硫化物固态电池正极极片及硫化物固态电池制造技术

本发明专利技术提供一种硫化物固态电池正极极片及硫化物固态电池。所述硫化物固态电池正极极片包括正极集流体以及设置在正极集流体至少一个表面上的正极活性物质层，所述正极活性物质层包括正极活性材料、固态电解质以及添加盐，所述添加盐在40～150℃发生吸热相变。本发明专利技术还提供包括上述正极极片的硫化物固态电池。本发明专利技术的硫化物固态电池正极极片中添加了在40～150℃发生吸热相变的添加盐，在电池充放电过程中，可利用添加盐的相变吸热效应吸收正极极片中硫化物固态电解质的自身分解和副反应等放热过程产生的热量，从而降低由于电池温度急剧升高引发的热失控风险、提高硫化物固态电池体系的热安全性和循环稳定性。

【技术实现步骤摘要】
硫化物固态电池正极极片及硫化物固态电池
本专利技术涉及电池领域，尤其涉及一种硫化物固态电池正极极片及硫化物固态电池。
技术介绍
随着人们对能量密度要求的不断提高，传统锂离子电池已经很难满足日益提高的比能量的需求，具有高比容量优势的金属锂电极成为研究热点。金属锂的比容量为3860mAh/g，电化学势为-3.04V(vs标准氢电极)，以锂作为负极的锂-硫电池、锂-空气电池等锂金属电池的重量能量密度可达到400Wh/kg以上。早期开发的锂金属电池主要采用液态电解质材料，其中含有大量有机溶剂，导致液态锂金属电池安全隐患凸出。采用固态电解质层代替液态电解液，可有望消除使用过程中的安全隐患，更符合电动汽车和规模储能领域未来发展的需求。因此，本领域内正大力开发全固态锂金属电池。目前，固态电解质种类繁多，按类型可分为有机聚合物、无机氧化物和无机硫化物等。其中，硫化物固态电解质材料在室温下的离子电导率在10-2S/cm级别，且电化学窗口宽，具有优异的应用前景。但在实际使用过程中，硫化物固态电池的热安全性有待提升。
技术实现思路
鉴于
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种硫化物固态电池正极极片及硫化物固态电池，以提高硫化物固态电池的热安全性。为了达到上述目的，本专利技术的第一方面提供了一种硫化物固态电池正极极片，其包括正极集流体以及设置在正极集流体至少一个表面上的正极活性物质层，所述正极活性物质层包括正极活性材料和固态电解质，所述正极活性物质层还包括添加盐，所述添加盐在40～150℃发生吸热相变。本专利技术的第二方面提供了一种硫化物固态电池，其包括正极极片、负极极片、以及间隔设于所述正极极片和所述负极极片之间的固态电解质膜片，所述正极极片为本专利技术的第一方面所提供的硫化物固态电池正极极片。相对于现有技术，本专利技术至少包括如下所述的有益效果：本专利技术所提供的硫化物固态电池正极极片中，含有在40～150℃发生吸热相变的添加盐，在电池充放电过程中，可利用添加盐在相变过程中的吸热效应吸收正极极片产生的热量(如正极活性材料促发的正极与硫化物固态电解质之间的副反应、硫化物固态电解质的自身分解等放热过程产生的热量)，从而降低由于电池温度急剧升高引发的电池热失控风险、提高硫化物固态电池的热安全性。具体实施方式下面详细说明根据本专利技术的硫化物固态电池正极极片和硫化物固态电池。本专利技术第一方面的硫化物固态电池正极极片包括正极集流体以及设置在正极集流体至少一个表面上的正极活性物质层，所述正极活性物质层包括正极活性材料、固态电解质以及添加盐，所述添加盐在40～150℃发生吸热相变。本专利技术中所述的“添加盐发生吸热相变”是指：添加盐吸收热量、发生固-液相变或固态相变(固相内部的相结构的变化)。盐类发生吸热相变的温度区间可通过差示扫描量热法(DSC)测试所得。本专利技术的硫化物固态电池正极极片中添加了在40～150℃发生吸热相变的添加盐，在电池充放电过程中，可利用添加盐的相变吸热效应吸收正极极片产生的热量(如正极活性材料促发的正极与硫化物固态电解质之间的副反应、硫化物固态电解质的自身分解等反应过程中的热量)，从而降低由于电池温度急剧升高引发的电池热失控风险、提高硫化物固态电池体系的热安全性和循环稳定性。优选地，所述添加盐在60～110℃发生吸热相变。优选地，所述添加盐的分解温度高于200℃，从而可避免添加盐在低温区发生自身的分解副反应以及该种副反应对硫化物固态电池性能的不利影响。作为优选，所述添加盐选自碱金属的无机盐、碱金属的有机盐、碱金属的有机-无机复合盐中的至少一种。进一步优选地，所述添加盐选自M-imide，其中，M为选自Li、Na、K、Rb、Cs中至少一种的阳离子，imide为式(I)所示的磺酰亚胺阴离子，式(I)中：n选自0～4的整数；X、Y各自独立地选自F、Cl、Br、I和碳原子数为1～4的含氟烷基中的一种。更进一步优选地，所述添加盐选自Li[(FSO2)2N](简写LiFSI)、Na[(FSO2)2N](简写NaFSI)、K[(FSO2)2N](简写KFSI)、Rb[(FSO2)2N](简写RbFSI)、Cs[(FSO2)2N](简写CsFSI)、Li[(FSO2)(CF3SO2)N](简写LiFTFSI)、Na[(FSO2)(CF3SO2)N](简写NaFTFSI)、K[(FSO2)(CF3SO2)N](简写KFTFSI)、Rb[(FSO2)(CF3SO2)N](简写RbFTFSI)、Cs[(FSO2)(CF3SO2)N](简写CsFTFSI)、Li0.4K0.6[(FSO2)2N](简写Li0.4K0.6FSI)、Li0.4Cs0.6[(FSO2)(CF3SO2)N](简写Li0.4Cs0.6FTFSI)、Li0.8Cs0.2[(FSO2)(CF3SO2)N](简写Li0.8Cs0.2FTFSI)中的至少一种。优选地，所述添加盐在正极活性物质层中的质量百分含量为0.1～20％，优选为1％～10％。在本专利技术的硫化物固态电池正极极片中，控制添加盐的含量对于本专利技术至关重要，添加盐的含量越高，对于改善安全性能的效果越好，但是，如果添加盐的量不能控制在合理的范围内，即使添加盐可以改善安全性能，但极有可能会造成电池其他方面的性能下降，因而，为了电池的综合性能考虑，添加盐的含量为0.1～20％，优选为1％～10％。在本专利技术的硫化物固态电池正极极片中，所述正极集流体的种类不受具体的限制，可根据实际需求进行选择。所述正极集流体通常是可以汇集电流的结构或零件，通常为层体；所述正极集流体可以是本领域各种适用于作为电化学储能装置正极集流体的材料，例如可以是包括但不限于金属箔，更具体可以是包括但不限于镍箔、铝箔、涂炭铝箔或不锈钢等材料。在本专利技术的硫化物固态电池正极极片中，所述正极活性物质层可以设置在正极集流体的其中一个表面上，也可以设置在正极集流体的两个表面上。在本专利技术的硫化物固态电池正极极片中，所述正极活性材料的具体种类没有特别的限制，只要能满足接受、脱出锂离子即可。例如可以选自橄榄石结构锂金属氧化物、层状结构锂金属氧化物、尖晶石结构锂金属氧化物、硫粉及对以上材料进行改性后的材料中的至少一种。具体地，所述橄榄石结构锂金属氧化物可选自磷酸铁锂(LiFePO4)、磷酸钴锂(LiCoPO4)、磷酸锰锂(LiMnPO4)、磷酸镍锂(LiNiPO4)、磷酸铁(FePO4)等锂金属氧化物中的至少一种。所述层状结构锂金属氧化物可选自钴酸锂(LiCoO2)、镍酸锂(LiNiO2)、三元材料LiNisBtC(1-s-t)O2(其中，B、C独立地选自Co、Al、Mn中的至少一种，且B和C不相同，0<s<1，0<t<1))等锂金属氧化物中的至少一种。所述尖晶石结构锂金属氧化物可选自锰酸锂(LiMn2O4)、镍锰酸锂(LiNi0.5Mn1.5O4)等锂金属氧化物中的至少一种。所述改性后的材料可选自对上述各种材料进行掺杂与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硫化物固态电池正极极片，包括正极集流体以及设置在正极集流体至少一个表面上的正极活性物质层，所述正极活性物质层包括正极活性材料和固态电解质；/n其特征在于，/n所述正极活性物质层还包括添加盐，所述添加盐在40～150℃发生吸热相变。/n

【技术特征摘要】
1.一种硫化物固态电池正极极片，包括正极集流体以及设置在正极集流体至少一个表面上的正极活性物质层，所述正极活性物质层包括正极活性材料和固态电解质；
其特征在于，
所述正极活性物质层还包括添加盐，所述添加盐在40～150℃发生吸热相变。


2.根据权利要求1所述的硫化物固态电池正极极片，其特征在于，所述添加盐在60～110℃发生吸热相变。


3.根据权利要求1所述的硫化物固态电池正极极片，其特征在于，所述添加盐的分解温度高于200℃。


4.根据权利要求1所述的硫化物固态电池正极极片，其特征在于，所述添加盐选自碱金属的无机盐、碱金属的有机盐、碱金属的有机-无机复合盐中的至少一种。


5.根据权利要求4所述的硫化物固态电池正极极片，其特征在于，所述添加盐选自M-imide；其中，M为选自Li、Na、K、Rb、Cs中至少一种的阳离子，imide为下式(I)所示的磺酰亚胺阴离子，



式(I)中：
n选自0～4的整数；
X、Y各自独立地选自F、Cl、Br、I或碳原子数为1～4的含氟烷基。


6.根据权利要求5所述的硫化物固态电池正极极片，其特征在于，所述添加盐选自Li[(FSO2)2N]、Na[(FSO...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘成勇，郭永胜，付佳玮，胡波兵，
申请(专利权)人：宁德时代新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35