一体化正极及其制备方法、固态电池技术

本发明专利技术属于固态电池技术领域，具体涉及一种一体化正极及其制备方法、固态电池。本发明专利技术一体化正极包括金属集流体、金属硫化物正极材料、硫化物电解质和金属导电剂，其中金属集流体具有多孔结构，金属硫化物正极材料、硫化物电解质形成混合物并至少填充于多孔结构中，金属导电剂至少分散于混合物中。本发明专利技术一体化电极中的金属集流体将金属硫化物正极材料、硫化物电解质束缚在微小区域，提高了电接触面积；金属导电剂与金属集流体形成三维导电网络，使一体化正极具有优异的导电性能。本发明专利技术一体化电极通过烧结处理、超声处理制备得到，具有较高的致密度和一定的柔性，作为固态电池的正极时便于转移组装，具有较好的应用前景。具有较好的应用前景。具有较好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一体化正极及其制备方法、固态电池


[0001]本专利技术属于固态电池
，具体涉及一种一体化正极及其制备方法，以及一种固态电池。

技术介绍

[0002]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。其中，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形等问题，更高温度下金属铝箔、碳类导电剂还可能还原硫化物等正极材料，如发生铝硫热反应，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具有整体电阻大、正极中各粉体颗粒接触界面小、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等问题，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。此外，常用的碳导电剂颗粒粒径大，难分散均一，故形成的导电网络传输电子等性能较差。
[0003]由此可见，提升固态电池的导电性能是目前亟需解决的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种一体化正极及其制备方法，以及一种固态电池，旨在解决现有固态电池正极中因添加粘合剂以提升正极材料、电解质和导电剂之间接触面积而引起的导电性能较差的技术问题。
[0005]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：
[0006]本专利技术一方面提供了一种一体化正极，包括金属集流体、金属硫化物正极材料、硫化物电解质和金属导电剂；所述金属集流体具有多孔结构；所述金属硫化物正极材料和所述硫化物电解质形成混合物，并至少填充于所述多孔结构中；所述金属导电剂至少分散于所述混合物中。
[0007]本专利技术另一方面提供一种一体化正极的制备方法，包括如下步骤：
[0008]提供金属硫化物正极材料、硫化物电解质和金属集流体；
[0009]将所述金属硫化物正极材料、所述硫化物电解质的混合物至少填装于所述金属集流体的多孔结构中，得到极片；
[0010]所述极片经烧结处理，然后浸渍于液态金属羰基化合物中进行超声处理，得到所述一体化正极。
[0011]本专利技术再一方面提供一种固态电池，其包括上述的一体化正极或上述一体化正极
的制备方法制备得到的一体化正极。
[0012]本专利技术提供的一体化正极，通过将金属硫化物正极材料和硫化物电解质形成的混合物填充于具有多孔结构的金属集流体中，由于金属集流体具有非流动性，其多孔结构可将金属硫化物正极材料和硫化物电解质束缚在微小区域，各组分之间由点接触界面变为面接触界面，提高了电接触面积，使所得一体化正极的导电性能得到提升；其次，金属导电剂至少分散于金属硫化物正极材料和硫化物电解质形成的混合物中，可以与金属集流体形成了连续的导电网络，进一步提升了所得一体化正极的导电性能；再次，本专利技术提供的一体化正极不含有粘结剂、碳类导电剂和溶剂，可避免粘结剂引起的内阻过大以及碳类导电剂难以分散均一的问题；最后，本专利技术提供的一体化正极将集流体、正极材料、电解质和导电剂集为一体，便于后续电池的组装。
[0013]本专利技术提供的一体化正极的制备方法通过气液固三相法制备一体化正极，其中，由于该一体化正极未添加粘合剂、碳类导电剂和溶剂，因此在制备过程中，可突破传统固态电池正极极片在制备时的烧结温度不能超过200℃的限制，极大地提高了正极极片的温度制成范围。同时，本专利技术提供的一体化正极通过将金属硫化物正极材料、硫化物电解质和金属集流体经高温烧结处理，使所得一体化正极不掉粉，具有较高的致密度和一定的柔性，作为固态电池的正极时便于转移组装。此外，本专利技术提供的一体化电池的制备方法利用了液态金属羰基化合物可以发生超声空化现象，将烧结处理后的极片浸渍于液态金属羰基化合物中进行超声处理，液态金属羰基化合物在高频超声波的作用下生成超细金属微粒作为金属导电剂，并至少原位附着沉积在金属硫化物正极材料和硫化物电解质的混合物中，形成均匀的超薄金属层。通过将该方法生成的初生态超细金属微粒作为金属导电剂，具有粒径小、比表面积大的优点，可以生成良好的导电网络，有利于进一步提升所得一体化正极的导电性能。
[0014]本专利技术提供的固态电池包含上述一体化正极，由于该一体化正极具有良好的导电性能和集成性，因此，包含该一体化正极的固态电池也具有良好的电化学性能和集成性，更有利于生产和组装，在固态电池的规模化生产中具有潜在的应用前景。
附图说明
[0015]图1为本专利技术实施例将羰基铁经超声空化生成超细金属铁微粒并沉积在金属泡沫集流体内外表面，以及金属硫化物正极材料和硫化物电解质的混合物颗粒表面的示意图；
[0016]图2为本专利技术实验例所得沉积有纳米铁微粒的石墨片的SEM图；
[0017]图3为本专利技术实验例所得沉积有纳米铁微粒的石墨片的XRD图。
具体实施方式
[0018]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和技术效果更加清楚，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。结合本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行；所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0019]在本专利技术的描述中，术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0020]在本专利技术的描述中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a-b(即a和b),a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。
[0021]需要理解的是，本专利技术实施例中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本专利技术实施例相关组分的含量按比例放大或缩小均在本专利技术公开的范围之内。具体地，本专利技术实施例中所述的重量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。
[0022]另外，除非上下文另外明确地使用，否则词的单数形式的表达应被本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种一体化正极，其特征在于，包括金属集流体、金属硫化物正极材料、硫化物电解质和金属导电剂；所述金属集流体具有多孔结构；所述金属硫化物正极材料和所述硫化物电解质形成混合物，并至少填充于所述多孔结构中；所述金属导电剂至少分散于所述混合物中。2.根据权利要求1所述的一体化正极，其特征在于，所述金属导电剂选自铁、镍、钴中的至少一种；和/或所述金属导电剂的粒径为0.5nm-5nm。3.根据权利要求1所述的一体化正极，其特征在于，所述金属集流体选自泡沫金属、金属筛网中的至少一种；和/或所述金属集流体的厚度为20μm-200μm；所述金属硫化物正极材料选自Fe2S3、FeS、NiS、Ni2S3、CoS、Co2S3中的至少一种；和/或所述硫化物电解质选自Li2S-SiS2基电解质、LiX-Li2S-SiS2基电解质、Li2S-P2S5基电解质、LiX-Li2S-P2S5基电解质中的至少一种，且X为卤族元素。4.根据权利要求3所述的一体化正极，其特征在于，所述泡沫金属的材质选自铁、镍、钴中的至少一种；和/或所述金属筛网的材质选自铁、镍、钴、不锈钢中的至少一种；和/或所述金属筛网为多层金属筛网。5.根据权利要求1-4任一项所述的一体化正极，其特征在于，所述金属硫化物正极材料中的金属元素、所述金属导电...

【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：上海卡耐新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：