【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂电池，具体涉及一种全固态锂离子电池的复合正极及全固态锂离子电池。
技术介绍
1、随着电动汽车等领域对电池续航及安全性要求的日益增长，全固态锂离子电池受到人们的关注。相比于商用的液态锂离子电池，全固态锂离子电池使用固态电解质替代了传统的有机易燃电解液，在安全性及能量密度上均得到明显的提升。
2、然而，在全固态锂离子电池的充放电循环过程中，正极材料颗粒体积会不可避免地发生变化，导致颗粒间结合疏松，产生孔隙，阻碍锂离子及电子的传输通道，同时正极材料的体积变化会造成其与集流体发生剥离，使电池的阻抗大幅上升，降低了电池的容量和循环寿命。与液态锂离子电池相比，全固态锂离子电池无法通过可流动的电解液自发填充颗粒孔隙，因此颗粒间接触失活的问题显得尤为严重。目前一般通过在循环过程中向电池施加足够高的压力缓解上述机械失效问题，但这种方法提高了电池成本，降低了电池整体的能量密度，且难以在终端进行大规模应用。
3、因此，有必要提供一种全固态锂离子电池的复合正极及全固态锂离子电池，优化复合正极材料的导电性及其在循环过程中的机械稳定性，进而改善电池的倍率性能和循环性能。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一，为此本专利技术提出一种全固态锂离子电池的复合正极及全固态锂离子电池，优化复合正极材料的导电性及其在循环过程中的机械稳定性，进而改善电池的倍率性能和循环性能。
2、本专利技术的第一方面提供一种全固态锂离子电池的复合正极。
3、具体的，所述复合正极包括表面设有导电涂层的集流体及设置于所述集流体上的正极材料层；
4、所述正极材料层包括正极活性材料、卤化物固态电解质、导电剂、粘结剂；所述复合正极满足以下条件：
5、0.4≤(d×k)/c≤40，且0.1≤d≤5，0.1≤k≤50，1≤c≤5；
6、其中，d为导电涂层的厚度，单位为μm；k为正极活性材料与卤化物固态电解质的粒径d50之比；c为正极活性材料的压实密度，单位为g/cm3。
7、优选的，所述导电涂层的厚度为0.1～5μm。
8、进一步优选的，所述导电涂层的厚度为0.5～3μm。
9、优选的，所述导电涂层包括碳材料、导电聚合物中的至少一种；所述碳材料包括乙炔黑、石墨烯、石墨炔、碳纳米管、碳纤维、炭黑中的至少一种；所述导电聚合物包括聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩中的至少一种。
10、优选的，所述正极活性材料与卤化物固态电解质的粒径d50之比为(0.5～40)：1。
11、进一步优选的，所述正极活性材料与卤化物固态电解质的粒径d50之比为(1～25)：1。
12、优选的，所述正极活性材料的粒径d50为0.5～50μm。
13、进一步优选的，所述正极活性材料的粒径d50为2～20μm。
14、优选的，所述正极活性材料包括磷酸铁锂、磷酸铁锰锂、钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、镍锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、富锂层状氧化物中的至少一种。
15、优选的，所述卤化物固态电解质的粒径d50为0.1～10μm。
16、进一步优选的，所述卤化物固态电解质的粒径d50为0.2～5μm。
17、优选的，所述卤化物固态电解质为liamxb，其中m选自al、y、ga、in、er、sc、ti、zr、la中的至少一种，x选自f、cl、br、i中的至少一种，0≤a≤10，1≤b≤13。
18、优选的，所述正极活性材料的压实密度为1.5～3.3g/cm3。
19、进一步优选的，所述正极活性材料的压实密度为1.8～3.0g/cm3。
20、优选的，所述导电剂包括乙炔黑、石墨烯、石墨炔、碳纳米管、碳纤维、炭黑中的至少一种。
21、优选的，所述集流体的制备方法包括以下步骤：将一定配比的碳材料或导电聚合物配合粘结剂溶于适当的溶剂中，搅拌配成涂料，将涂料涂覆于集流体上，然后进行干燥处理，烘箱温度为70～100℃，烘干时间为5～10min，制得表面设有导电涂层的集流体。
22、优选的，所述复合正极的制备方法包括以下步骤：将正极活性材料、卤化物固态电解质、导电剂和粘结剂按照一定比例混合，使用干法电极技术或常规湿法涂覆技术，制成厚度约100～300μm的正极极片，然后将正极极片与表面设有导电涂层的集流体复合，制得复合正极。
23、本专利技术的第二方面提供一种全固态锂离子电池。
24、具体的，所述全固态锂离子电池包括第一方面所述的复合正极、第一固态电解质层、第二固态电解质层和负极；
25、所述第一固态电解质层位于复合正极与第二固态电解质层之间；
26、所述第二固态电解质层位于负极与第一固态电解质层之间。
27、优选的，所述第一固态电解质层包括卤化物固态电解质和粘结剂；
28、所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚丙烯酸酯、丁腈橡胶、丁苯橡胶中的至少一种。
29、优选的，所述第二固态电解质层包括硫化物电解质和粘结剂；
30、所述硫化物电解质包括thio-lisicon、li10gep2s12、li10sip2s12、li3ps4、li7p3s11、li7-aps6-axa中的至少一种；
31、其中x为cl、br、i中的至少一种；a为0.5～2。
32、优选的，所述负极包括碳材料、硅基材料、钛酸锂、金属锡、金属锂、金属铟、锡合金、锂-铟合金中的至少一种。
33、优选的，所述第一固态电解质层和第二固态电解质层的制备方法包括以下步骤：
34、使用干法电极制膜技术或湿法涂覆技术制备固态电解质层，其中：
35、干法电极制膜技术为：将卤化物固态电解质或硫化物电解质、导电剂和粘结剂按一定比例混合，经辊压后制成厚度为30～200μm的电解质层；
36、湿法涂覆技术为：将卤化物固态电解质或硫化物电解质、导电剂和粘结剂(丁腈橡胶)按一定比例溶于二甲苯、丁酸丁酯溶液中，搅拌后将浆料刮涂到pet膜上，室温保持5～15min后，转移到温度为60～100℃的真空烘箱中，进行真空干燥，过夜，制得第一固态电解质层和第二固态电解质层。
37、优选的，所述负极的制备方法包括以下步骤：将碳材料与粘结剂在nmp中混合，使用干法电极制膜技术或湿法涂覆技术，制成厚度约5～100μm的负极层，然后将负极层与集流体复合，制得负极。
38、优选的，所述全固态锂离子电池的制备方法包括以下步骤：将制备得到的复合正极、第一固态电解质层、第二固态电解质层、负极分别裁剪为边长分别为15～25mm、25～35mm、25～35mm、20～30mm的正方形，然后将复合正极与负极焊接上极耳，从上到下依次放置负极-第二固态电解质层-第一固态电解质层-复合正极，使用300～500mpa的压力压制成型，并置本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种全固态锂离子电池的复合正极，其特征在于，所述复合正极包括表面设有导电涂层的集流体及设置于所述集流体上的正极材料层；
2.根据权利要求1所述的复合正极，其特征在于，所述导电涂层包括碳材料、导电聚合物中的至少一种；所述碳材料包括乙炔黑、石墨烯、石墨炔、碳纳米管、碳纤维、炭黑中的至少一种；所述导电聚合物包括聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的复合正极，其特征在于，所述正极活性材料的粒径D50为0.5～50μm。
4.根据权利要求1所述的复合正极，其特征在于，所述正极活性材料包括磷酸铁锂、磷酸铁锰锂、钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、镍锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、富锂层状氧化物中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的复合正极，其特征在于，所述卤化物固态电解质的粒径D50为0.1～10μm。
6.根据权利要求1所述的复合正极，其特征在于，所述卤化物固态电解质为LiaMXb，其中M选自Al、Y、Ga、In、Er、Sc、Ti、Zr、La中的至少一种，X选自F、Cl、Br、I中的至少一种，0≤a≤10
7.根据权利要求1所述的复合正极，其特征在于，所述正极活性材料的压实密度为1.5～3.3g/cm3。
8.一种全固态锂离子电池，其特征在于，所述全固态锂离子电池包括权利要求1至7任一项所述的复合正极、第一固态电解质层、第二固态电解质层和负极；
9.根据权利要求8所述的全固态锂离子电池，其特征在于，所述第一固态电解质层包括卤化物固态电解质和粘结剂；
10.根据权利要求8所述的全固态锂离子电池，其特征在于，所述第二固态电解质层包括硫化物电解质和粘结剂；
...【技术特征摘要】
1.一种全固态锂离子电池的复合正极，其特征在于，所述复合正极包括表面设有导电涂层的集流体及设置于所述集流体上的正极材料层；
2.根据权利要求1所述的复合正极，其特征在于，所述导电涂层包括碳材料、导电聚合物中的至少一种；所述碳材料包括乙炔黑、石墨烯、石墨炔、碳纳米管、碳纤维、炭黑中的至少一种；所述导电聚合物包括聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的复合正极，其特征在于，所述正极活性材料的粒径d50为0.5～50μm。
4.根据权利要求1所述的复合正极，其特征在于，所述正极活性材料包括磷酸铁锂、磷酸铁锰锂、钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、镍锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、富锂层状氧化物中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的复合正极，其特征在于，所述卤化物固态电解质的粒径d50为...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈炜麟，孙振，罗明，
申请(专利权)人：高能时代深圳新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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