制造阴极复合物的方法及制造全固态电池的方法技术

本公开涉及制造阴极复合物的方法及制造全固态电池的方法。特别地，本公开涉及一种用于全固态电池的阴极复合物的制造方法，其中通过将固体电解质、导电材料和阴极活性材料与溶剂混合，然后进行两步真空干燥，来制造阴极复合物，从而降低阴极活性材料、固体电解质和导电材料之间的界面电阻，从而增加了离子电导率，从而改善电池性能和容量，以及包括该阴极复合物的全固态电池的制造方法。

【技术实现步骤摘要】
制造阴极复合物的方法及制造全固态电池的方法
本专利技术涉及一种制造全固态电池的阴极复合物的方法，其中通过溶剂混合和真空干燥降低了阴极活性材料、固体电解质和导电材料之间的界面电阻，从而提高了离子电导率，从而改善了电池的性能和容量，以及包括制造该阴极复合物的全固态电池的方法。
技术介绍
本部分中的描述仅提供与本公开有关的背景信息，并且可能不构成现有技术。如今，二次电池被广泛用于诸如车辆和电力存储系统的大型设备以及诸如移动电话、便携式摄像机和膝上型计算机等小型设备。一个示例是锂二次电池，其优点是每单位面积的容量比镍锰电池或镍镉电池的容量大。不幸的是，锂二次电池容易过热，并且能量密度仅为约360Wh/kg，导致输出功率差，使其不适合用作用于车辆的下一代电池。因此，具有高功率输出和高能量密度的全固态电池受到关注。全固态电池包括：阴极，其包括活性材料、固体电解质、导电材料和粘合剂；阳极；以及插入在阴极和阳极之间的固体电解质。常规的全固态电池的阴极是通过对阴极活性材料、导电材料和固体电解质进行机械球磨以提供混合粉末然后进行热压而制得的。然而，当通过机械研磨制造用于全固态电池的阴极时，不能适当地发生阴极活性材料、导电材料和固体电解质之间的界面接触，从而不期望地使电池性能劣化。另外，异质界面处电导率的变化可能引起极化现象，导致电池电阻增加，这也是不希望的。在该
技术介绍
部分中公开的以上信息仅用于增强对本公开的
技术介绍
的理解，因此，其可能包含不构成本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。专利
技术实现思路
本公开提供一种通过溶剂混合和真空干燥降低阴极活性材料、固体电解质和导电材料之间的界面电阻来制造具有改善的离子电导率的全固态电池用阴极复合物的方法。本公开还提供了一种制造全固态电池的方法，该方法包括由于材料之间的界面电阻的减小而具有改善的离子电导率的阴极层，从而提高了电池性能和容量。本公开提供了一种制造全固态电池的阴极复合物的方法，该方法包括通过混合固体电解质前体和第一溶剂来制备第一混合物；通过混合导电材料、阴极活性材料和第二溶剂来制备第二混合物；通过混合第一混合物和第二混合物制备第三混合物；通过干燥第三混合物来制造阴极复合物。固体电解质前体是Li2S，P2S5、基于Li2S-P2S5的化合物或以下化学式1表示的化合物中的至少一种：[化学式1]LiaMbScXd其中X是Cl、Br或I；M是P、N、As、Sb或Bi；a是1-10；b是1-6；c是1-10；d是1-6。基于Li2S-P2S5的化合物可能包括以3：1至4：1的摩尔比混合的Li2S和P2S5。第一溶剂和第二溶剂可以选自包括以下的组：乙醇、丙醇、丁醇、碳酸二甲酯、乙酸乙酯、四氢呋喃、1，2-二甲氧基乙烷、丙二醇二甲醚、乙腈及其组合。第一混合物可包括15至30重量％的固体电解质前体和70至85重量％的第一溶剂。导电材料可以选自超级C，超级P，科琴炭黑，登卡黑，乙炔黑，热黑，槽法黑，石墨，碳纤维，活性炭，石墨烯，碳纳米管及其组合组成的组。阴极活性材料是以下化学式2的多晶或单晶化合物：[化学式2]LiNixCoyMnzO2其中x是0-1；y是0-1；z是0-1；和x+y+z＝1。多晶化合物的平均粒径可以为3μm至12μm，单晶化合物的平均粒径可以为3μm至10μm。由化学式2表示的化合物可以选自包括以下组成的组：LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2，LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2，LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2，LiNi0.7Co0.15Mn0.15O2，LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2，LiNi0.9Co0.5Mn0.5O2及其组合。第二混合物可包括0.5至2重量％的导电材料，30至40重量％的阴极活性材料和58至69.5重量％的第二溶剂。第三混合物可以包括以4∶1至2∶1的重量比混合的第一混合物和第二混合物。通过干燥第三混合物来制造阴极复合物可包括在惰性气体气氛中，将第三混合物在0至100℃的温度和0.5至0.001mbar的压力下进行初次真空干燥0.5至4小时，然后在惰性气体气氛中，在150至450℃的温度和0.5至0.001mbar的压力下对经过初次真空干燥的第三混合物进行二次真空干燥0.5至24小时。阴极复合物可包括阴极活性材料和在阴极活性材料上形成的涂层。涂层可以由以重量比为15：1至5：1的固体电解质和导电材料混合的混合物形成。涂层可以具有0.1μm至1μm的厚度。基于100重量份的阴极活性材料，涂层的量可以为10至30重量份。另外，本公开提供了一种制造全固态电池的方法，该方法包括如上所述地制造阴极复合物；通过将阴极复合物分散在有机溶剂中来制备阴极复合物浆料；通过将阴极复合浆料涂覆在基板上来制造阴极层；通过在阴极层上涂覆固体电解质浆料来制造固体电解质层；并且通过在固体电解质层上涂覆阳极浆料来制造阳极层。根据本公开，在将固体电解质、导电材料和阴极活性材料与溶剂混合之后，通过两步真空干燥来制造用于全固态电池的阴极复合物，从而降低了阴极活性材料、固体电解质和导电材料之间的界面电阻，从而增加了离子电导率。而且，根据本公开，全固态电池包括由于材料之间的界面电阻的减小而具有改善的离子电导率的阴极层，从而提高了电池性能和容量。本公开的效果不限于前述，并且应被理解为包括可以从以下描述中合理预期的所有效果。根据本文提供的描述，其他应用领域将变得显而易见。应当理解，描述和特定示例仅旨在用于说明的目的，并不旨在限制本公开的范围。附图说明为了可以很好地理解本公开，现将通过示例的方式并参考附图描述本公开的各种形式，在附图中：图1示意性地示出根据本公开的用于全固态电池的阴极复合物的制造过程；图2是示出根据本公开的比较例1的阴极复合物的扫描电子显微镜(SEM)图像；图3是示出根据本公开的比较例2的阴极复合物的SEM图像；图4是示出根据本公开的示例1的阴极复合物的SEM图像；图5是示出根据本公开的示例2中混合的多晶阴极活性材料的SEM图像；图6是示出根据本公开的示例2的阴极复合物的SEM图像；图7是示出使用根据本公开的示例2制造的阴极复合物的全固态电池的阴极的截面的SEM图像；以及图8是使用在根据本公开的示例1和2以及比较例1和2的每一个中制造的阴极复合物的全固态电池的充电/放电曲线图。本文描述的附图仅出于说明目的，并且旨在不以任何方式限制本公开的范围。具体实施方式以下描述本质上仅是示例性的，并且并不旨在限制本公开、应用或用途。应当理解，在所有附图中，相应的附图标记表示相同或相应的部件和特性。通过结合附图进行的以下形式，将更加清楚地理解本公开的上述和其他目的、特性和优点。然而，本公开不限于本文公开的形式，并且可以修改为不同的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造全固态电池的阴极复合物的方法，所述方法包括以下步骤：/n通过混合固体电解质前体和第一溶剂来制备第一混合物；/n通过混合导电材料、阴极活性材料和第二溶剂来制备第二混合物；/n通过混合所述第一混合物和所述第二混合物来制备第三混合物；并且/n通过干燥所述第三混合物来制造阴极复合物。/n

【技术特征摘要】
20190621 KR 10-2019-00742731.一种制造全固态电池的阴极复合物的方法，所述方法包括以下步骤：
通过混合固体电解质前体和第一溶剂来制备第一混合物；
通过混合导电材料、阴极活性材料和第二溶剂来制备第二混合物；
通过混合所述第一混合物和所述第二混合物来制备第三混合物；并且
通过干燥所述第三混合物来制造阴极复合物。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述固体电解质前体是Li2S、P2S5，基于Li2S-P2S5的化合物和以下化学式1的化合物中的至少一种：
[化学式1]
LiaMbScXd
其中，
X是Cl、Br或I；
M是P、N、As、Sb或Bi；
a是1到10；
b是1到6；
c是1到10；并且
d是1到6。


3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述基于Li2S-P2S5的化合物包括以范围为3∶1至4∶1内的摩尔比混合的Li2S和P2S5。


4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一溶剂和所述第二溶剂选自包括以下的组：乙醇、丙醇、丁醇、碳酸二甲酯、乙酸乙酯、四氢呋喃、1，2-二甲氧基乙烷，丙二醇二甲醚、乙腈及其组合。


5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一混合物包含15至30重量％的所述固体电解质前体和70至85重量％的所述第一溶剂。


6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述导电材料选自包括以下的组：超级C，超级P，科琴炭黑，登卡黑，乙炔黑，热黑，槽法黑，石墨，碳纤维，活性炭，石墨烯，碳纳米管及其组合。


7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述阴极活性材料是以下化学式2的多晶或单晶化合物：
[化学式2]
LiNixCoyMnzO2
其中
x是0到1；
y是0到1；
z是0到1；并且
x+y+z＝1。


8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述多晶化合物的平均粒径为3μm至12μm，并且所述单晶化合物的平均粒径为3μm至10μm。


9.根据权利要求7所述的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋仁雨，成柱咏，金润星，闵泓锡，张容准，
申请(专利权)人：现代自动车株式会社，起亚自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR