[發明專利]一種全固態電池用正極及全固態電池

在審

• 申請號: 202110592279.7
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN115411217A
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 王劉振;楊容;徐國峰;史碧夢;弓勝民;柏祥濤;趙尚騫;王建濤
• 申請（專利權）人: 國聯汽車動力電池研究院有限責任公司
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/13;H01M10/0562;H01M10/0565;H01M10/42
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 朱芳

本發明提供一種全固態電池用正極及全固態電池。所述全固態電池用正極從上到下依次包括集流體層、導電耐酸腐蝕涂層和正極活性物質層；所述正極活性物質層含有鹵化物固態電解質。含有本發明正極的全固態電池內阻顯著降低，容量發揮更高，具有更優異的電化學性能，同時本發明的全固態電池用正極可以在露點低于?20℃的環境中制備，且制備及使用過程中無需惰性氣氛保護，降低了生產成本、工藝簡單，便于實際生產操作及產業化應用。

技術領域

本發明屬于二次電池技術領域，具體涉及一種全固態電池用正極及全固態電池。

背景技術

全固態鋰離子電池由于采用不可燃的固態快離子導體材料作為電解質，從而比液態鋰離子電池具有更高的安全性。隨著近幾年的快速發展，目前常用的固態電解質有氧化物固態電解質、硫化物固態電解質、聚合物電解質及鹵化物固態電解質等。其中鹵化物電解質材料與高壓正極穩定且材料偏軟、易于成型加工，有望產業應用。然而大部分鹵化物電解質對濕空氣穩定性較差，在空氣中容易吸水水解導致離子導急速衰減且產生腐蝕性酸，在電極制備及使用過程中腐蝕集流體，從而導致電極涂層與集流體接觸變差，電極性能變差，限制了其大規模的生產應用能力。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供一種全固態電池用正極及全固態電池。本發明通過在含有鹵化物固態電解質的正極活性物質層與集流體層之間增加導電耐酸腐蝕涂層，該導電耐酸腐蝕涂層在正極極片制備和使用過程中，可以有效抑制鹵化物固態電解質吸水水解所產生的腐蝕性酸對集流體的腐蝕，并改善由此可能變差的電極性能，同時該電極無需在惰性氣氛即可生產操作，簡化工藝流程，降低生產成本。

本發明的技術方案如下：

一種全固態電池用正極，所述全固態電池用正極從上到下依次包括集流體層、導電耐酸腐蝕涂層和正極活性物質層；所述正極活性物質層含有鹵化物固態電解質。

進一步地，所述導電耐酸腐蝕涂層為導電碳層、導電聚合物層、金層或銀層。

進一步地，所述導電耐酸腐蝕涂層的厚度為0.01-10μm，優選0.01-3μm，由此，上述有限厚度的導電耐酸腐蝕涂層不僅能有效抑制酸性物質對集流體的腐蝕，同時又盡量減少厚度，降低成本。

進一步地，所述正極活性物質層的厚度為20-500μm，優選為50-250μm。按重量百分含量計，所述正極活性物質層包括鹵化物固態電解質2-50％、正極活性材料50-98％、粘結劑0.5-10％。

具體的，所述鹵化物固態電解質的化學式為Li_aMX_b，其中，M選自Al、Ga、In、Sc、Y、La系元素中的一種或多種，X選自F、Cl、Br中的一種或多種；0≤a≤10，1≤b≤13；優選地，M為In，X為Cl；進一步優選地，所述鹵化物固態電解質為Li₃InCl₆。在一些具體的實施例中，所述鹵化物固態電解質在正極活性物質層的質量占比優選為10-30％，由此，在保證電極性能的前提下，減少鹵化物固態電解質占比，降低生產成本，同時正極活性材料占比相應提高，進而提高電池能量密度。

上述鹵化物固態電解質在含水環境中因逐漸吸水而形成具有較強酸性的結晶水化物Li_aMX_b*xH₂O。

所述正極活性材料選自鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳鈷錳酸鋰、富鋰錳基材料中的一種或多種。在一些具體的實施例中，所述正極活性材料在正極活性物質層的質量占比優選為70-90％，由此，在保證電極性能的前提下，提高正極活性材料占比，進而提高電池能量密度。

所述粘結劑為在低極性溶劑中可分散的苯乙烯丁二烯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯丙烯酸酯、丙烯酸酯、丁苯橡膠、丁腈橡膠、硅膠、聚偏氟乙烯、羧甲基纖維素鈉中的至少一種，優選丁腈橡膠、苯乙烯丁二烯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、丁苯橡膠；所述粘結劑也可以為聚四氟乙烯、聚丙烯或聚乙烯。