其高安全性、提升的能量密度及對金屬鋰的穩定性受到廣泛的關注。

然而，常規的鋰金屬電池通常受限于正極和固態電解質之間的高界面電阻。由于陶瓷電解質的剛性，活性粒子與固態電解質之間的接觸是“點-面”接觸，導致正極與電解質的接觸面積有限，正極內部鋰離子(Li⁺)導電能力較差。

為解決這些問題，提出的措施包括使用低熔點化合物(如Li₃BO₃(LBO)、Li_2.3-xC_0.7+xB_0.3-xO₃(LCBO)等)作為粘結材料及鋰離子導體以降低正極與固態電解質的界面電阻。此外，鋰離子導電聚合物—鋰鹽存于聚合物基體(Li(CF₃SO₂)₂N(LiTFSI)在聚偏氟乙烯(PVDF)、聚環氧乙烷(PEO)、聚乙二醇甲基丙烯酸酯(CPMEA)或其他聚合物基體)中，可用于緩沖正極/固態電解質界面的不良接觸。然而，以上提出的配置在電池工作中均表現出低的鋰離子傳導性，大的阻抗和低的工作電流密度。

本申請公開了用于固態電池應用的改進正極及其制備方法。

發明內容

在一些實施方式中，電池的組成包括：基底；基底上的凝膠復合正極；凝膠復合正極上的固態電解質；固態電解質上的鋰負極，其中，凝膠復合正極包括凝膠聚合物電解質層和多孔正極活性材料層。

在可與任何其它方面或實施方式組合的一個方面中，多孔正極活性材料層包括LiNi_dCo_eMn_1-d-eO₂(NCM)(with 0＜d＜1,0＜e＜1)、LiT_MO₂(with T_M＝Sc、Ti、V、Mn、Fe、Co、Nior Cu)、Li₂TiO₃、Li₄Ti₅O₁₂、Li₃VO₄、LiMn₂O₄、yLi₂MnO₃·(1-y)LiXO₂(with X＝Ni、Co or Mnand 0＜y≤1)、LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂(NCA)、LiNi_0.5Mn_1.5O₄、LiFePO₄中的至少一種。

在可與任何其他方面或實施方式組合的一個方面中，多孔正極活性材料層在其孔內包含凝膠聚合物電解質。在可與任何其他方面或實施方式組合的一個方面中，凝膠聚合物電解質層的厚度在0.01μm至50μm的范圍內。在可與任何其他方面或實施方式組合的一個方面中，凝膠聚合物電解質層的厚度在1μm至25μm的范圍內。