[發(fā)明專利]一種全固態(tài)電池制備方法及全固態(tài)電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110591542.0
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113314767B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉芳洋;胡雅琪;呂娜;蔣良興;賈明;張宗良
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學
• 主分類號: H01M10/058
• 分類號: H01M10/058;H01M10/052
• 代理公司: 長沙智勤知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 43254
• 代理人: 曾芳琴

本發(fā)明公開了一種全固態(tài)電池的制備方法及全固態(tài)電池，該方法包括：使復(fù)合正極粉末、固態(tài)電解質(zhì)粉末、復(fù)合負極粉末(如果有)帶電；將各帶電粉末篩分，并轉(zhuǎn)移至電場區(qū)；控制第一電場區(qū)電場強度，將固態(tài)電解質(zhì)粉末均勻吸附在金屬負極基體表面；或者將復(fù)合負極粉末吸附在導(dǎo)電集流體基體上；控制第二電場區(qū)電場強度，將復(fù)合正極粉末均勻吸附在金屬負極/電解質(zhì)粉末層下方，再壓制和除電即可；或者將固態(tài)電解質(zhì)粉末吸附集流體/負極粉末層下方；控制第三電場區(qū)電場強度，將復(fù)合正極粉末吸附集流體/負極粉末層/電解質(zhì)粉末層下方，再壓制和除電即可。本發(fā)明工藝流程簡單，制得的全固態(tài)電池各層分布均勻平整，厚度可控，電化學性能穩(wěn)定。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及固態(tài)電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種全固態(tài)電池的制備方法及通過該方法制備的全固態(tài)電池。

背景技術(shù)

廣泛應(yīng)用的傳統(tǒng)鋰離子電池主要采用液態(tài)有機電解液，其離子電導(dǎo)率高，潤濕性好，但其狹窄的溫度窗口大大限制了電池的應(yīng)用環(huán)境，較窄的電化學穩(wěn)定窗口不僅限制了電池能量密度的提升，也容易引發(fā)各種安全問題。傳統(tǒng)的鋰離子電池已不能滿足未來儲能系統(tǒng)日益增長的能量密度和安全需求。

而使用固體電解質(zhì)組裝的固態(tài)電池可以有效地解決液態(tài)電解質(zhì)所帶來的安全隱患。固體電解質(zhì)電化學窗口和溫度窗口都相對較寬，拓寬了電極材料的使用和電池工作條件。此外固態(tài)電池也可以通過層疊方式形成串聯(lián)或并聯(lián)來提升電池的容量。用于全固態(tài)電池的電解質(zhì)主要包括聚合物電解質(zhì)、無機硫化物固態(tài)電解質(zhì)、氧化物固態(tài)電解質(zhì)等。其中，硫化物固態(tài)電解質(zhì)具有大于10^-3S cm^-1的高鋰離子電導(dǎo)率，并且具有5V或更大的寬電位窗口，具有很大的應(yīng)用優(yōu)勢。除了選擇合適的電解質(zhì)、電極材料進行匹配，改進電極和電池的制備技術(shù)對提高電池的高能量密度和高可靠性也很重要。

目前制備固態(tài)電池的技術(shù)大多與傳統(tǒng)鋰電池電極制備技術(shù)相似。許多研究致力于尋找合適的溶劑將活性物質(zhì)、粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑混合成漿料，然后進行后續(xù)的涂布、干燥等處理過程。但粘結(jié)劑的使用降低了電極活性物質(zhì)的負載量，且這種傳統(tǒng)的涂覆工藝涉及有機溶劑的使用、揮發(fā)，工藝復(fù)雜且對環(huán)境不友好。

另一種工藝是采用層壓的方式，將硫化物固態(tài)化解質(zhì)粉末與活性物質(zhì)干混壓制成電極后，再直接與硫化物固態(tài)電解質(zhì)粉末壓制成型。但在壓制之前，如何將粉末均勻平整的分布在電池組件上是一個棘手的問題，特別是在大規(guī)模壓制組裝電池的情況下，這種問題更加突出。不平整，不均勻的電極層和電解質(zhì)層極有可能導(dǎo)致層壓過程中電池正負極直接接觸短路，或?qū)е码姵匮h(huán)過程中，電流分布不均勻，局部電流密度過大而造成電池失效。層壓電池組件的不均勻、不穩(wěn)定性直接限制了層壓工藝的大規(guī)模應(yīng)用。因此，實有必要提供一種改進的固態(tài)電池制備方法及相關(guān)固態(tài)電池以解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種全固態(tài)電池的制備方法及全固態(tài)電池，旨在解決現(xiàn)有全固態(tài)電池大規(guī)模制備過程中，電極層、固態(tài)電解質(zhì)層分布不平整，厚度不均勻，以及傳統(tǒng)制備工藝流程復(fù)雜，溶劑污染等技術(shù)問題，提高固態(tài)電池能量密度，改善其循環(huán)穩(wěn)定性。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的全固態(tài)電池的制備方法，所述方法包括以下步驟：

(1)使復(fù)合正極粉末和固態(tài)電解質(zhì)粉末帶電，如果全固態(tài)電池中采用了復(fù)合負極，那么使復(fù)合負極粉末帶電；

(2)將各帶電粉末篩分，并轉(zhuǎn)移至電場區(qū)；

(3)控制第一電場區(qū)電場強度E₁，首先將固態(tài)電解質(zhì)粉末均勻吸附在金屬負極表面，形成金屬負極/電解質(zhì)粉末層，再轉(zhuǎn)移至第二電場區(qū)；或者首先將復(fù)合負極粉末吸附在導(dǎo)電集流體基體上形成集流體/負極粉末層，再轉(zhuǎn)移到第二電場區(qū)；

(4)控制第二電場區(qū)電場強度E₂，將復(fù)合正極粉末均勻吸附在步驟(3)所述金屬負極/電解質(zhì)粉末層下方，形成金屬負極/電解質(zhì)粉末層/正極粉末層；或者將固態(tài)電解質(zhì)粉末吸附在步驟(3)所述集流體/負極粉末層下方，形成集流體/負極粉末層/電解質(zhì)粉末層，再轉(zhuǎn)移至第三電場區(qū)；