固态电池正极的制造方法技术

本发明专利技术提出一种用于制造固态电池正极的方法，包括以下步骤：将阴极活性材料、碳、氧化物电解质和溶剂混合，将混合的阴极活性材料、碳、氧化物电解质和溶剂涂覆、干燥并浸入水性碳悬浮液中，其特征在于进行热处理，而热处理分为两个单独的热处理步骤，第一热处理和随后的第二热处理，而第一热处理在浸入水性碳悬浮液之前进行，第二热处理在浸入水性碳悬浮液之后进行，而第二热处理的最高温度等于或低于第一热处理的最高温度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】固态电池正极的制造方法
本专利技术涉及一种制造固态电池正极的方法。现有技术US2015/174790A1公开了一种正极活性材料的制造工艺。WO2016/058491A1展示了锂离子电池的电极活性材料上的碳涂层方法。CN107369828A和KR20170065982A分别公开了制造固态电池正极的方法和制造固态电池负极的方法。
技术实现思路
提出了一种用于制造固态电池正极的方法，包括涂覆电极、干燥电极、将电极浸入水性碳悬浮液中和至少部分地在浸入步骤之后的热处理等步骤。热处理分为两个独立的热处理步骤，即第一热处理和随后的第二热处理，而第一热处理在浸入水性碳悬浮液之前进行，第二热处理在浸入水性碳悬浮液之后进行。使用该优选方法，当正极中的孔隙被导电材料填充时，活性材料的活性面积增大。这有助于降低阴极电荷转移的电阻。此外，热处理的最高温度可降至低于1000℃，优选降至等于或低于900℃。这有助于降低制造成本以及防止阴极侧不需要的副反应以及降低阴极侧的电阻（欧姆或电荷转移，固态扩散），使正极性能更好。作为优选实施方式，对于第一热处理和第二热处理，建议的最大温度范围分别为600℃至900℃和550℃至850℃。优选第二热处理的最高温度等于或低于第一热处理的最高温度，以便不影响烧结的阴极材料的状态。附图说明图1示意性地显示了固态电池的示例性配置。图2示意性地显示了制造固态电池正极的方法步骤。图3示意性地示出了用于制造固态电池正极的优选方法的示例性步骤。<br>实施方式说明图1显示了固态电池的示例性配置，包括集电器11、阳极12、作为隔板的氧化物电解质13、阴极14和集电器15。虽然锂离子电池广泛应用于电动汽车，但仍存在诸如能量密度和安全性等问题。为了解决一些问题，可以用固体电解质代替液体电解质。在固体电解质中，氧化物基电解质是一种有潜力的材料，因为它在宽工作温度范围内表现出高离子导电性，同时即使在有水的情况下也能在环境空气中保持稳定，并且具有足够的硬度来阻止Li枝晶的生长。氧化物基电解质的例子有钙钛矿型（Li0.35La0.55TiO3）、石榴石型（Li5La3Ta2O12、Li7La3Zr2O12）和NASICON型（Li1+xAlxTi2-x(PO4)3，其中x=0.4）。然而，潜在的候选者表现出诸如刚度、晶界电阻和孔隙率等问题，降低了活性材料、导电材料和电解质间在烧结后的接触面积。图2中显示了正极的可能制造工艺。该工艺从步骤21即混合阴极活性材料、碳、氧化物电解质、溶剂和（任选地）粘合剂开始。之后，在步骤22中进行阴极涂覆，接着在步骤23中干燥阴极，特别是为了蒸发溶剂。在接下来的步骤24中，采用压力处理和热处理来致密化阴极。进行热处理的最高温度为1000℃至1100℃。由于氧化物电解质的刚度，需要这样的高温来实现阴极活性材料和氧化物电解质之间的充分接触。虽然这一过程产生了功能性阴极电极，但发现由于活性材料、导电材料和电解质之间的接触减少，阴极材料中仍可能留有孔隙，从而降低活性材料的活性面积。使用更高的温度会降低孔隙率，但会导致更高的成本。在图3中，显示了阴极的优选替代制造方法。该方法从步骤31即混合阴极活性材料、碳、氧化物电解质、溶剂和（任选地）粘合剂开始。之后，在步骤32中进行阴极涂覆，接着在步骤33中干燥阴极，特别是为了蒸发溶剂。干燥优选在100℃和150℃之间的最高温度下进行。在随后的步骤34中，采用压力处理和第一热处理来致密化阴极。这些步骤可以依次执行或并行执行。第一热处理优选在600℃至900℃的最高温度下进行。在随后的步骤35中，将阴极浸入水性碳悬浮液中。之后，在步骤36中进行第二热处理，优选在550℃到850℃的最高温度下进行。在这一提出的方法中，热处理优选地分为在浸入水性碳悬浮液之前和之后的两个步骤。与对于图3所述的方法相比，第一热处理的（最高）温度可降低至900℃或更低，同时仍降低了孔隙度。然而，所述温度优选地高于所述氧化材料烧结时的温度。将正极浸入水性碳悬浮液中后，进行第二热处理，以将电极孔隙中的水性碳悬浮液转化为导电材料。该碳化过程优选在550℃和900℃之间的最高温度下进行。然而，为了不影响烧结了的阴极材料的状态，第二热处理的最高温度优选与第二热处理的最高温度相同或低于第二热处理的最高温度。使用这一优选方法，当正极中的孔隙被导电材料填充时，活性材料的活性面积增加。这有助于降低阴极电荷转移的电阻。第二，热处理的最高温度可以降低到低于1000℃，优选降低到等于或低于900℃。这有助于降低制造成本以及防止阴极侧不需要的副反应以及降低阴极侧的电阻（欧姆或电荷转移，固态扩散），从而使阴极的性能更好。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.制造固态电池正极的方法，包括以下步骤：/n- 混合（31）阴极活性材料、碳、氧化物电解质和溶剂，/n- 将混合的阴极活性材料、碳、氧化物电解质和溶剂涂覆（32）、干燥（33）和浸入水性碳悬浮液中（35），/n其特征在于进行热处理（34，36），而热处理（34，36）分为两个单独的热处理步骤，即第一热处理（34）和随后的第二热处理（36），而第一热处理（34）在浸入水性碳悬浮液中（35）之前进行，第二热处理（36）在浸入水性碳悬浮液中（35）之后进行，并且第二热处理（34）的最高温度等于或低于第一热处理（36）的最高温度。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180808 EP 18187986.71.制造固态电池正极的方法，包括以下步骤：
-混合（31）阴极活性材料、碳、氧化物电解质和溶剂，
-将混合的阴极活性材料、碳、氧化物电解质和溶剂涂覆（32）、干燥（33）和浸入水性碳悬浮液中（35），
其特征在于进行热处理（34，36），而热处理（34，36）分为两个单独的热处理步骤，即第一热处理（34）和随后的第二热处理（36），而第一热处理（34）在浸入水性碳悬浮液中（35）之前进行，第二热处理（36）在浸入水性碳悬浮液中（35）之后进行，并且第二热处理（34）的最高温度等于或低于第一热处理（36）的最高温度。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一热处理（34）与压...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·金，J·Y·崔，Y·崔，H·沈，H·卢，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE