固态电池及其制备方法技术

本发明专利技术属于电池技术领域，尤其涉及一种固态电池的制备方法，所述固态电池的制备过程在无水无氧的条件下进行，包括步骤：获取多孔金属材料；将金属纳米材料、正极粉体和第一电解质粉体混合处理，得到正极混料；将所述正极混料装填到所述多孔金属材料的结构内，进行第一次压实处理，得到正极压实层；在所述正极压实层的一侧表面沉积所述第二电解质粉体，进行第二次压实处理，得到所述正极压实层与电解质压实层的复合压实层；在无水无氧的条件下，对所述复合压实层进行电磁热烧结处理，得到正极片与电解质层的复合层。本发明专利技术固态电池的制备方法，烧结时间短，效率高，制备的固态电池电阻低，电导率高，综合性能优异。综合性能优异。综合性能优异。

【技术实现步骤摘要】
固态电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于电池
，尤其涉及一种固态电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着锂离子二次电池在消费电子通信设备、电动汽车、智能电网等领域的广泛应用。在提高锂离子二次电池能量密度的同时，对电池的安全性提出了越来越高的要求。目前，由于广泛普及的锂离子电池使用了包含可燃性有机溶剂的电解液，有机电解液存在易燃、易腐蚀和热稳定性差等安全性问题，使传统锂离子电池的发展受到限制。在实际应用时往往需要安装用于抑制短路时的温度上升的安全装置、防止短路等用于确保安全性的材料、结构、体系。而固态锂电池则被认为能够彻底解决上述问题，由于在电池内不使用可燃性的有机溶剂，固态电池认为能够实现安全装置的简化，能够实现制造成本的降低和生产率的提高。
[0003]目前，在固态锂电池的正极中往往包含正极材料、导电剂、电解质，并依靠聚合物粘结剂连成极片。一方面，极片中正极粉体、碳类导电剂和电解质等接触界面往往是点对点的接触，随后涂布在铝箔等集流体上，正极涂层中各粉体颗粒之间作用力需要粘合剂维持，进而导致极片和后续整体电池内阻过大。金属铝箔、碳类导电剂和聚合物粘结剂在电极中限制了电极的制成温度，当制成温度高于200℃时，容易导致聚合物粘结剂分解，金属铝箔集流体的表面变性，更高温度下金属铝箔、碳类导电剂也可能还原硫化物等正极材料，如铝硫热反应发生，导致正极失效。另一方面，现有硫化物电解质类的固态锂电池，存在整体电阻大，正极中各粉体颗粒接触界面小，存在孔隙多，依靠聚合物粘结剂粘连成极片，常出现电极极片中活性物质电化容量无法正常发挥，存在较多“死”颗粒，即无导电网络连接的粉体颗粒。再一方面，由于现有固态电池正极片中存在聚合物粘结剂，采用热辐射或热传导烧结，不但电转化热效率低，烧结时间长，极片内外受热不均，烧结效果不佳；而且聚合物粘结剂在加热过程中易受热分解，往往需要抽气排出分解气体，此时极片易出现掉粉。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种固态电池的制备方法，旨在一定程度上解决现有固态电池的极片稳定性差，制成温度、时间等工艺受限，且电池内阻大电化学性能不佳等技术问题。
[0005]本专利技术的另一目的在于提供一种固态电池。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种固态电池的制备方法，固态电池的制备过程在无水无氧的条件下进行，包括以下步骤：
[0008]获取多孔金属材料；
[0009]将金属纳米材料、正极粉体和第一电解质粉体混合处理，得到正极混料；
[0010]将所述正极混料装填到所述多孔金属材料内，进行第一次压实处理，得到正极压
实层；
[0011]在所述正极压实层的一侧表面沉积第二电解质粉体，进行第二次压实处理，得到所述正极压实层与电解质压实层的复合压实层；
[0012]对所述复合压实层进行电磁热烧结处理，得到正极片与电解质层的复合层。
[0013]优选地，对所述复合压实层进行电磁热烧结处理的步骤包括：在无水无氧，频率为20～60千赫的交变磁场条件下，对所述复合压实层烧结处理0.01秒～5分钟。
[0014]优选地，所述多孔金属材料的开口孔径为0.25毫米～0.4毫米，孔隙率90％～98％，通孔率大于90％；和/或，
[0015]获取多孔金属材料的步骤包括：获取泡沫镍、泡沫铁、泡沫钴中的至少一种；或者，将若干个镍筛网、钴筛网、铁筛网中的至少一种金属筛网进行叠层压合处理，得到多孔金属材料。
[0016]优选地，所述金属纳米材料、所述正极粉体和所述第一电解质粉体的质量比为(3-10)：(40-70)：(20-40)；和/或，
[0017]所述金属纳米材料选自：镍粉、钴粉、铁粉中的至少一种；和/或，
[0018]所述正极粉体选自：镍基硫化、铁基硫化物、钴基硫化物中的至少一种；和/或，
[0019]所述第一电解质粉体和所述第二电解质粉体分别独立地选自硫化物电解质。
[0020]优选地，所述金属纳米材料选自：羰基铁粉、羰基镍粉、羰基钴粉中的至少一种；和/或，
[0021]所述金属纳米材料为非晶相；和/或，
[0022]所述硫化物电解质选自：Li
11-x
M
2-x
P
1+x
S
12
、Li6PS5A、Li7P3S
11
中的至少一种，其中，M选自Ge、Sn、Si中的一种；x为0～2；A选自Cl、Br、I中的一种。
[0023]优选地，所述金属纳米材料的粒径不大于30纳米；和/或，
[0024]所述正极粉体的粒径为100纳米～50微米；和/或，
[0025]所述第一电解质粉体的粒径为100纳米～20微米；
[0026]所述正极压实层的厚度为50微米～600微米；和/或，
[0027]所述电解质压实层的厚度为1～50微米。
[0028]优选地，所述金属纳米材料和所述正极粉体中含有相同的金属元素；和/或，
[0029]所述第一电解质粉体与所述第二电解质粉体选自相同的电解质材料。
[0030]优选地，对所述复合压实层进行电磁热烧结处理的条件还包括：在对所述复合压实层施加压力的条件下进行烧结处理。
[0031]相应的，一种固态电池，包括依次叠层设置的正极片、电解质层和负极片；其中，所述正极片包括多孔金属材料和填充在所述多孔金属材料内的正极混料，所述正极混料包括金属纳米材料、正极粉体和第一电解质粉体。
[0032]优选地，所述多孔金属材料的开口孔径为0.25毫米～0.4毫米，孔隙率90％～98％，通孔率大于90％；和/或，
[0033]所述金属纳米材料、所述正极粉体和所述第一电解质粉体的质量比为(3-10)：(40-70)：(20-40)；和/或，
[0034]所述金属纳米材料选自：镍粉、钴粉、铁粉中的至少一种；和/或，
[0035]所述正极粉体选自：镍基硫化、铁基硫化物、钴基硫化物中的至少一种；和/或，
[0036]所述第一电解质粉体选自硫化物电解质；和/或，
[0037]所述金属纳米材料的粒径不大于30纳米；和/或，
[0038]所述正极粉体的粒径为100纳米～50微米；和/或，
[0039]所述第一电解质粉体的粒径为100纳米～20微米；和/或，
[0040]所述正极片的厚度为50微米～600微米；和/或，
[0041]所述电解质层的厚度为1～50微米。
[0042]本专利技术提供的固态电池的制备方法在无水无氧的条件下进行，避免水分和氧气对电池材料性能的影响，采用三维的多孔金属材料为集流体，以金属纳米材料为导电剂，与正极粉体和第一电解质粉体混合后，装填到多孔金属材料的集流体的孔洞结构中，压实后形成复合的正极压实层。其中，三维多孔金属材料不但具有非流动性，能够将混合均匀的正极混料束缚在三维多孔金属材料的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固态电池的制备方法，其特征在于，固态电池的制备过程在无水无氧的条件下进行，包括以下步骤：获取多孔金属材料；将金属纳米材料、正极粉体和第一电解质粉体混合处理，得到正极混料；将所述正极混料装填到所述多孔金属材料内，进行第一次压实处理，得到正极压实层；在所述正极压实层的一侧表面沉积第二电解质粉体，进行第二次压实处理，得到所述正极压实层与电解质压实层的复合压实层；对所述复合压实层进行电磁热烧结处理，得到正极片与电解质层的复合层。2.如权利要求1所述的固态电池的制备方法，其特征在于，对所述复合压实层进行电磁热烧结处理的步骤包括：在无水无氧，频率为20～60千赫的交变磁场条件下，对所述复合压实层烧结处理0.01秒～5分钟。3.如权利要求1或2所述的固态电池的制备方法，其特征在于，所述多孔金属材料的开口孔径为0.25毫米～0.4毫米，孔隙率90％～98％，通孔率大于90％；和/或，获取多孔金属材料的步骤包括：获取泡沫镍、泡沫铁、泡沫钴中的至少一种；或者，将若干个镍筛网、钴筛网、铁筛网中的至少一种金属筛网进行叠层压合处理，得到多孔金属材料。4.如权利要求3所述的固态电池的制备方法，其特征在于，所述金属纳米材料、所述正极粉体和所述第一电解质粉体的质量比为(3-10)：(40-70)：(20-40)；和/或，所述金属纳米材料选自：镍粉、钴粉、铁粉中的至少一种；和/或，所述正极粉体选自：镍基硫化物、铁基硫化物、钴基硫化物中的至少一种；和/或，所述第一电解质粉体和所述第二电解质粉体分别独立地选自硫化物电解质。5.如权利要求4所述的固态电池的制备方法，其特征在于，所述金属纳米材料选自：羰基铁粉、羰基镍粉、羰基钴粉中的至少一种；和/或，所述金属纳米材料为非晶相；和/或，所述硫化物电解质选自：Li
11-x
M
2-x
P
1+x
S
12
、Li6PS5A、Li...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ七四专利代理机构，
申请(专利权)人：恒大新能源技术深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：