一种全固态电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种全固态电池及其制备方法。本发明专利技术的全固态电池包括：正极片、固态电解质层和负极片；其中，正极片包括集流体和正极材料层，正极材料层包括正极活性材料和离子导电剂，正极活性材料为TiS2，离子导电剂为硫化物；固态电解质层包括固态电解质，固态电解质为硫化物。本发明专利技术的制备方法包括：步骤S1：正极片的制备；步骤S2：固态电解质层的制备；步骤S3：将负极片置于固态电解质层后，真空加热加压，得到全固态电池。本发明专利技术的全固态电池和根据本发明专利技术方法制备得到的全固态电池能量密度高、循环性能和倍率性能良好、且在自持压进行充放电时，电池容量保持良好。

An All-solid-state Battery and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种全固态电池及其制备方法
本专利技术涉及电池
，尤其涉及一种全固态电池及其制备方法。
技术介绍
现有全固态电池中，一般采用氧化物作正极活性材料；采用具备高形变性和高电导率的硫化物作为固态电解质。但是其存在如下技术问题：(1)氧化物的正极活性材料和硫化物的固态电解质之间存在电势差，容易产生空间电荷层，从而使正极片和固态电解质层之间的界面阻抗大，进而导致全固态电池的循环性能和倍率性能差。(2)常用的氧化物的正极活性材料理论容量偏低(如：LiCoO2的理论容量只有130mAh/g、LiFeO4理论容量约170mAh/g)，从而使得全固态电池的能量密度偏低。(3)硫化物的固态电解质活性高，与氧化物的正极活性材料易发生化学反应，导致全固态电池的性能不稳定。目前，制备全固态电池一般采用粉末压片法，采用这种方法存在如下问题：(1)全固态电池需要依赖加压装置进行加压才能测试其充放电性能，一旦去掉模具，移动过程中电池容易出现破碎粉化的现象，导致电池内部阻抗过大，在充放电时电池容量会迅速衰减，若使用这些加压装置，又会造成全固态电池单体的能量密度偏低。(2)固态电解质层较厚(一般在1mm以上)，从而使得全固态电池能量密度的较低。因此急需提供一种倍率性能、循环性能和能量密度良好的，可以在自持压的情况下充放电时电池容量保持良好的全固态电池及其制备方法。
技术实现思路
本专利技术提供以TiS2为正极活性材料的全固态电池，以至少解决现有技术中全固态电池界面阻抗高，电池循环性能和倍率性能较低的问题，以及现有技术中全固态电池能量密度较低的问题。本专利技术提供涂布浆料、并在真空条件下加热加压的全固态电池的制备方法，至少解决了现有技术中粉末压片法制备得到的全固态电池在无加压模具保持的情况下电池容量迅速衰减的问题，以及由于固态电解质层过厚导致的能量密度较低的问题。根据本专利技术的一方面，提供了一种全固态电池，包括：正极片、固态电解质层和负极片；其中，所述正极片包括集流体和正极材料层，所述正极材料层包括正极活性材料和离子导电剂，所述正极活性材料为TiS2，所述离子导电剂为硫化物；所述固态电解质层包括固态电解质，所述固态电解质为硫化物。可选地，根据本专利技术的全固态电池，所述TiS2与所述离子导电剂的质量比为1：0.3～3。可选地，根据本专利技术的全固态电池，所述硫化物为Li3PS4或掺杂改性的Li3PS4，其中，掺杂改性的掺杂相为P、LiI、LiCl、P2S3、P2O5、Al2S3、GeS2、SiS2、SnS2和LiBH4中的任意一种或几种的组合。可选地，根据本专利技术的全固态电池，掺杂相在所述掺杂改性的Li3PS4中的摩尔百分比为0.1-10％。可选地，根据本专利技术的全固态电池，所述负极片为锂片。根据本专利技术的另一方面，提供了一种全固态电池的制备方法，该方法在真空或惰性气氛中进行，包括：步骤S1：将TiS2、离子导电剂和粘结剂溶于溶剂中，调配得到正极浆料，其中，所述离子导电剂为硫化物，将所述正极浆料涂布于正极集流体干燥后制得正极片；步骤S2：将固态电解质和粘结剂溶于溶剂中，调配得到固态电解质浆料，其中，所述固态电解质均为硫化物，将所述固态电解质浆料涂布于正极片干燥，形成固态电解质层；步骤S3：将负极片置于所述固态电解质层后，真空加热加压，得到全固态电池。可选地，根据本专利技术的制备方法，在所述步骤S1中，TiS2与离子导电剂的质量比1：0.3-3。可选地，根据本专利技术的制备方法，在所述步骤S1中，干燥温度为30～80℃，时间为1～24h。可选地，根据本专利技术的制备方法，在所述步骤S2中，固态电解质浆料的涂布厚度为200～500μm。可选地，根据本专利技术的制备方法，在所述步骤S2中，干燥温度为30～80℃，时间为1～10min。可选地，根据本专利技术的制备方法，在所述步骤S3中，负极片为锂片，真空度为10-5～10-2MPa、温度为180-240℃、压力为10-100Mpa、时间为0.5-10h。有益效果根据本专利技术的全固态电池，采用TiS2作为正极活性材料，一方面降低了全固态电池的界面电阻，提高了其循环性能和倍率性能；另一方面，由于TiS2具有优异的理论能量，提高了全固态电池的能量密度；再一方面，TiS2不会和硫化物的固态电解质发生反应，因此提高了全固态电池的稳定性。根据本专利技术的全固态电池的制备方法，由于采用了浆料涂布法，且在步骤S3中在真空条件下加热加压，制备得到了在自持压的情况下充放电时电池容量保持良好的全固态电池。具体实施方式为了更好的解释本专利技术，以便于理解，下面结合通过具体实施方式，对本专利技术作详细描述。根据本专利技术的一方面，提供了一种全固态电池，包括：正极片、固态电解质层和负极片；其中，正极片包括集流体和正极材料层，正极材料层包括正极活性材料和离子导电剂，正极活性材料为TiS2，离子导电剂为硫化物；固态电解质层包括固态电解质，固态电解质为硫化物。本专利技术的全固态电池，一方面，TiS2和固态电解质均为硫化物，构成硫化物-硫化物界面，提高正极片的正极材料层和固态电解质层之间的界面相容性，有效降低了正极片与固态电解质层之间的界面阻抗。另一方面，正极材料中的TiS2和作为离子导电剂的硫化物之间也构成硫化物-硫化物界面，提高了TiS2和离子导电剂之间的界面相容性，有效的降低了两者之间的界面阻抗。再一方面，TiS2为混合导体，是介于离子导体和电子导体之间的一类固体导电材料，兼具离子导电性和电子导电性，且其离子电导率和电子电导率都相当高，因而制作正极浆料时，无需再额外添加导电剂(SuperP等)，从而使正极材料层中减少一种材料界面，在一定程度上减小正极材料中的界面阻抗。综上，由于正极活性材料采用TiS2，降低了全固态电池的界面阻抗，从而提高了全固态电池的倍率性能和循环性能。本专利技术的全固态电池，采用TiS2作为正极活性材料，其理论容量为239mAhg～1，高于传统正极活性材料(如：LiCoO2的容量为130mAh/g，LiFeO4的容量170mAh/g)的理论容量，因此提高了全固态电池的能量密度。本专利技术的全固态电池，TiS2不会和硫化物的固态电解质发生反应，因此提高了全固态电池的稳定性。在本专利技术全固态电池的一些实施方式中，TiS2与离子导电剂的质量比优选1：0.3～3。其中，典型但非限制性地优选1:0.3、1:0.5、1:1、1:1.5、1:2、1:2.5和1:3。在正极片的正极材料层作为离子导电剂的硫化物，能够在正极材料层形成离子迁移通道，提高正极片的离子电导率。在正极材料层中，TiS2与离子导电剂的质量比为1:0.3～3，若质量比小于1:0.3会降低正极材料层中的离子迁移通道，降低正极片的离子电导率，使正极材料层的内阻过大；若质量比大于1:3，TiS2的量太少，则不能形成稳定的正极材料层。在本专利技术全固态电池的一些实施方式中，硫化物优选Li3PS4或掺杂改性的Li3PS4，其中，掺杂改性的掺杂相优选P、LiI、LiCl、P2S3、P2O5、Al2S3、GeS2、SiS2、SnS2和LiBH4中的任意一种或几种的组合。在本专利技术全固态电池中，离子导电剂和固态电解质优选为同一种硫化物。当离子导电剂和固态电解质选用同一种硫化物时，比选用不同种硫化物时，正极片和固态电解质层的界面相容性会得本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全固态电池，其特征在于，包括：正极片、固态电解质层和负极片；其中，所述正极片包括集流体和正极材料层，所述正极材料层包括正极活性材料和离子导电剂，所述正极活性材料为TiS2，所述离子导电剂为硫化物；所述固态电解质层包括固态电解质，所述固态电解质为硫化物。

【技术特征摘要】
1.一种全固态电池，其特征在于，包括：正极片、固态电解质层和负极片；其中，所述正极片包括集流体和正极材料层，所述正极材料层包括正极活性材料和离子导电剂，所述正极活性材料为TiS2，所述离子导电剂为硫化物；所述固态电解质层包括固态电解质，所述固态电解质为硫化物。2.根据权利要求1所述的全固态电池，其特征在于，所述TiS2与所述离子导电剂的质量比为1：0.3～3。3.根据权利要求1或2所述的全固态电池，其特征在于，所述硫化物为Li3PS4或掺杂改性的Li3PS4，其中，掺杂改性的掺杂相为P、LiI、LiCl、P2S3、P2O5、Al2S3、GeS2、SiS2、SnS2和LiBH4中的任意一种或几种的组合。4.根据权利要求3所述的全固态电池，其特征在于，掺杂相在所述掺杂改性的Li3PS4中的摩尔百分比为0.1～10％。5.根据权利要求1的全固态电池，其特征在于，所述负极片为锂片。6.一种全固态电池的制备方法，其特征在于，在真空或惰性气氛中进行，包括：步骤S1：将TiS2、离子导电剂和粘结剂溶于溶剂中，调配得...

【专利技术属性】
技术研发人员：周美丽，陈渊，倪海芳，
申请(专利权)人：桑德新能源技术开发有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11