一种适用于全固态电池的复合负极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于全固态电池的复合负极及其制备方法，包括以下步骤：将负极活性物质球磨混合；在惰性气体保护下，将混合后的负极活性物质与固态电解质球磨混合，获得复合负极；铟颗粒呈点状分布在整个复合负极中。本发明专利技术针对现有技术存在的缺失，进行了创新性的改进，开发了一种适用于全固态电池的新型负极结构，解决了在高倍率下，石墨负极或硅碳负极嵌锂速率慢，易发生充电析锂，造成电化学性能差的问题。本发明专利技术的制备方法简单，易于规模化生产，可实现高倍率下全固态锂电池的稳定循环。环。环。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于全固态电池的复合负极及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电池
，具体涉及一种适用于全固态电池的复合负极及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着科学技术的高速发展、生活水平的不断提高，人们对锂离子电池有了更高的要求，如高安全性，高能量密度和高倍率快充等。为了实现这一需求，采用不可燃的固态电解质替换可燃性有机液态电解液，同时适配高能量正负极，有望实现安全性和能量密度的进一步提升。但是在固态电池中，受限于负极低的锂离子扩散速率(如石墨和硅碳等)和负极内部难以连续的离子传输网络，在高倍率充电时易发生析锂，造成界面锂沉积，从而导致不可逆容量损失，甚至电池短路。
[0003]针对以上问题目前有两种解决策略。
[0004]第一，对负极材料进行适当地改性可提高倍率性能，如中国专利CN111584866A、CN108807996A和CN110841595A等使用高温氮化处理人造石墨负极，虽然可提高倍率性能，但在全固态锂电池充电过程中，锂离子无法均匀迅速分布在整个负极内部，在高倍率下仍易发生负极和固态电解质界面处锂沉积。
[0005]第二，针对高倍率下界面锂沉积问题，通过对负极和固态电解质界面进行修饰也可以缓解，但在高倍率下仍显不足，如中国专利CN111952663A使用柔性凝胶电解质修饰负极和固态电解质界面，界面的修饰也会阻碍锂嵌入负极内部，反而降低了倍率性能。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是：高倍率下全固态电池电化学性能差的问题，本专利技术提供了解决上述问题的一种适用于全固态电池的复合负极及其制备方法，本专利技术通过优化负极结构实现全固态电池高倍率充电。
[0007]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0008]一种适用于全固态电池的复合负极的制备方法，包括以下步骤：
[0009]步骤1，将负极活性物质球磨混合；
[0010]步骤2，在惰性气体保护下，将混合后的负极活性物质与固态电解质球磨混合，获得复合负极；
[0011]所述负极活性物质包括铟和碳材料，或者所述负极活性物质包括铟、碳材料和硅材料。
[0012]本专利技术针对现有技术存在的缺失，进行了创新性的改进，开发了一种适用于全固态电池的新型负极结构，解决了在高倍率下，石墨负极或硅碳负极嵌锂速率慢，易发生充电析锂，造成电化学性能差的问题。本专利技术的制备方法简单，易于规模化生产，可实现高倍率下全固态锂电池的稳定循环。
[0013]具体地，本专利技术针对现有技术中高倍率下全固态电池电化学性能差的问题，通过
在负极中添加铟粉，将铟粉、其他负极活性物质和固态电解质分步球磨混合，使得铟呈点状均匀分散在整个复合负极中，利用铟的高导离子特性，将锂离子迅速均匀的分布在整个负极内部，避免了在负极和固态电解质界面锂沉积，有效提高了电池在高倍率下的循环性能。
[0014]优选地，本专利技术提供的适用于高倍率全固态电池的复合负极为铟
‑
碳复合负极或铟
‑
硅
‑
碳复合负极。
[0015]进一步可选地，步骤2中，铟的质量在复合负极总质量中的占比可以为10％
‑
45％。
[0016]本专利技术进一步优化铟和其他负极活性物质的比例参数，成功获得了具有高倍率和长循环性能的全固态电池。
[0017]进一步可选地，采用铟颗粒的粒径为0.1μm
‑
50μm。
[0018]进一步可选地，所述混合后的负极活性物质与固态电解质按质量配比为6:4～9:1混合。
[0019]进一步可选地，步骤1中，球磨混合参数设计包括：球磨转速为100转
‑
200转，和/或球磨时间为2h
‑
3h，和/或球料比为15:1～40:1；
[0020]和/或所述步骤2中，球磨混合参数设计包括：球磨转速为300转
‑
500转，和/或球磨时间为1.5h
‑
3h，和/或球料比为15:1～40:1。
[0021]一种适用于全固态电池的复合负极，原料包括负极活性物质和固态电解质；
[0022]所述负极活性物质包括铟和碳材料，或者所述负极活性物质包括铟、碳材料和硅材料；铟颗粒呈点状分布在整个复合负极内部。
[0023]该复合负极，更优选为，铟颗粒呈点状均匀分布在整个负极内部。
[0024]本专利技术在负极内部均匀分散铟颗粒，由于铟的嵌锂电位为0.3V
‑
0.62V，高于石墨和硅的嵌锂电位，因此在充电初期，锂离子优先嵌入铟中，从而使锂离子均匀分散在整个负极内部，随着充电的进行，锂离子均匀的嵌入到整个负极内部的硅或石墨中，有效避免了界面锂沉积。
[0025]进一步可选地，铟的质量在复合负极总质量中的占比可以为10％
‑
45％；和/或所述混合后的负极活性物质与固态电解质按质量配比为6:4～9:1。
[0026]进一步可选地，原料中，采用铟粉，铟粉颗粒的粒径为0.1μm
‑
50μm。
[0027]进一步可选地，所述碳材料包括石墨、碳纳米管、石墨烯和中间相炭微球中的至少一种；
[0028]和/或所述固态电解质包括硫化物固态电解质，氧化物固态电解质，聚合物固态电解质和卤化物固态电解质中的任意一种。更优选地，硫化物固态电解质为Thio
‑
LISICON、Li
11
‑
x
M2‑
x
P
1+x
S
12
(M＝Ge,Sn,Si)和Li6PS5X(X＝Cl,Br,I)，优选Li6PS5Cl。
[0029]一种全固态电池，包括电池正极和电池负极，所述电池负极采用上述地一种适用于全固态电池的复合负极的制备方法获得的复合电极，或者采用上述的一种适用于全固态电池的复合负极；所述电池正极包括三元体系、钴酸锂体系、磷酸铁锂体系和锰酸锂体系。
[0030]本专利技术具有如下的优点和有益效果：
[0031]1、本专利技术开发了一种适用于全固态电池的新型负极结构，通过在负极中添加铟粉，铟颗粒呈点状均匀分布在整个复合负极内部，解决了在高倍率下，石墨负极或硅碳负极嵌锂速率慢，易发生充电析锂，造成电化学性能差的问题。而且本专利技术的制备方法简单，易于规模化生产，可实现高倍率下全固态锂电池的稳定循环；并进一步优化负极材料和铟的
比例参数，成功获得了具有高倍率和长循环性能的全固态电池。
[0032]2、与现有的石墨负极或硅碳负极相比，本专利技术提供的铟
‑
硅
‑
碳复合负极制备方法可操作性强，材工艺简单，具有实用价值，可以应用于大规模工业化生产。此外，本专利技术的复合负极，具有良好的锂离子传输性能，能保证在充电过程中首先迅速的将锂离子均匀分布在整个负极，避免了界面处锂沉积，保证了在高倍率下充放电过程中的高稳定性和长寿命。
附图说明
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于全固态电池的复合负极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将负极活性物质球磨混合；步骤2，在惰性气体保护下，将混合后的负极活性物质与固态电解质球磨混合，获得复合负极；所述负极活性物质包括铟和碳材料，或者所述负极活性物质包括铟、碳材料和硅材料。2.根据权利要求1所述的一种适用于全固态电池的复合负极的制备方法，其特征在于，步骤2中，铟的质量在复合负极总质量中的占比为10％
‑
45％。3.根据权利要求1所述的一种适用于全固态电池的复合负极的制备方法，其特征在于，采用铟颗粒的粒径为0.1μm
‑
50μm。4.根据权利要求1所述的一种适用于全固态电池的复合负极的制备方法，其特征在于，所述混合后的负极活性物质与固态电解质按质量配比为6:4～9:1混合。5.根据权利要求1所述的一种适用于全固态电池的复合负极的制备方法，其特征在于，步骤1中，球磨混合参数设计包括：球磨转速为100转
‑
200转，和/或球磨时间为2h
‑
3h，和/或球料比为15:1～40:1；和/或所述步骤2中，球磨混合参数设计包括：球磨转速为300转
‑
500转，和/或球磨时间为1.5h
‑
3h，和/或球料比为15:1～40:1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王在发，方志强，赵昌泰，梁剑文，赵尚骞，方志林，黄建宇，
申请(专利权)人：有研广东新材料技术研究院，
类型：发明
国别省市：