一种正极片、固态电解质及其电池的制备方法技术

为克服现有固态正极片内离子极化大，正极片厚度难以增加的问题，本发明专利技术提供了一种正极片、固态电解质及其电池的制备方法，所述正极片包含集流体和多层正极涂层，所述多层正极涂层包括含金属盐、正极活性材料、聚氧化乙烯、导电剂以及增塑剂；所述多层正极涂层内所述正极活性材料粒径、所述聚氧化乙烯分子量、所述增塑剂含量、所述含金属盐含量均呈现梯度分布，沿靠近所述集流体方向，所述正极活性材料粒径呈现递减趋势；所述聚氧化乙烯分子量、所述增塑剂含量、所述含金属盐含量呈现递增趋势；本发明专利技术提供的正极片通过采用多层涂布方式，优化正极片内层离子迁移路径，降低内层离子极化，电池性能与能量密度兼顾。电池性能与能量密度兼顾。电池性能与能量密度兼顾。

【技术实现步骤摘要】
一种正极片、固态电解质及其电池的制备方法


[0001]本专利技术涉及电池
，具体涉及一种正极片、固态电解质及其电池的制备方法。

技术介绍

[0002]固态电池具有不易燃、高安全、可匹配碱金属负极、能量密度高等诸多优点，近些年逐渐引起社会的普遍关注。但是固态电解质不像液态电解质一样具备较好流动性，能够对正极活性材料有效润湿，因此，放电过程离子常温性能极化较大，常温情况下锂离子在固态电池正极片内的迁移速率较慢。固态正极电池通常选择聚氧化乙烯做粘结剂和碱金属元素载体，碱金属元素通过聚氧化乙烯在正极片内进行传导。然而聚氧化乙烯玻璃转化温度高，常温结晶度高导致其在常温下离子电导率较低，正极片内离子极化较大，对正极极片加厚以及电池能量密度提高带来一定程度阻碍。本行业固态电池技术人员均知，聚氧化乙烯分子量越低，其玻璃转化温度低，内部含有含有可移动短链，离子电导率高，但是粘结性低，用作正粘结剂时极片容易掉粉，聚氧化乙烯分子量越高时粘度有所增加，但是离子导电能力较低；因此，如何克服上述存在的技术问题和缺陷成为重点需要解决的问题。

技术实现思路

[0003]针对固态正极片内离子极化大，正极片厚度难以增加的问题，本专利技术提供了一种正极片、固态电解质及其电池的制备方法。
[0004]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案如下：本专利技术提供了一种正极片，所述正极片包含集流体和多层正极涂层，所述正极涂层包括含金属盐、正极活性材料、聚氧化乙烯、导电剂以及增塑剂；多层所述正极涂层内所述正极活性材料粒径、所述聚氧化乙烯分子量、所述增塑剂含量、所述含金属盐含量均呈现梯度分布，沿靠近所述集流体方向，所述正极活性材料粒径呈现递减趋势；所述聚氧化乙烯分子量、所述增塑剂含量、所述含金属盐含量呈现递增趋势。
[0005]可选的，所述含金属盐包括锂/钠盐，所述锂/钠盐包括双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双三氟甲烷磺酰亚胺钠、高氯酸锂、高氯酸钠、六氟磷酸锂、六氟磷酸钠、六氟砷酸锂、六氟砷酸钠、四氟硼酸锂、四氟硼酸钠、双氟磺酰胺锂、双氟磺酰胺钠、二氟草酸硼酸锂和二氟草酸硼酸钠中的一种或几种。
[0006]可选的，所述正极活性材料包括磷酸铁锂、钴酸锂、锂电三元正极、普鲁士蓝、普鲁士白、钠电层状氧化物正极活性材料，钠电聚阴离子正极活性材料中的一种或几种。
[0007]可选的，所述增塑剂包括邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二正丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸丁苄酯、邻苯二甲酸二(2
‑
乙基)己酯和邻苯二甲酸二异壬酯中的一种或多种。
[0008]可选的，所述导电剂包括导电炭黑、碳纳米管，石墨烯、碳纤维、乙炔黑、科琴黑中的一种或几种。
[0009]本申请一方面提供一种正极片的制备方法，包括以下步骤：
[0010]按照物质的量比例将聚氧化乙烯a、含金属盐a按照15
‑
17：1分散在第一有机溶剂内，搅拌均匀、制备成胶液a，所述胶液a的固含量为3
‑
30％；按重量比将正极活性材料a85
‑
95份、增塑剂a1.5
‑
5份、导电剂2.0
‑
15份、胶液a2.0
‑
15份混合，搅拌分散均匀，制备成正极浆料a；
[0011]按照物质的量比例将聚氧化乙烯b单体EO、含金属盐b按照18
‑
20：1，分散在第一有机溶剂内，搅拌均匀、制备成胶液b，所述胶液b的固含量为3
‑
30％；按重量比将正极活性材料b85
‑
94.9份、增塑剂b0.1
‑
1.5份、导电剂2.0
‑
15.0份、胶液b2.0
‑
8.5份混合，搅拌分散均匀，制备成正极浆料b；
[0012]按重量比将导电炭黑10
‑
20份、碳纳米管10
‑
20份、分散在聚偏二氟乙烯胶液1
‑
20份内，聚偏二氟乙烯胶液中聚偏二氟乙烯胶液的质量含量为1.2
‑
20％，混合均匀，记为浆料c；
[0013]将浆料c涂布在集流体上，烘干制备出涂炭集流体待用；
[0014]在涂炭集流体表面依次涂布正极浆料a、正极浆料b，烘干，制得正极片。
[0015]可选的，所述聚氧化乙烯的分子量为30万
‑
200万，所述聚氧化乙烯a的分子量大于所述聚氧化乙烯b的分子量；所述正极活性材料的平均粒径为2um
‑
30um，所述正极活性材料a的粒径小于所述正极活性材料b的粒径；所述正极涂层中增塑剂的重量比例为0.1
‑
5.0％，所述增塑剂a的含量大于所述增塑剂b的含量，所述正极涂层中含金属盐的重量比例为0.3
‑
3％；所述锂/钠盐a的含量高于所述锂/钠盐b的含量。
[0016]本申请另一方面提供一种固态电解质的制备方法，包括以下步骤：
[0017]按重量比将聚氧化乙烯35
‑
70份、锂盐/钠盐1
‑
10份，填料3
‑
35份、增塑剂1
‑
10份、第二有机溶剂20
‑
100份搅拌混合均匀，制备出聚合物电解质浆料，记为浆料d；
[0018]再将浆料d直接浇筑在上述任一项所制备的正极片的表面，将浆料d刮平、烘干、热压，制得固态电解质。
[0019]可选的，所述填料为磷酸锗铝锂(LAGP)，所述第二有机溶剂为N
‑
甲基吡咯烷酮。
[0020]本申请再一方面提供一种固态电池制备方法，包含上述所制备的正极片、上述所述的固态电解质以及碱金属元素金属负极片；
[0021]包括以下制备步骤：在正极片的固态电解质表面放置锂/钠金属片，用热压机进行热压，封装制备出固态电池。
[0022]根据本专利技术提供的正极片，采用多层涂布方式的正极片，通过在正极片内设置正极活性材料粒径梯度、聚氧化乙烯分子量梯度以及增塑剂含量梯度，即在垂直正极片靠近集流体方向上，正极活性材料粒径呈现递减趋势；聚氧化乙烯分子量、增塑剂含量、含金属盐含量呈现递增趋势；正极片通过采用多层涂布方式，使正极片厚度得以增加，有效提高固态电池能量密度；通过优化正极片内层离子迁移路径，降低内层离子极化，电池性能与能量密度兼顾。
附图说明
[0023]图1是本专利技术一实施例提供的正极片的结构示意图；
[0024]说明书附图中的附图标记如下：
[0025]1‑
集流体；2
‑
浆料c涂布层；3
‑
浆料a涂布层；4
‑
浆料b涂布层。
具体实施方式
[0026]为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极片，其特征在于：所述正极片包含集流体和多层正极涂层，所述正极涂层包括含金属盐、正极活性材料、聚氧化乙烯、导电剂以及增塑剂；多层所述正极涂层内所述正极活性材料粒径、所述聚氧化乙烯分子量、所述增塑剂含量、所述含金属盐含量均呈现梯度分布，沿靠近所述集流体方向，所述正极活性材料粒径呈现递减趋势；所述聚氧化乙烯分子量、所述增塑剂含量、所述含金属盐含量呈现递增趋势。2.如权利要求1所述的正极片，其特征在于：所述含金属盐包括锂/钠盐，所述锂/钠盐包括双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双三氟甲烷磺酰亚胺钠、高氯酸锂、高氯酸钠、六氟磷酸锂、六氟磷酸钠、六氟砷酸锂、六氟砷酸钠、四氟硼酸锂、四氟硼酸钠、双氟磺酰胺锂、双氟磺酰胺钠、二氟草酸硼酸锂和二氟草酸硼酸钠中的一种或几种。3.如权利要求1所述的正极片，其特征在于：所述正极活性材料包括磷酸铁锂、钴酸锂、锂电三元正极、普鲁士蓝、普鲁士白、钠电层状氧化物正极活性材料，钠电聚阴离子正极活性材料中的一种或几种。4.如权利要求1所述的正极片，其特征在于：所述增塑剂包括邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二正丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸丁苄酯、邻苯二甲酸二(2
‑
乙基)己酯和邻苯二甲酸二异壬酯中的一种或多种。5.如权利要求1所述的正极片，其特征在于：所述导电剂包括导电炭黑、碳纳米管，石墨烯、碳纤维、乙炔黑、科琴黑中的一种或几种。6.如权利要求1
‑
5任一项所制备的正极片的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：按照物质的量比例将聚氧化乙烯a、含金属盐a按照15
‑
17：1分散在第一有机溶剂内，搅拌均匀、制备成胶液a，所述胶液a的固含量为3
‑
30％；按重量比将正极活性材料a85
‑
95份、增塑剂a1.5
‑
5份、导电剂2.0
‑
15份、胶液a2.0
‑
15份混合，搅拌分散均匀，制备成正极浆料a；按照物质的量比例将聚氧化乙烯b单体EO、含金属盐b按照18
‑
20：1，分散在第一有机溶剂内，搅拌均匀、制备成胶液b，所述胶液b的固含量为3
‑
30％；按重量比将正极活性材料b85
‑
94.9份、增塑剂b0.1
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁意军，胡大林，李辉，黄圣华，李璐，方凯斌，侯林玲，
申请(专利权)人：广东省豪鹏新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：