[發(fā)明專(zhuān)利]導(dǎo)體分散液及制備方法、正極極片和固態(tài)電池

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310423744.3
• 申請(qǐng)日: 2023-04-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN116469601A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭峰;謝茂玲;張果;趙江輝;魏文碩;樂(lè)超;涂玉祖;王國(guó)榮
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江正泰電器股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01B1/24
• 分類(lèi)號(hào): H01B1/24;H01B1/20;H01B13/00;H01M4/62;H01M4/131;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 深圳紫藤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44570
• 代理人: 方艷麗

本申請(qǐng)公開(kāi)了一種導(dǎo)體分散液及制備方法、正極極片和固態(tài)電池，涉及固態(tài)電池技術(shù)領(lǐng)域，包括如下步驟：提供無(wú)機(jī)電解質(zhì)顆粒和納米碳材料，將所述無(wú)機(jī)電解質(zhì)顆粒和所述納米碳材料混合，分散，得到預(yù)分散粉料；提供分散劑和溶劑，將所述分散劑、所述溶劑和所述預(yù)分散粉料混合，得到導(dǎo)體分散液。本申請(qǐng)所述制備方法通過(guò)混合納米碳材料和無(wú)機(jī)電解質(zhì)顆粒，納米碳材料吸附在無(wú)機(jī)電解質(zhì)顆粒表面產(chǎn)生空間位阻，不會(huì)破壞無(wú)機(jī)電解質(zhì)顆粒材料自身結(jié)構(gòu)，并且可獲得高分散均勻性、高固含量及高穩(wěn)定性的導(dǎo)體分散液。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及固態(tài)電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種導(dǎo)體分散液及制備方法、正極極片和固態(tài)電池。

背景技術(shù)

能量密度和安全性是當(dāng)前鋰電池研究的重點(diǎn)，與傳統(tǒng)的液態(tài)鋰離子電池相比，使用金屬鋰陽(yáng)極的固態(tài)電池在高能量密度、高安全性、可回收性及低成本等方面具備潛在優(yōu)勢(shì)。正極內(nèi)部離子及電子傳輸問(wèn)題成為高能量密度及高安全性固態(tài)電池制備的研究重點(diǎn)之一。

目前用于提高固態(tài)正極內(nèi)部離子和電子傳導(dǎo)能力的策略層出不窮，主要包括配方中添加離子及電子導(dǎo)體材料、正極材料表面包覆、材料納米化等。在配方中添加離子及電子導(dǎo)體材料策略中，常用的離子導(dǎo)電材料包括LIPON型、LISICON、石榴石、鈣鈦礦型等無(wú)機(jī)電解質(zhì)材料，常用的電子傳導(dǎo)材料包括碳纖維、碳納米管、石墨烯等導(dǎo)電材料或?qū)щ娋酆衔锊牧稀３Ｓ玫奶砑臃椒ㄒ话闶菍⒐腆w電解質(zhì)材料和導(dǎo)電碳等電子導(dǎo)電添加劑進(jìn)行簡(jiǎn)單的機(jī)械混合，這種方式易出現(xiàn)材料團(tuán)聚、界面接觸差、材料分布不均等問(wèn)題，導(dǎo)致復(fù)合正極內(nèi)部的導(dǎo)電均勻性和電化學(xué)穩(wěn)定性受到嚴(yán)重限制，難以構(gòu)建連續(xù)均勻有效的電子/離子傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)。另外也有通過(guò)設(shè)計(jì)具有離子導(dǎo)電和電子導(dǎo)電的聚合物體系來(lái)構(gòu)建正極內(nèi)部離子和電子傳輸網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，但聚合物體系往往存在室溫下鋰離子電導(dǎo)率低、柔韌性差、機(jī)械強(qiáng)度差等問(wèn)題，且具有大型離域π鍵剛性結(jié)構(gòu)的電子導(dǎo)電型聚合物和帶有電負(fù)性強(qiáng)的柔性基團(tuán)的離子導(dǎo)電型聚合物在混合時(shí)，會(huì)發(fā)生聚合物鏈段纏結(jié)相互干擾導(dǎo)致離子及電子導(dǎo)電性能變差等問(wèn)題，使得開(kāi)發(fā)同時(shí)具有高離子電導(dǎo)率、高電子電導(dǎo)率、高機(jī)械強(qiáng)度、高化學(xué)及電化學(xué)穩(wěn)定性的混合導(dǎo)體具備一定技術(shù)難度。除此之外，也有研究通過(guò)鋰單質(zhì)還原法或者使用叔丁基鋰等還原性含鋰化合物通過(guò)化學(xué)鋰化法制備氧化物或硫化物/金屬?gòu)?fù)合導(dǎo)電材料，該策略實(shí)驗(yàn)操作復(fù)雜且危險(xiǎn)性較高，使用的原材料具有高化學(xué)活性使得其制備方法不利于大規(guī)模工藝生產(chǎn)。

針對(duì)固態(tài)電池正極內(nèi)部離子及電子輸運(yùn)問(wèn)題，上述一系列應(yīng)對(duì)策略均存在一定缺陷。并且在固態(tài)電池循環(huán)過(guò)程中電極材料的晶格畸變及顆粒體積變化也會(huì)破壞活性物質(zhì)與電解質(zhì)和導(dǎo)電劑之間連續(xù)的離子以及電子的傳輸網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步阻礙離子和電子輸運(yùn)，再加上目前復(fù)合電極中活性材料負(fù)載較低，最終導(dǎo)致全固態(tài)電池能量密度較低。

因此，亟需尋求一種簡(jiǎn)單、適于大規(guī)模工藝生產(chǎn)的方法在固態(tài)電池復(fù)合正極內(nèi)部構(gòu)建連續(xù)有效且均勻分布的離子及電子網(wǎng)絡(luò)，在保證復(fù)合正極化學(xué)及電化學(xué)穩(wěn)定性的同時(shí)提高活性材料負(fù)載及材料分散均勻性、改善界面接觸及適應(yīng)電極材料在循環(huán)過(guò)程中的體積變化，最終實(shí)現(xiàn)高循環(huán)穩(wěn)定性、高能量密度全固態(tài)電池制備。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N導(dǎo)體分散液及制備方法、正極極片和固態(tài)電池，旨在改善現(xiàn)有的離子及電子導(dǎo)電材料分布不均的問(wèn)題。

本申請(qǐng)實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種導(dǎo)體分散液的制備方法，包括如下步驟：

提供無(wú)機(jī)電解質(zhì)顆粒和納米碳材料，將所述無(wú)機(jī)電解質(zhì)顆粒和所述納米碳材料混合，分散，得到預(yù)分散粉料；

提供分散劑和溶劑，將所述分散劑、所述溶劑和所述預(yù)分散粉料混合，得到導(dǎo)體分散液。

可選的，在本申請(qǐng)的一些實(shí)施例中，所述無(wú)機(jī)電解質(zhì)顆粒與所述納米碳材料的質(zhì)量比為(0.25～800)：1；和/或

所述導(dǎo)體分散液中，所述無(wú)機(jī)電解質(zhì)顆粒的固含量為5wt％～80wt％；和/或

所述導(dǎo)體分散液中，所述納米碳材料的固含量為0.1wt％～20wt％；和/或