一种固态电池用极片及其制备方法和用途技术

本发明专利技术提供了一种固态电池用极片及其制备方法和用途，所述制备方法包括以下步骤：(1)将极片浆料涂覆于集流体上，制备得到不含固态电解质的极片；(2)将固态电解质溶液浸入步骤(1)所述不含固态电解质的极片中，干燥，成型，得到所述固态电池用极片。本发明专利技术能够使用目前液态电池中成熟的粘结剂、溶剂体系，避免固态电池中大量溶剂及粘结剂的筛选过程，同时相对于传统的固态电池电极制作方法，该发明专利技术能够提升极片的机械强度以及倍率性能。升极片的机械强度以及倍率性能。

【技术实现步骤摘要】
一种固态电池用极片及其制备方法和用途


[0001]本专利技术属于固态电池
，涉及一种固态电池用极片及其制备方法和用途。

技术介绍

[0002]固态电池是一种电池科技。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液，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。
[0003]传统液态电池的正极极片由：正极活性物质、粘结剂、导电碳以及集流体构成，正极极片之中的锂离子传导主要由后续注液工步中注入的电解液来承担。但在固态电池之中，没有机液态电解液的添加；所以固态电池的正极极片是由：正极活性物质、粘结剂、导电碳、固态电解质以及集流体构成；相较于液态电池的正极，固态电池的正极极片中需添加固态电解质来起到传导锂离子的作用。
[0004]CN108232111A公开了一种固态电池用的复合正极极片此复合正极极片由活性材料、导电剂A、导电剂B、粘结剂、聚氧化乙烯、锂盐构成；一种固态电池用的复合正极极片的制备方法，所述制备方法包括：首先将粘结剂溶于NMP溶液中，之后添加导电剂A，分散之后，继续添加导电剂B，之后将活性材料、聚氧化乙烯以及锂盐按照质量比分别添加到胶液中进行分散搅拌，制备成正极浆料；采用涂布机将正极浆料涂布在集流体上，收卷后的极片在真空烤箱中进行干燥，对干燥后的电极片进行辊压，分切得到复合正极极片。
[0005]目前制作固态电池正极极片的工艺步骤主要为：将正极活性物质、粘结剂、导电碳、固态电解质与溶剂，一同经匀浆、涂布、干燥、压实后制得固态电池正极极片。但上述方法存在显著的缺陷，由于固态电解质(特别是硫化物电解质)对于溶剂极为敏感，在匀浆步骤中若使用液态电池中常用的溶剂如NMP、H2O等会使得固态电解质发生严重的反应，从而会造成其电导率下降数个数量级。所以固态电池中只能选用与固态电解质相对稳定的溶剂，然而这些溶剂均为非极性或极性很低的物质，这就造成这些低极性的溶剂不能溶解目前大多数液态电池中使用的粘结剂，如PVDF、PAA系列等；也不能使用各类水系的分散液，如SBR的水分散乳液、PTFE的水分散乳液等(因为水的极性高，与硫化物电解质极不稳定)。由于低极性的溶剂仅能溶解极少数低分子量的粘结剂，这就造成可用于固态电池的粘结剂及溶剂的组合非常有限；并且由于能够使用的粘结剂分子量低、选择种类少，就导致由传统方式制作的固态电池极片机械强度较低，容易出现掉料、涂层脱落的情况；有时为了提高极片涂层的机械强度就需要添加更多的粘结剂，这就造成极片中的活性物质比例减少，进而造成能量密度的降低；同时，粘结剂含量的增加会阻碍锂离子以及电子在极片中的传递，造成充放电过程中极化的增大以及电池倍率性能的下降。
[0006]如何解决目前制备固态电池极片时溶剂、粘结剂选择受限，导致电池性能有所下降，是急需解决的一项技术问题。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种固态电池用极片及其制备方法和用途。本专利技术能够使用目前液态电池中成熟的粘结剂、溶剂体系，避免固态电池中大量溶剂及粘结剂的筛选过程，同时相对于传统的固态电池电极制作方法，该专利技术能够提升极片的机械强度以及倍率性能。
[0008]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供一种固态电池用极片的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0010](1)将极片浆料涂覆于集流体上，制备得到不含固态电解质的极片；
[0011](2)将固态电解质溶液浸入步骤(1)所述不含固态电解质的极片中，干燥，成型，得到所述固态电池用极片。
[0012]传统方式制作的固态电池极片机械强度较低，容易出现掉料、涂层脱落的情况；有时为了提高极片涂层的机械强度就需要添加更多的粘结剂，这就造成极片中的活性物质比例减少，进而造成能量密度的降低；同时，粘结剂含量的增加会阻碍锂离子以及电子在极片中的传递，造成充放电过程中极化的增大以及电池倍率性能的下降。
[0013]因此本专利技术首先制备不含固态电解质的极片，再将固态电解质溶解于对其稳定的溶剂后，再将固态电解质溶液浸润于极片的孔隙之中，经干燥后制成固态电池极片。
[0014]本专利技术能够使用目前液态电池中成熟的粘结剂、溶剂体系，避免固态电池中大量溶剂及粘结剂的筛选过程，同时相对于传统的固态电池电极制作方法，本专利技术能够提升极片的机械强度以及倍率性能。上述制备方法也可以在最大程度上利用现有液态电池极片的设备与产线，从而达到节约成本的目的。
[0015]优选地，步骤(1)所述不含固态电解质的极片的孔隙率为40～80％，例如40％、50％、60％、70％或80％等。
[0016]步骤(1)所述不含固态电解质的极片未经压实且固含量较低，使得其孔隙率较大，具有大量的连贯孔隙，从而有利于步骤(2)中固态电解质溶液的浸入。
[0017]优选地，所述固态电池用极片的孔隙率≤30％，例如30％、25％、20％或15％等。
[0018]优选地，步骤(2)所述固态电解质溶液中溶剂的含水量≤20ppm，例如20ppm、19ppm、18ppm、17ppm、16ppm、15ppm或10ppm等。
[0019]优选地，步骤(2)所述固态电解质溶液的溶剂包括绝对乙醇和/或无水乙腈。
[0020]步骤(2)所述固态电解质溶液的溶剂具有以下优点：不能溶解步骤(1)中所使用的粘结剂；对所使用的固态电解质相对稳定；该溶剂应经充分干燥，含水量在20ppm以下；能够溶解所使用的固态电解质。
[0021]优选地，步骤(2)所述成型包括压片成型。
[0022]优选地，所述不含固态电解质的极片包括不含固态电解质的正极极片和/或不含固态电解质的负极极片。
[0023]优选地，所述不含固态电解质的正极极片的制备方法包括：
[0024]将正极活性物质、导电碳和正极粘结剂溶胶混合，得到正极浆料，然后将所述正极浆料涂覆于正极集流体上，烘干，得到所述不含固态电解质的正极极片。
[0025]本专利技术中，对正极活性物质不作特别限定，可以为NCM811、磷酸铁锂、钴酸锂、镍酸
锂、锰酸锂、锰镍钴复合氧化物或锂钒氧化物等；也可以为不含锂的物质，如硫、硫化铁、氟化铁、氟化铜或氧化锰等。
[0026]优选地，所述正极浆料中的固含量为30～70％，例如30％、40％、50％、60％或70％等。
[0027]优选地，所述不含固态电解质的正极极片的孔隙率为40～80％，例如40％、50％、60％、70％或80％等。
[0028]优选地，所述正极粘结剂溶胶中的粘结剂包括聚偏氟乙烯、苯乙烯、丁苯橡胶、丁腈橡胶、聚丙烯酸或聚四氟乙烯中的任意一种或至少两种的组合。
[0029]优选地，所述正极粘结剂溶胶中的溶剂包括N-甲基吡咯烷酮和/或二甲基亚砜。
[0030]优选地，所述正极粘结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固态电池用极片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)将极片浆料涂覆于集流体上，制备得到不含固态电解质的极片；(2)将固态电解质溶液浸入步骤(1)所述不含固态电解质的极片中，干燥，成型，得到所述固态电池用极片。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述不含固态电解质的极片的孔隙率为40～80％；优选地，所述固态电池用极片的孔隙率≤30％；优选地，步骤(2)所述固态电解质溶液中溶剂的含水量≤20ppm；优选地，步骤(2)所述固态电解质溶液的溶剂包括绝对乙醇和/或无水乙腈；优选地，步骤(2)所述成型包括压片成型。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述不含固态电解质的极片包括不含固态电解质的正极极片和/或不含固态电解质的负极极片。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述不含固态电解质的正极极片的制备方法包括：将正极活性物质、导电碳和正极粘结剂溶胶混合，得到正极浆料，然后将所述正极浆料涂覆于正极集流体上，烘干，得到所述不含固态电解质的正极极片；优选地，所述正极浆料中的固含量为30～70％；优选地，所述不含固态电解质的正极极片的孔隙率为40～80％；优选地，所述正极粘结剂溶胶中的粘结剂包括聚偏氟乙烯、苯乙烯、丁苯橡胶、丁腈橡胶、聚丙烯酸或聚四氟乙烯中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述正极粘结剂溶胶中的溶剂包括N-甲基吡咯烷酮和/或二甲基亚砜；优选地，所述正极粘结剂溶胶中的固含量为2～10％。5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述不含固态电解质的负极极片的制备方法包括：将负极活性物质、导电碳和负极粘结剂溶胶混合，得到负极浆料，然后将所述负极浆料涂覆于负极集流体上，烘干，得到所述不含固态电解质的负极极片；优选地，所述负极浆料中的固含量为30～70％；优选地，所述不含固态电解质的负极极片的孔隙率为40～80％；优选地，所述负极粘结剂溶胶中的粘结剂包括丁苯橡胶和/或聚丙烯酸；优选地，所述负极粘结剂溶胶中的溶剂包括水。6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，...

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