一种适用于固态电池的电极结构及其构造方法技术

本发明专利技术涉及一种固态电池电极及其构造方法。所述电极由集流体、活性物质、导电剂和粘结剂组成，其特点在于，其中的粘结剂由2种或2种以上组分构成，且其中至少一种是包含且其中至少一种是包含结构单元、具有锂离子导通能力的可溶性聚合物C。极片的构造方法在于，C是在极片涂布并干燥后通过滴涂或旋涂的方式转移至极片的。C在毛细作用下在极片孔道中形成连续的锂离子通道，因而保障了电极内有较好的离子输运，从而提升了固态电池的性能。了固态电池的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于固态电池的电极结构及其构造方法


[0001]本专利技术属于锂电池
，涉及一种适用于固态电池的电极结构及其构造方法。

技术介绍

[0002]自锂离子电池商业化以来得到迅猛的发展。由于它能量密度高、循环寿命长、无记忆效应等特点，迅速占领了便携式电子设备、电动汽车等市场。传统商用的锂离子电池在于使用有机液态电解质，这对电池的安全造成隐患。与传统锂离子电池相比，固态电池具有更高的理论能量密度、更长的循环寿命以及更高的安全，这使得固态电池收到了极大的关注。
[0003]固态电池虽然拥有许多优势，但是目前还存在着许多问题需要解决，例如固
‑
固界面接触不佳。这导致了电池与电极之间的界面电阻变大。无法达到固态电池的性能最优化。
[0004]CN201911302810.1公开了一种提高类固态电池电极界面润湿性方法，其特征在于，将电极浸泡在电解液中，将浸泡后的正极和负极极片进行冷冻，得到预埋电解液的极片，然后将正、负极片与固态电解质膜压制成型，得到类固态电池，加热使预埋的电解液熔化，润湿固态电池。虽然该方法可以有效的增加界面的润湿性，但是该方法需要的能耗较大。
[0005]因此需要提供一种新构造方法，使得制备方法简单，且可以稳定电解质/电极界面。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种适用于固态电池的电极结构及其构造方法。本专利技术提供一种是具有锂离子导通能力的可溶性聚合物或聚合物复合材料C。通过滴涂或旋涂的方式将可溶性聚合物C转移至极片上，其通过毛细作用下在极片孔道中形成连续的锂离子通道，因而促进了锂离子的传输、制作工艺简单等特点，保障了电极内有较好的离子输运，从而提升了固态电池的性能。
[0007]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术涉及一种固态电池电极，其电极包括如下组分：集流体、活性物质、导电剂和粘结剂。
[0009]本专利技术选择铝箔作为集流体，其不仅起到承载活性物质的作用，还可以将电化学反应所产生的电子汇集起来导至外电路，从而实现化学能转化为电能的过程。
[0010]优选地，活性物质选自磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰三元材料、硫或其衍生材料中的任意一种或至少两种的组合。
[0011]优选地，导电剂选自炭黑、导电石墨、碳纳米管和纳米碳纤维中的任意一种或至少两种的组合。
[0012]优选地，粘结剂由选自聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素、聚丙烯腈、聚氧化乙烯或其卤代衍生物、聚丙烯酸锂或聚丙烯酸中的一种或至少两种的组合。进一步优选聚氧化乙烯或
其卤代衍生物、聚丙烯酸锂或聚丙烯酸作为具有锂离子导通能力的可溶性聚合物或聚合物复合材料C。
[0013]本专利技术中的所述聚氧化乙烯或其卤代衍生物的摩尔质量为 600000
‑
2000000g/mol；例如600000g/mol、800000g/mol、1000000 g/mol等。
[0014]优选地，所述聚丙烯酸锂的摩尔质量为10000
‑
3000000g/mol；例如125000g/mol、240000g/mol、1000000g/mol等。
[0015]优选地，所述聚丙烯酸的摩尔质量为10000
‑
3000000g/mol。例如450000g/mol、1250000g/mol、2000000g/mol等。
[0016]当可溶性聚合物C分子量过低时，无法有效的在电极表面形成稳定的电极
‑
电解质界面膜，当分子量过高时，影响锂离子传输从而影响电池的性能。
[0017]第二方面，本专利技术提供了根据第一方面所述的固态电池电极的构造方法，其构造方法如下：
[0018](1)将活性材料、导电剂以及粘结剂以溶解制浆、涂布或干法压制的方式转移至集流体上，干燥，初步得到电极；
[0019](2)将可溶性聚合物C溶于溶剂中，形成溶液。将该溶液通过滴涂或旋涂的方法转移至电极上，然后除去溶剂，得到所述的电极构造方法。
[0020]优选地，步骤(2)所述的溶剂是有机溶剂，例如丙酮、乙醇、二甲基亚砜等溶液。
[0021]优选地，步骤(2)所制备的聚合物溶液浓度在0.05％～10％(质量百分比)之间。
[0022]优选地，步骤(2)所述地滴涂或旋涂的量为0.005
‑
0.1μL/cm2，例如0.01μL/cm2、0.05μL/cm2、0.08μL/cm2等。
[0023]过少的溶液会造成涂覆不均匀，过多的溶液可能会使孔道过长，阻碍锂离子传输。
[0024]优选地，步骤(2)所述的去除溶剂温度为50
‑
200℃，例如70℃、 90℃、120℃等。
[0025]相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：
[0026](1)本专利技术通过简单的滴涂和旋涂方法，将可溶性聚合物C转移至极片上，使得极片可以原位的形成电极
‑
电解质界面保护膜，且形成的界面保护膜具有锂离子导通能力。
[0027](2)本专利技术所提供的固态电池的电极结构及构造方法在毛细作用下为锂离子提供了连续得通道，促进锂离子传输。同样使得固态电池能在更高的倍率下表现出更高的容量。
附图说明
[0028]图1是本专利技术实施例1提供的PAA修饰的LCO的形貌图。
[0029]图2是本专利技术实施例1提供的PAA修饰的LiCoO2为正极，电解质为复合固态电解质，金属锂为负极的扣式锂金属电池的循环性能图。
具体实施方式
[0030]下面所列实例是对说明书所述内容的进一步解释，不应被视为对其所做的限制。
[0031]实施例1
[0032](1)将聚丙烯酸(PAA，M
w
＝450,000)溶于一定量的二甲基亚砜溶液中(DMSO)，60℃搅拌12h成均匀溶液，最终配置成0.5％PAA 溶液，备用。
[0033](2)将活性材料钴酸锂(LCO)、粘结剂(PVDF)以及导电炭 Super P按照质量比8:1:
1混合，加入一定量的N
‑
甲基吡咯烷酮作为溶剂，配置成正极浆料。将搅拌好的浆料均匀的涂覆在铝箔集流体上 (其中面活性负载量约为2.3mg cm
‑2)，在80℃下的鼓风烘箱中进行预干燥，挥发溶剂。用切片机把极片剪裁成直径为14mm大小的圆形极片，再放入真空烘箱中真空干燥，除去残留的溶剂。将极片放于手套箱中称量、备用，其中手套箱的水氧含量＜0.1ppm。
[0034](3)取出极片，将步骤(1)中制备好的0.5％PAA溶液用移液枪移取2μL的溶液均匀地滴涂于LCO正极极片表面上，静置30min，使溶液充分进入正极极片孔道中。然后将覆有0.5％PAA溶液地正极置于120℃下真空烘箱中48h，挥发DMSO溶剂，得到最终覆有0.2％ PAA溶液地正极极片(0.2％PAA
‑
LCO)。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.本发明公开了一种适用于固态电池的电极结构及其构造方法，其特征在于，其粘结剂由2种或2种以上组分构成，且其中至少一种组分是具有锂离子导通能力的可溶性聚合物或聚合物复合材料(简称C)；电极的构造方法特征在于，C是采用溶液滴涂或旋涂的方式转移至极片表面的，C在毛细作用下分布于极片孔道并形成连续的锂离子通道，从而得到适用于固态电池、有较好倍率性能和循环寿命的多孔电极。2.根据权利要求1所述的适用于固态电池的电极结构，其电极由活性物质、导电剂与粘结剂组成，其中活性物质为层状结构、尖晶石结构、橄榄石结构、NASICON结构或硫中的任意一种或至少两种的组合。3.根据权利要求1所述的C，其特征在于，所述可溶性聚合物骨架包含(x为大于0的自然数)或结构单元，因而具有较强的Li
+
缔合能力，并可实现Li
+

【专利技术属性】
技术研发人员：张兰，张琪鹏，张娜娜，张锁江，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：