[發(fā)明專利]用于固態(tài)電池負極的導電材料及其制備方法和以其制備的負極復合材料

有效

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• 申請日: 2021-07-07
• 公開（公告）號: CN113206256B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發(fā)明（設計）人: 李愛軍;黃杜斌;王春源;鄔金龍;何鑫;劉興坤;魏海旭
• 申請（專利權）人: 北京金羽新能科技有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/13;H01M10/052
• 代理公司: 北京智丞瀚方知識產(chǎn)權代理有限公司 11810
• 代理人: 姜司晨

本發(fā)明公開了用于固態(tài)電池負極的導電材料及其制備方法和以其制備的負極復合材料，所述導電材料為對導電炭材料表面改性后得到的改性導電炭材料；改性方法為將偶聯(lián)劑接枝到導電炭材料表面；再以改性導電炭材料制備固態(tài)電池負極復合材料，以此負極復合材料制備復合負極，最終制備得到相應的固態(tài)電池。本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明提供的固態(tài)電解質(zhì)顆粒與三維導電炭網(wǎng)絡之間由無機納米顆粒膠結，可以有效加強復合材料的結構強度和韌性，具有更好的耐沖擊性能；另一方面，導電炭不會因鋰金屬反復在其表面溶解?沉積而脫離固態(tài)電解質(zhì)，避免負極內(nèi)阻增大，能夠有效提高全固態(tài)電池的循環(huán)性能。

技術領域

本發(fā)明涉及鋰電池技術領域，具體涉及用于固態(tài)電池負極的導電材料及其制備方法和以其制備的負極復合材料、以及含有此負極復合材料的固態(tài)電池。

背景技術

固態(tài)電池是一種使用固體電極和固體電解質(zhì)的電池，其于近年被視為可以繼承鋰離子電池地位的電池，固態(tài)鋰電池技術采用鋰、鈉制成的玻璃化合物為傳導物質(zhì)，取代以往鋰電池的電解液，能夠大大提升鋰電池的能量密度。

而為開發(fā)更高能量密度的電池，使用鋰金屬作為負極材料已成為趨勢，然而鋰金屬在液態(tài)電解質(zhì)中具有較高的不穩(wěn)定性，電池在充放電過程中會產(chǎn)生細小的鋰枝晶刺穿隔膜導致內(nèi)短路，采用固態(tài)電解質(zhì)則可以有效抑制鋰金屬的負面影響。

在現(xiàn)有的全固態(tài)電池的方案中，主要是采用熱壓的方法將固態(tài)電解質(zhì)膜覆蓋在鋰箔表面，或者是將固態(tài)電解質(zhì)顆粒與鋰金屬直接混合構成復合材料，由于鋰金屬在充放電過程中持續(xù)發(fā)生溶解-沉積，反復的體積膨脹-收縮導致鋰金屬與固態(tài)電解質(zhì)的結合難以保持穩(wěn)定，接觸面逐漸脫離，導致電池性能急劇衰減；另一方面，采用鋰箔作為沉積面時，仍會有短路發(fā)生。

現(xiàn)有技術中，為鋰金屬提供高比表面沉積載體是有效的防止短路和緩沖體積膨脹的方法，專利CN201410395114.0公開了一種金屬鋰-骨架碳復合材料的負極，用于液態(tài)鋰金屬電池中，促使鋰在循環(huán)過程中均勻沉積在碳材料表面；專利CN201910033629.9公開了一種全固體鋰離子二次電池用的負極合材，此種負極合材為含有負極活性物質(zhì)、固體電解質(zhì)、導電材料和粘結劑的復合負極，負極活性物質(zhì)(A)含有Si，固體電解質(zhì)(B)含有硫化物固體電解質(zhì)，導電材料(C)含有具有碳六元環(huán)的纖維狀碳材料，粘結劑(D)含有具有芳香環(huán)的高分子化合物，該復合負極可以抑制全固態(tài)電池的內(nèi)阻增大；專利CN202110217424.3公開一種含碳固態(tài)電解質(zhì)，此種固態(tài)電解質(zhì)包括相互混合后用于燒結的硫化物固體電解質(zhì)和有機物，能夠有效降低界面電阻。

但與采用液態(tài)電解質(zhì)的電池不相同的是，固態(tài)電池中不僅僅需要考慮如何降低電阻問題，更重要的，還需要考慮固體與固體之間的接觸界面穩(wěn)定性。在組裝全固態(tài)電池的過程中，為了獲得良好的固-固接觸界面，通常將電極和固態(tài)電解質(zhì)膜堆疊并經(jīng)過燒結處理，粘結劑經(jīng)過高溫處理后會失效；碳包覆的固態(tài)電解質(zhì)無法在電極內(nèi)部形成導電網(wǎng)絡，鋰金屬沉積的比表面積相對較小。

現(xiàn)有商業(yè)導電炭材料的表面較為光滑，其與無機材料以物理方式接觸連接時結構強度較低，當電極發(fā)生體積膨脹-收縮時，導電炭會脫離固態(tài)電解質(zhì)表面，二者接觸面的逐漸脫離，則會造成電極電阻增加。針對固態(tài)電池中負極區(qū)域的體積變化問題，尚需要進一步地加強固態(tài)電解質(zhì)與導電炭的結合強度，提高其結構穩(wěn)定性，減少物理結構分離造成的電極電阻變化問題。

發(fā)明內(nèi)容