准固态电池极片及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了准固态电池极片及其制备方法和应用，包括：(1)将电极活性材料与第一粉体材料混合，烧结，以便使第一粉体材料在电极活性材料表面形成包覆层；(2)将步骤(1)所得产品与第二粉体材料、导电剂、第一粘结剂和第一溶剂混合，以便得到第一浆料；(3)将第一浆料涂布在集流体上，辊压，以便得到初始极片；(4)将第三粉体材料、第二粘结剂和第二溶剂混合，以便得到第二浆料；(5)将第二浆料涂覆在所述初始极片的至少部分表面上，以便得到准固态电池极片。该准固态电池极片在不降低电池倍率性能前提下，有效避免了电芯充放电过程中的体积膨胀/收缩、电解液润湿性、抑制锂枝晶的生长、电极界面副反应等问题的发生。

【技术实现步骤摘要】
准固态电池极片及其制备方法和应用
本专利技术属于准固态电池
，具体涉及一种准固态电池极片及其制备方法和应用。
技术介绍
随着全球新能源电动汽车浪潮席卷，其销量逐年增长，但是随之而来的是安全事故的增加，安全性问题日益凸显，可燃的液态有机电解液是电池自燃的主要原因。所以在各类新型电池体系中，固态电池最有希望替代目前的液态锂电池，这已成为产业与科学界的共识。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，由于固态电解质具有不可燃、无腐蚀、不挥发、不存在漏液等优点，在高压下更稳定，允许电池在高电压下工作，从而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，并减轻了系统重量，实现了能量密度的同步提升。但是固态电池中的固体电解质界面阻抗偏大、材料离子电导率偏低、倍率性能差、循环稳定性兼容性欠佳等问题一直未能有效解决，因此在短期内没有有效方法解决上述问题的情况下，需要一种折中方案解决上述的问题。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种准固态电池极片及其制备方法和应用。该准固态电池极片在不降低电池倍率性能前提下，有效避免了电芯充放电过程中的体积膨胀/收缩、电解液润湿性、抑制锂枝晶的生长、电极界面副反应等问题的发生。在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种制备准固态电池极片的方法。根据本专利技术的实施例，所述方法包括：(1)将电极活性材料与第一粉体材料混合，烧结，以便使所述第一粉体材料在所述电极活性材料表面形成包覆层；(2)将步骤(1)所得产品与第二粉体材料、导电剂、第一粘结剂和第一溶剂混合，以便得到第一浆料；(3)将所述第一浆料涂布在集流体上，辊压，以便得到初始极片；(4)将第三粉体材料、第二粘结剂和第二溶剂混合，以便得到第二浆料；(5)将所述第二浆料涂覆在所述初始极片的至少部分表面上，以便得到准固态电池极片。根据本专利技术实施例的制备上述准固态电池极片的方法，将电极活性材料与第一粉体材料混合，经过烧结，第一粉体材料烧结过程中融化后形成核壳结构的表面包覆层，第一粉体材料依靠化学键作用包覆在电极活性材料表面，该包覆层结构稳定，并且接触阻抗小。在第一浆料中添加第二粉体材料，形成初始极片，第二粉体材料作为固体电解质主要是起导离子作用，降低界面阻抗，同时还能保护电极避免电池热失控的发生。在初始极片的表面涂覆高孔隙率的复合涂覆层，该复合涂覆层中包括第三粉体材料。高孔隙率作用主要是锂离子能快速通过上述复合涂覆层，界面阻抗会小一些，而低孔隙率会增加阻抗。上述复合涂覆层会保护电极避免电池热失控的发生，有效避免了电芯充放电过程中的体积膨胀/收缩、电解液润湿性、抑制锂枝晶的生长、电极界面副反应等问题的发生。第三粉体材料作为固体电解质主要是起导离子作用，降低界面阻抗，同时保护电极避免电池热失控的发生。上述方法制备得到的准固态电池极片在不降低电池倍率性能前提下，有效避免了电芯充放电过程中的体积膨胀/收缩、电解液润湿性、抑制锂枝晶的生长、电极界面副反应等问题的发生。在准固态电池进行针刺时，能阻止内短路最严重的情况发生，即铝箔和负极LiC6和C6接触，从而避免电池的冒烟和起火爆炸的可能。另外，根据本专利技术上述实施例的制备准固态电池极片的方法还可以具有如下附加的技术特征：在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1)中，所述电极活性材料与第一粉体材料质量比为100：(2～4)。在本专利技术的一些实施例中，所述包覆层的厚度为1～10nm。在本专利技术的一些实施例中，步骤(3)中形成的涂覆层的厚度为10～200um。在本专利技术的一些实施例中，步骤(5)中形成的涂覆层的厚度为5～30um。在本专利技术的一些实施例中，步骤(5)中形成的复合涂覆层的厚度为5～12um。在本专利技术的一些实施例中，步骤(5)中形成的涂覆层的孔隙率为30％～60％。在本专利技术的一些实施例中，所述第一粉体材料的粒径不大于300nm。在本专利技术的一些实施例中，所述第二粉体材料的D50粒径为0.1～35um。在本专利技术的一些实施例中，所述第三粉体材料的D50粒径为0.1～10um。在本专利技术的一些实施例中，所述第一粉体材料选自NASCION型固态电解质、LISCION固态电解质、石榴石型固态电解质、钙钛矿型固态电解质、硫化物电解质、聚合物电解质、Al2O3、SiO2、ZnO2、ZrO2、TiO2、γ-AlOOH、BaTiO3、Mg(OH)2、聚乙烯和聚丙烯中的至少之一。在本专利技术的一些实施例中，第二粉体材料选自NASCION型固态电解质、LISCION固态电解质、石榴石型固态电解质、钙钛矿型固态电解质、硫化物电解质、聚合物电解质、Al2O3、SiO2、ZnO2、ZrO2、TiO2、γ-AlOOH、BaTiO3、Mg(OH)2、聚乙烯和聚丙烯中的至少之一。在本专利技术的一些实施例中，第三粉体材料选自NASCION型固态电解质、LISCION固态电解质、石榴石型固态电解质、钙钛矿型固态电解质、硫化物电解质、聚合物电解质、Al2O3、SiO2、ZnO2、ZrO2、TiO2、γ-AlOOH、BaTiO3、Mg(OH)2、聚乙烯和聚丙烯中的至少之一。在本专利技术的一些实施例中，所述电极活性材料、第二粉体材料、导电剂和第一粘结剂的质量比为(90～97)：(2～10)：(1～10)：(2～10)。在本专利技术的一些实施例中，所述第三粉体材料与所述第二粘结剂的质量比为(80～96)：(2～10)。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(4)中，所述第二浆料中还包括成孔剂。在本专利技术的一些实施例中，所述第三粉体材料、成孔剂与所述第二粘结剂的质量比为(80～96)：(2～10)：(2～10)。在本专利技术的一些实施例中，所述成孔剂选自LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiBOB、LiI、LiFSI、LiTf、LiIm、LiDFOB、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2、吡咯类成孔剂、咪唑类成孔剂、链状季铵盐类成孔剂、哌啶类成孔剂和甘油中的至少之一。在本专利技术的一些实施例中，所述第一粘结剂选自PVDF、PVDF-HFP、PI、PA、PAI、PVA、PAA、SBR、CMC、PMA、PMMA、PEO、PAN、LA132、LA133和海藻酸钠中的至少之一。在本专利技术的一些实施例中，所述第二粘结剂选自PVDF、PVDF-HFP、PI、PA、PAI、PVA、PAA、SBR、CMC、PMA、PMMA、PEO、PAN、LA132、LA133和海藻酸钠中的至少之一。在本专利技术的一些实施例中，所述导电剂选自导电炭黑、导电石墨、超导炭黑、乙炔炭黑、科琴黑、碳纳米管、VGCF和石墨烯中的至少之一。在本专利技术的一些实施例中，所述极片为正极极片。在本专利技术的一些实施例中，所述正极极片的正极活性材料选自钴酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、锰酸锂、三元材料和富锂锰中的至少之一。在本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备准固态电池极片的方法，其特征在于，包括：/n(1)将电极活性材料与第一粉体材料混合，烧结，以便使所述第一粉体材料在所述电极活性材料表面形成包覆层；/n(2)将步骤(1)所得产品与第二粉体材料、导电剂、第一粘结剂和第一溶剂混合，以便得到第一浆料；/n(3)将所述第一浆料涂布在集流体上，辊压，以便得到初始极片；/n(4)将第三粉体材料、第二粘结剂和第二溶剂混合，以便得到第二浆料；/n(5)将所述第二浆料涂覆在所述初始极片的至少部分表面上，以便得到准固态电池极片。/n

【技术特征摘要】
1.一种制备准固态电池极片的方法，其特征在于，包括：
(1)将电极活性材料与第一粉体材料混合，烧结，以便使所述第一粉体材料在所述电极活性材料表面形成包覆层；
(2)将步骤(1)所得产品与第二粉体材料、导电剂、第一粘结剂和第一溶剂混合，以便得到第一浆料；
(3)将所述第一浆料涂布在集流体上，辊压，以便得到初始极片；
(4)将第三粉体材料、第二粘结剂和第二溶剂混合，以便得到第二浆料；
(5)将所述第二浆料涂覆在所述初始极片的至少部分表面上，以便得到准固态电池极片。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述电极活性材料与第一粉体材料质量比为100：(2～4)；
任选地，所述包覆层的厚度为1～10nm；
任选地，步骤(3)中形成的涂覆层的厚度为10～200um；
任选地，步骤(5)中形成的涂覆层的厚度为5～30um；
任选地，步骤(5)中形成的涂覆层的孔隙率为30％～60％；
任选地，所述第一粉体材料的粒径不大于300nm；
任选地，所述第二粉体材料的D50粒径为0.1～35um；
任选地，所述第三粉体材料的D50粒径为0.1～10um。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一粉体材料选自NASCION型固态电解质、LISCION固态电解质、石榴石型固态电解质、钙钛矿型固态电解质、硫化物电解质、聚合物电解质、Al2O3、SiO2、ZnO2、ZrO2、TiO2、γ-AlOOH、BaTiO3、Mg(OH)2、聚乙烯和聚丙烯中的至少之一；
任选地，第二粉体材料选自NASCION型固态电解质、LISCION固态电解质、石榴石型固态电解质、钙钛矿型固态电解质、硫化物电解质、聚合物电解质、Al2O3、SiO2、ZnO2、ZrO2、TiO2、γ-AlOOH、BaTiO3、Mg(OH)2、聚乙烯和聚丙烯中的至少之一；
任选地，第三粉体材料选自NASCION型固态电解质、LISCION固态电解质、石榴石型固态电解质、钙钛矿型固态电解质、硫化物电解质、聚合物电解质、Al2O3、SiO2、ZnO2、ZrO2、TiO2、γ-AlOOH、BaTiO3、Mg(OH)2、聚乙烯和聚丙烯中的至少之一。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电极活性材料、第二粉体材料、导电剂和...

【专利技术属性】
技术研发人员：张博，赵启元，张国军，刘永飞，梁世硕，
申请(专利权)人：昆山宝创新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32