固态锂电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及锂电池领域，公开了一种固态锂电池及其制备方法。该固态锂电池包括正极、负极以及位于正极和负极之间的固态电解质层，所述正极包括正极集流体和形成在正极集流体上的固态正极活性材料层，其特征在于，所述固态正极活性材料层中的活性材料选自LiMO

【技术实现步骤摘要】
固态锂电池及其制备方法
本专利技术涉及锂电池领域，具体涉及一种固态锂电池及其制备方法。
技术介绍
固态电池采用不可燃的固态电解质替换了可燃性的有机液态电解质，大幅提升了电池系统的安全性，同时能够更好地适配高能量正负极并减轻系统重量，实现能量密度同步提升。在各类新型电池体系中，固态电池是距离产业化最近的下一代技术，这已成为产业与科学界的共识。目前固态锂电池通常采用无机氧化物电解质或聚合物电解质与液态电解质相互混合的方式进行界面改善和制备，但由于本身无机氧化物类电解质和聚合物电解质本身的离子电导率比较低，因此需要加入比较多的液态电解质才能改善整个电池的内阻和电导率，较多液态电解质的加入不利于固态锂电池整体安全性的提高。理论上，不含任何电解液成分的全固态锂电池具有最高的安全性，但全固态体系由于全部都是无机颗粒形成的颗粒之间的固固接触会导致整体存在比较大的界面问题，需要外加非常大的压力，直接影响电池使用工况、电池倍率和循环性能。因此如何改善界面同时保持高的安全性一直以来是固态锂电池研究者需要挑战的技术难题。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对目前固态电池界面融合技术的缺失与不足，提供一种能够改善界面接触，并能够快速提高体系的锂离子电导率、降低界面阻抗的新型的固态锂电池。为了实现上述目的，本专利技术一方面提供一种固态锂电池，该固态锂电池包括正极、负极以及位于正极和负极之间的固态电解质层，所述正极包括正极集流体和形成在正极集流体上的固态正极活性材料层，其中，所述固态正极活性材料层中的活性材料选自LiMO2中的一种或多种，M选自Co、Ni和Mn中的一种或多种；所述固态电解质层含有硫化物和粘结剂；所述负极包括负极集流体以及形成在负极集流体上的负极活性材料层，且至少与所述固态电解质层接触的负极活性材料层为凝胶态负极活性材料层。优选地，所述固态正极活性材料层含有60-85重量％的正极活性材料、2-5重量％的第一导电剂、10-30重量％的硫化物电解质和1-5重量％的第一粘结剂。优选地，所述正极集流体为涂碳铝箔。优选地，所述LiMO2为LiCoO2、LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2、NCM523、NCM622和NCM811中的一种或多种。优选地，所述第一导电剂为SP(炭黑)、CNT(碳纳米管)、VGCF(碳纤维)、银粉和铝粉中的一种或多种。优选地，所述硫化物电解质为thio-LISICON、Li10GeP2S12、Li6PS5Cl、Li10SnP2S12、Li2S-P2S5、Li2S-SiS2和Li2S-B2S3中的一种或多种。优选地，所述第一粘结剂为聚偏氟乙烯和橡胶类粘结剂中的一种或多种。优选地，所述固态电解质层含有硫化物和第二粘结剂。优选地，所述硫化物为thio-LISICON、Li10GeP2S12、Li6PS5Cl、Li10SnP2S12、Li2S-P2S5、Li2S-SiS2和Li2S-B2S3中的一种或多种。优选地，所述固态电解质层含有90-99重量％的硫化物和1-10重量％的第二粘结剂。优选地，所述第二粘结剂为聚偏氟乙烯和橡胶类粘结剂中的一种或多种。优选地，所述负极活性材料层包括负极活性材料、第三粘结剂、锂盐、第二导电剂和有机溶剂。优选地，所述负极活性材料层含有40-90重量％的负极活性材料、1-15％的第二粘结剂、1-15％的锂盐、1-10％的第二导电剂和10-20％的有机溶剂。优选地，所述负极活性材料为石墨、氧化亚硅、单质硅、碳包覆硅和石墨烯包覆硅中的一种或多种。优选地，所述负极集流体为涂碳铜箔。优选地，所述第三粘结剂为聚偏氟乙烯和橡胶类粘结剂中的一种或多种。优选地，所述锂盐为LiTFSI、LiFSI、LiDFOB、LiPF6、LiBF4、LiClO4、和LiBOB中的一种或多种。优选地，所述第二导电剂为SP、CNT、AB、VGCF、银粉和铝粉中的一种或多种。优选地，所述有机溶剂为烷烃类溶剂、苯类溶剂和酮类溶剂中的一种或多种。优选地，所述有机溶剂为正己烷、正庚烷、甲苯、一氯代苯、二甲苯、苯甲醚、环己酮、1,3,5-三甲苯、正癸烷和甲基甲酰胺中的一种或多种。根据本专利技术第二方面，提供一种固态锂电池的制备方法，该方法包括以下步骤，1)将含有正极活性材料、第一导电剂、硫化物电解质、粘结剂和第一溶剂的第一浆料涂布在正极集流体上，并进行干燥得到正极；2)将含有硫化物、第二粘结剂和第二溶剂的第二浆料制备成固态电解质层；3)将含有负极活性材料、第三粘结剂、锂盐、第二导电剂和第三溶剂的第三浆料涂布在负极集流体上，并进行干燥得到在负极集流体上形成有固态负极活性材料层的负极；4)使负极中至少一侧的所述固态负极活性材料层与第四溶剂进行接触，得到凝胶态负极活性材料层；5)将所述正极与所述固态电解质层进行第一压制，形成正极/固态电解质层组件，然后，将正极/固态电解质层组件的/固态电解质层与负极的凝胶态负极活性材料层层叠并进行第二压制，其中，所述正极活性材料选自LiMO2中的一种或多种，M选自Co、Ni和Mn中的一种或多种。优选地，在所述第一浆料中，以正极活性材料、第一导电剂、硫化物电解质和第一粘结剂的总量为基准，所述正极活性材料的含量为60-85重量％，所述第一导电剂的含量2-5重量％，所述硫化物电解质的含量为10-30重量％，所述第一粘结剂的含量为1-5重量％。优选地，相对于正极活性材料、第一导电剂、硫化物电解质和第一粘结剂的总量100重量份，所述第一溶剂的用量为100-600重量份。优选地，所述正极集流体为涂碳铝箔。优选地，所述LiMO2为LiCoO2、LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2、NCM523、NCM622和NCM811中的一种或多种。优选地，所述第一导电剂为SP、CNT、AB、VGCF、银粉和铝粉中的一种或多种。优选地，所述硫化物电解质为thio-LISICON、Li10GeP2S12、Li6PS5Cl、Li10SnP2S12、Li2S-P2S5、Li2S-SiS2和Li2S-B2S3中的一种或多种。优选地，所述第一粘结剂为聚偏氟乙烯和橡胶类粘结剂中的一种或多种。优选地，所述第一溶剂为正己烷、正庚烷、甲苯、一氯代苯、二甲苯、苯甲醚、环己酮、1,3,5-三甲苯、正癸烷和甲基甲酰胺中的一种或多种。优选地，在所述第二浆料中，以硫化物和第二粘结剂的总量为基准，所述硫化物的含量为90-99重量％，所述第二粘结剂的含量为1-10重量％。优选地，相对于硫化物和第二粘结剂的总量100重量份，所述第二溶剂的用量为100-600重量份。优选地，所述硫化物为thio-LISICON、Li10GeP2S12、Li6PS5Cl、Li10SnP2S12、Li2S-P2S5、Li2S-SiS2和Li2S-B2S3中的一种或多种。优选地，所述第二粘结剂为聚偏氟乙烯和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固态锂电池，该固态锂电池包括正极、负极以及位于正极和负极之间的固态电解质层，所述正极包括正极集流体和形成在正极集流体上的固态正极活性材料层，其特征在于，/n所述固态正极活性材料层中的活性材料选自LiMO

【技术特征摘要】
1.一种固态锂电池，该固态锂电池包括正极、负极以及位于正极和负极之间的固态电解质层，所述正极包括正极集流体和形成在正极集流体上的固态正极活性材料层，其特征在于，
所述固态正极活性材料层中的活性材料选自LiMO2中的一种或多种，M选自Co、Ni和Mn中的一种或多种；
所述固态电解质层含有硫化物和粘结剂；
所述负极包括负极集流体以及形成在负极集流体上的负极活性材料层，且至少与所述固态电解质层接触的负极活性材料层为凝胶态负极活性材料层。


2.根据权利要求1所述的固态锂电池，其中，所述固态正极活性材料层含有60-85重量％的正极活性材料、2-5重量％的第一导电剂、10-30重量％的硫化物电解质和1-5重量％的第一粘结剂；
优选地，所述正极集流体为涂碳铝箔；
优选地，所述LiMO2为LiCoO2、LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2、NCM523、NCM622和NCM811中的一种或多种；
优选地，所述第一导电剂为SP、CNT、VGCF、银粉和铝粉中的一种或多种；
优选地，所述硫化物电解质为thio-LISICON、Li10GeP2S12、Li6PS5Cl、Li10SnP2S12、Li2S-P2S5、Li2S-SiS2和Li2S-B2S3中的一种或多种；
优选地，所述第一粘结剂为聚偏氟乙烯和橡胶类粘结剂中的一种或多种。


3.根据权利要求1或2所述的固态锂电池，其中，所述固态电解质层含有硫化物和第二粘结剂；
优选地，所述硫化物为thio-LISICON、Li10GeP2S12、Li6PS5Cl、Li10SnP2S12、Li2S-P2S5、Li2S-SiS2和Li2S-B2S3中的一种或多种；
优选地，所述固态电解质层含有90-99重量％的硫化物和1-10重量％的第二粘结剂；
优选地，所述第二粘结剂为聚偏氟乙烯和橡胶类粘结剂中的一种或多种。


4.根据权利要求1-3中任意一项所述的固态锂电池，其中，所述负极活性材料层包括负极活性材料、第三粘结剂、锂盐、第二导电剂和有机溶剂；
优选地，所述负极活性材料层含有40-90重量％的负极活性材料、1-15％的第二粘结剂、1-15％的锂盐、1-10％的第二导电剂和10-20％的有机溶剂；
优选地，所述负极活性材料为石墨、氧化亚硅、单质硅、碳包覆硅和石墨烯包覆硅中的一种或多种；
优选地，所述负极集流体为涂碳铜箔；
优选地，所述第三粘结剂为聚偏氟乙烯和橡胶类粘结剂中的一种或多种；
优选地，所述锂盐为LiTFSI、LiFSI、LiDFOB、LiPF6、LiBF4、LiClO4、和LiBOB中的一种或多种；
优选地，所述第二导电剂为SP、CNT、AB、VGCF、银粉和铝粉中的一种或多种；
优选地，所述有机溶剂为烷烃类溶剂、苯类溶剂和酮类溶剂中的一种或多种；
优选地，所述有机溶剂为正己烷、正庚烷、甲苯、一氯代苯、二甲苯、苯甲醚、环己酮、1,3,5-三甲苯、正癸烷和甲基甲酰胺中的一种或多种。


5.一种固态锂电池的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤，
1)将含有正极活性材料、第一导电剂、硫化物电解质、粘结剂和第一溶剂的第一浆料涂布在正极集流体上，并进行干燥得到正极；
2)将含有硫化物、第二粘结剂和第二溶剂的第二浆料制备成固态电解质层；
3)将含有负极活性材料、第三粘结剂、锂盐、第二导电剂和第三溶剂的第三浆料涂布在负极集流体上，并进行干燥得到在负极集流体上形成有固态负极活性材料层的负极；
4)使负极中至少一侧的所述固态负极活性材料层与第四溶剂进行接触，得到凝胶态负极活性材料层；
5)将所述正极与所述固态电解质层进行第一压制，形成正极/固态电解质层组件，然后，将正极/固态电解质层组件的/固态电解质层与负极的凝胶态负极活性材料层层叠并进行第二压制，
其中，所述正极活性材料选自LiMO2中的一种或多种，M选自Co、Ni和Mn中的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈少杰，黄海强，王磊，李瑞杰，周龙捷，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32