一种锂离子电池正极片的制备方法及固态电池技术

本发明专利技术提供一种锂离子电池正极片的制备方法。所述制备方法将固态电解质金属盐为阳离子源，按照一定的摩尔质量比称量好后溶于弱酸和多元醇中搅拌形成金属酸螯合物，螯合物在多元醇中加热时，产生多种阳离子均匀分布的固态聚合酯，加入无机阴离子盐溶液加热搅拌，溶液内部发生酯化反应和多元聚合反应，搅拌3h后干燥，随后放入马弗炉中在空气气氛下400摄氏度煅烧6h得到均一的固态电解质粉末。本发明专利技术的正极片的制备方法，降低了包覆材料在制备过程中的难度，减少了能量损耗，该材料与石墨负极组装成固态电池后能改善传统固态电池在低温时性能表现不佳的缺点，提高了全固态锂电池的电化学性能。另外，本发明专利技术还提供一种采用该正极片的固态电池。片的固态电池。片的固态电池。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池正极片的制备方法及固态电池


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，尤其涉及一种锂离子电池正极片的制备方法及固态电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池由于其具有高能量密度以及长循环寿命等优点，目前已成为全球科研工作者研究的热门对象。并且锂离子电池在新能源汽车、消费电子产品、医疗电子设备以及可穿戴电子等领域已得到广泛的应用。
[0003]目前常用的锂离子电池包括正极材料、负极材料、隔膜以及电解液，虽然锂离子电池理论循环寿命长，但由于其在充电过程中锂离子还原时会形成树枝状的金属锂枝晶，当锂枝晶富集到一定程度时会将液态的电解液消耗完，可能会刺穿隔膜导致锂离子电池内部短接造成热失控引发燃烧爆炸。使用固态电解质替代液态电解质是解决锂离子电池安全性问题最为有效的途径，全固态锂离子电池具有更小的体积，在表现出良好的电化学稳定性同时也避免了漏液问题，此外，固态锂离子电池还有良好的耐冲击性能以及更好的热稳定性，也进一步提高了电池的安全性。
[0004]在固态电解质众多研究方向中，固态电解质包覆正极材料是最受研究者青睐的方向之一。但目前报道的固态电解质包覆正极基本需要耗费大量的能源且步骤繁琐，在该种方法下生产的电池热稳定性低，尤其表现为电池在低温时性能不稳定以及高温情况下电池容量退化严重。
[0005]公开号为CN114551819A的中国专利技术专利公开了一种LATP/高镍复合正极材料、正极片和电池，通过提高正极材料镍含量克服了高镍三元正极材料与LATP固体电解质之间界面相容性差的难题，有效降低界面阻抗，促进锂离子电荷转移和传输，提高正极片和全固态锂电池的电化学性能，但镍含量的增加会加大正极活性，正极片在充放电过程中被腐蚀的风险也随之增加。
[0006]
技术实现思路

[0007]基于此，有必要针对上述问题，提供一种锂离子电池正极片的制备方法及固态电池。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种锂离子电池正极片的制备方法及固态电池，所述方法包括以下步骤：（一）将固态电解质金属盐为阳离子源，按照一定的摩尔质量比称量好后溶于弱酸和多元醇中搅拌形成金属酸螯合物，螯合物在多元醇中加热时，产生多种阳离子均匀分布的固态聚合酯，加入无机阴离子盐溶液加热搅拌，溶液内部发生酯化反应和多元聚合反应，搅拌3h后干燥，随后放入马弗炉中在空气气氛下400摄氏度煅烧6h得到均一的固态电解质
粉末；（二）将正极活性物质置于含有固态电解质与有机溶剂混合液的搅拌罐中低速分散得到混合浆料后放入鼓风干燥箱干燥，将干燥后的混混合浆料放入气氛炉中煅烧得到固态电解质包覆正极材料；（三）将粘结剂、导电剂、溶剂按照一定比例加入搅拌罐中低速搅拌一定时间后加入所述固态电解质包覆正极材料高速搅拌得到正极浆料，按照一定速度涂布到集流体上得到锂离子电池正极片。
[0009]进一步的，所述固态电解质金属源为硝酸锂、磷酸锂、氯化锂、碳酸锂、氧化铝、硝酸铝、碳酸铝、钛源为钛酸丁酯、钛酸四正丁酯中的一种，所述固态电解质为LATP、LAGP、Li4Zn(GeO4)4、LLTO中的至少一种。
[0010]进一步的，所述干燥箱的干燥温度为60℃
‑
80℃，干燥时间 6
‑
12h，所述煅烧温度为300℃
‑
400℃，煅烧时间为3
‑
8h，所述低速分散转速为600
‑
1200r/min。
[0011]进一步的，所述粘结剂为聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、PVA、SBR中的一种或多种，所述导电剂为CNT、SP、石墨烯中的一种或多种，所述溶剂为N
‑
甲基吡咯烷酮、乙醇、乙醚、丙酮、异丙醇中的一种或多种，所述正极活性物质为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元锂中的至少一种，所述正极浆料含量为35%
‑
75%，搅拌时间为8
‑
12h。
[0012]进一步的，所述固态电解质与正极材料通过低温烧结的方式进行物理混合，所述固态电解质与正极活性物质比为0.01
‑
0.1之间。
[0013]进一步的，其特征在于：所述集流体为8
‑
12μm厚度的铝箔。
[0014]第二方面，本专利技术提供一种固态电池，所述固态电池由正极片、负极片卷绕成裸电芯后封装而成，所述正极片由如上中任一项所述的制备方法制备而成。
[0015]本专利技术的一种锂离子电池正极片的制备方法及固态电池，降低了包覆材料在制备过程中的难度，减少了能量损耗，该材料与石墨负极组装成固态电池后能改善传统固态电池在低温时性能表现不佳的缺点，提高了全固态锂电池的电化学性能。
[0016]本专利技术的一种锂离子电池正极片的制备方法及固态电池，在不大于400℃的条件下烧结固态电解质与正极活性物质，实现固态电解质与正极活性物质的预混合。相比现有技术将固态电解质涂覆在有机薄膜上再通过复合的方式与正极片结合，该包覆制备的方式节省了一道涂布复合工序，且固态电解质包覆正极烧结温度低，节省了能源以及制备成本。该方法制备固态电解质克服了氧化物形成过程中远程扩散的缺点，有利于在相对较低的温度下生成均一、单相、可控精确计量比的化合物。该方法制备固态包覆正极材料通过粘结剂、导电剂、溶剂均匀分散后涂布得到正极片，使用该方式制备正极片的固态电池在热稳定性能上得到提升，特别是在高温存储以及低温电性能方面。该固态电解质LATP包覆正极组装成固态电池循环寿命得到提升。该方法提升固态电池的热稳定性，与负极片组装成电池后对比普通固态电池具有更加良好的高温存储性能，在85℃4h的存储测试中剩余容量从89.64%提升至92.71，恢复容量从94.64%提升至96.84%。该电池在低温条件下性能也得到提升，在满电状态
‑
10℃条件下进行放电，容量保持率从85.9%提升至91.9%。
[0017]本专利技术的一种锂离子电池正极片的制备方法及固态电池，利用多种金属阳离子与弱酸混合形成多元酸螯合物，该螯合物在Penchini过程中起聚酯作用，该螯合物在多元醇中加热时可生成阳离子均匀分布的固态聚合物，制备得固态电解质。该方法通过烧结的方
式实现固态电解质包覆正极活性物质，对比传统有机薄膜复合固态电解质的方法能节省工序，且结合方式更可靠。该方法所述粘结剂占比为1%
‑
1.5%；所述导电剂占比为0.5%
‑
0.8%，所述溶剂占比为5%
‑
10%。该方法加入导电剂、粘结剂、溶剂低速分散均匀后加入固态电解质包覆正极活性物质高速分散混合均匀，涂布到集流体上得到锂离子电池正极片。该方法将石墨、粘结剂、导电剂以及固态电解质按照0.96～0.98：0.012～0.018：0.012～0.018：0.0096～0.0098的质量配比进行混合，搅拌5～6h，将混合后的负极浆料均匀涂覆于厚度为6～8μm的铜箔上下表面，然后将铜箔置于80～85℃下烘干，制得负极极片，将正、负极片卷绕本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池正极片的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：将固态电解质金属盐为阳离子源，按照一定的摩尔质量比称量好后溶于弱酸和多元醇中搅拌形成金属酸螯合物，螯合物在多元醇中加热时，产生多种阳离子均匀分布的固态聚合酯，加入无机阴离子盐溶液加热搅拌，溶液内部发生酯化反应和多元聚合反应，搅拌3h后干燥，随后放入马弗炉中在空气气氛下400摄氏度煅烧6h得到均一的固态电解质粉末；将正极活性物质置于含有固态电解质与有机溶剂混合液的搅拌罐中低速分散得到混合浆料后放入鼓风干燥箱干燥，将干燥后的混混合浆料放入气氛炉中煅烧得到固态电解质包覆正极材料；将粘结剂、导电剂、溶剂按照一定比例加入搅拌罐中低速搅拌一定时间后加入所述固态电解质包覆正极材料高速搅拌得到正极浆料，按照一定速度涂布到集流体上得到锂离子电池正极片。2.根据权利要求1所述的锂离子电池正极片的制备方法，其特征在于：所述固态电解质金属源为硝酸锂、磷酸锂、氯化锂、碳酸锂、氧化铝、硝酸铝、碳酸铝、钛源为钛酸丁酯、钛酸四正丁酯中的一种，所述固态电解质为LATP、LAGP、Li4Zn(GeO4)4、LLTO中的至少一种。3.根据权利要求2所述的锂离子电池正极片的制备方法，其特征在于：所述干燥箱的干燥温度为60℃
‑
80℃，干燥时间 6
‑
12h...

【专利技术属性】
技术研发人员：林梓彬，彭希虹，宾术，王乾，戈志敏，韦向红，程子豪，
申请(专利权)人：惠州赣锋锂电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：