[發明專利]一種全固態鋰金屬電池正極、全固態鋰金屬電池及其制備方法

在審

• 申請號: 202111566824.1
• 申請日: 2021-12-20
• 公開（公告）號: CN114300647A
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 袁依婷;黃成;李玉冰;徐雄文
• 申請（專利權）人: 湖南立方新能源科技有限責任公司
• 主分類號: H01M4/13
• 分類號: H01M4/13;H01M4/136;H01M10/052;H01M10/058
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 潘俊達;郭寶煊

本申請公開了一種全固態鋰金屬電池正極、全固態鋰金屬電池及其制備方法，該全固態鋰金屬電池正極，包括：正極集流體；正極膜片，涂覆在所述正極集流體上，所述正極膜片包括正極活性物質、粘結劑以及固態電解質顆粒，所述固態電解質顆粒填充在相鄰的正極活性物質之間的間隙中，所述固態電解質顆粒的化學式為Li_xAl_yTi_z(PO₄)₃，其中，1≤x≤2.5，0＜y≤1，1≤z≤2.5。相比于現有技術，本申請將固態電解質顆粒均勻地分散在正極片中，填充在正極活性大顆粒之間的間隙，可提高正極活性顆粒之間的導離子能力，明顯提升正極材料的克容量發揮，實現全固態鋰金屬的正常充放電與穩定循環。

技術領域

本發明屬于固態鋰金屬電池技術領域，尤其涉及一種全固態鋰金屬電池正極、全固態鋰金屬電池及其制備方法。

背景技術

具有高安全性、高能量密度的固態鋰金屬電池成為當下鋰二次電池的開發重點，然而在固態電池中正極側潤濕性極差，正極活性顆粒之間導離子效率差，導致極化大。

因此，提升正極側的導離子能力是固態鋰金屬研究的重要一環，目前已有的改善策略主要是通過在電池中加入少量電解液及聚合物單體，引發聚合后制成凝膠固態電池，但凝膠電解質膜通常聚合不夠均勻，且機械強度不高，在循環過程中有鋰枝晶穿刺風險。也有研究者提出先將正極用電解液充分浸潤后再組裝成電池，然而這種方法操作難度大，轉移過程電解液極易變質，根本不能達到理想效果。

發明內容

鑒于相關技術中存在的問題，本申請的目的在于提供一種全固態鋰金屬電池正極、全固態鋰金屬電池及其制備方法，其在不加入電解液的情況下，能夠提升正極材料的克容量發揮，并提高正極活性顆粒間、正負極間導離子能力，實現全固態鋰金屬電池的正常充放電。

為了實現上述目的，根據本申請的一方面，提供一種全固態鋰金屬電池正極，包括：

正極集流體；

正極膜片，涂覆在所述正極集流體上，所述正極膜片包括正極活性物質、粘結劑以及固態電解質顆粒，所述固態電解質顆粒填充在相鄰的正極活性物質之間的間隙中，所述固態電解質顆粒的化學式為Li_xAl_yTi_z(PO₄)₃，其中，1≤x≤2.5，0＜y≤1，1≤z≤2.5。

優選地，所述固態電解質顆粒為Li_1.3Al_0.3Ti_1.7(PO₄)₃、Li_1.4Al_0.4Ti_1.6(PO₄)₃中的至少一種。

優選地，所述正極活性物質的平均粒徑大于所述固態電解質顆粒的平均粒徑。

優選地，所述正極活性物質的平均粒徑與所述固態電解質顆粒的平均粒徑之比為5～400：1。

優選地，所述正極活性物質的平均粒徑為1～20μm；所述固態電解質顆粒的平均粒徑為50～200nm。

優選地，所述固態電解質顆粒與所述正極活性物質的質量比為1～5：95～99。

優選地，所述正極活性物質包括鈷酸鋰正極材料、錳酸鋰正極材料、鎳錳二元正極材料、鎳鈷錳三元正極材料、磷酸鐵鋰正極材料中的至少一種。

根據本申請的另一方面，本申請提供一種全固態鋰金屬電池，包括正極、固態電解質層及鋰金屬負極，所述正極為前文所述的全固態鋰金屬電池正極。

優選地，所述固態電解質層包括導電聚合物固態電解質層、氧化物固態電解質層和硫化物固態電解質層中的至少一種；所述鋰金屬負極包括純鋰箔、銅鋰復合帶和鎂鋰合金中的至少一種。