【技术实现步骤摘要】
本文中公开的技术和实施方式总体上涉及一种用于制备用于全固体电池的复合正极的方法和一种用于全固体电池的复合正极，并且还涉及一种包括该复合正极的全固体电池。
技术介绍
1、典型的锂离子电池(lithium-ion batteries，lib)使用液体电解质，该液体电解质渗透到负极和正极之间的间隙中，以便用作用于锂离子的传导路径。
2、锂离子电池也能够使用固体电解质，但由于固体电极活性物质和固体电解质之间的减少的表面接触，通常不如使用液体电解质的那些电池。由于减小的接触表面积，锂离子的传导被阻碍，并且可能在电极活性物质和固体电解质之间的界面处生成电阻。
3、本领域需要提供一种用于诸如锂离子电池的全固体电池的、具有改善的导电性的复合正极。
技术实现思路
1、本文提供了一种用于全固体电池的复合正极及一种用于制备该复合正极的方法。
2、在一个方面，本公开提供了一种用于制备例如用于在全固体电池中使用的复合正极的方法，所述方法包括：
3、a)提供包括正极活性物质和氧化物基固体电解质的浆料；
4、b)将所述浆料涂覆到基材以形成复合氧化物片；以及
5、c)利用照射光光烧结所述复合氧化物片以形成烧结的复合氧化物片。
6、在一个实施例中，所述基材是正极集流体。在一个实施例中，所述光烧结以脉冲方法执行。在一个实施例中，所述光烧结以每脉冲约1000μs至4500μs的光照射时间执行。在一个实施例中，所述照射光具有25j/(s·
7、在一个实施例中，所述浆料还包括碳基导电材料或金属氧化物基导电材料。在一个实施例中，所述碳基导电材料包括从由以下材料组成的群组中选择的至少一种材料：天然石墨、人造石墨、膨胀石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑、槽法炭黑、炉黑、灯黑、热裂法炭黑、碳纤维、氟化碳、石墨烯、碳纳米纤维、石墨化碳片、碳管、碳纳米管和活性炭。在一个实施例中，所述金属氧化物基导电材料包括从由以下材料组成的群组中选择的至少一种材料：氧化铟锡(ito)、氧化铟锌(izo)、氧化锑锡(ato)、氟化的氧化锡(fto)、氧化铝锌(azo)、氧化镁铟(mio)、氧化锌镓(gzo)、氧化镓铟(gio)、氧化铟镓锌(igzo)、氧化铌锶钛(nb-sto)、氧化铟镉(ico)、氧化锌硼(bzo)、szo(sio2-zno)和氧化铟(in2o3)。
8、在一个实施例中，所述浆料还包括光烧结助剂。在一个实施例中，所述光烧结助剂包括含有锂和从由以下元素组成的群组中选择的至少一种元素的氧化物颗粒：铬(cr)、锰(mn)、钴(co)、镍(ni)、铜(cu)、铌(nb)、钼(mo)、钌(ru)、铑(rh)、钯(pd)、钒(v)、钨(w)、铁(fe)、铈(ce)、镨(pr)、钕(nd)、铽(tb)、铒(er)、锌(zn)、铋(bi)、砷(as)、锑(sb)和硒(se)。在一个实施例中，所述浆料还可以包括粘结剂。
9、在一个实施例中，所述复合氧化物片和所述烧结的复合氧化物片各自具有通过x射线衍射分析测量的基本相同的晶相。
10、在另一方面，本公开提供一种复合正极，所述复合正极包括：
11、(a)正极集流体，以及
12、(b)烧结的复合氧化物片，所述烧结的复合氧化物片包括正极活性物质和氧化物基固体电解质，
13、其中，所述烧结的复合氧化物片形成在所述正极集流体的至少一个表面上，并且
14、其中所述复合正极具有5r或更小的曲率半径。
15、在一个实施例中，所述烧结的复合氧化物片具有约0.1r至约5r的曲率半径。
16、在一个实施例中，所述正极活性物质和所述氧化物基固体电解质具有约150℃或更高的最佳烧结温度的差。
17、所述烧结的复合氧化物片可以包括在所述正极活性物质和所述氧化物基固体电解质之间按重量计以10％或更少的含量的第二相。
18、在一个实施例中，所述烧结的复合氧化物片具有约4gpa或更高的弯曲强度(σ)，如通过关系式2计算那样：
19、
20、其中，所述烧结的复合氧化物片放置在平行的上板和下板之间，并且所述上板朝向所述下板降低，e是杨氏模量，t是所述烧结的复合氧化物片的中心部分的厚度(μm)，并且d是紧接在所述烧结的复合氧化物片断裂之前所述上板和所述下板之间的距离(μm)。
21、在一个实施例中，所述烧结的复合氧化物片具有约10-5s/cm或更高的离子电导率。在一个实施例中，所述烧结的复合氧化物片包括按重量计10％或更少的有机化合物。在一个实施例中，所述烧结的复合氧化物片还包括碳基导电材料或金属氧化物基导电材料中的一种或两种。在一个实施例中，所述碳基导电材料包括从由以下材料组成的群组中选择的至少一种材料：天然石墨、人造石墨、膨胀石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑、槽法炭黑、炉黑、灯黑、热裂法炭黑、碳纤维、氟化碳、石墨烯、碳纳米纤维、石墨化碳片、碳管、碳纳米管和活性炭。在一个实施例中，所述金属氧化物基导电材料包括从由以下材料组成的群组中选择的至少一种材料：氧化铟锡(ito)、氧化铟锌(izo)、氧化锑锡(ato)、氟化的氧化锡(fto)、氧化铝锌(azo)、氧化镁铟(mio)、氧化锌镓(gzo)、氧化镓铟(gio)、氧化铟镓锌(igzo)、氧化铌锶钛(nb-sto)、氧化铟镉(ico)、氧化锌硼(bzo)、szo(sio2-zno)和氧化铟(in2o3)。
22、在一个实施例中，所述烧结的复合氧化物片还包括光烧结助剂。在一个实施例中，所述光烧结助剂包括锂金属氧化物颗粒，所述锂金属氧化物颗粒包括锂和从由以下元素组成的群组中选择的至少一种元素：铬(cr)、锰(mn)、钴(co)、镍(ni)、铜(cu)、铌(nb)、钼(mo)、钌(ru)、铑(rh)、钯(pd)、钒(v)、钨(w)、铁(fe)、铈(ce)、镨(pr)、钕(nd)、铽(tb)、铒(er)、锌(zn)、铋(bi)、砷(as)、锑(sb)和硒(se)。
23、在一个实施例中，所述正极集流体的曲率半径小于所述烧结的复合氧化物片的曲率半径。
24、在另一方面，本公开提供了一种全固体锂二次电池，所述全固体锂二次电池包括根据本文中公开的任何实施例的至少一种复合正极、固体电解质层和负极。
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1.一种用于制备复合正极的方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基材为正极集流体。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述光烧结以脉冲方法执行。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述光烧结以每脉冲1000μs至4500μs的光照射时间执行。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述照射光具有25J/(s·cm2)至150J/(s·cm2)的光强度。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述正极活性物质和所述氧化物基固体电解质具有150℃或更高的最佳烧结温度差。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述浆料还包括从由碳基导电材料和金属氧化物基导电材料组成的群组中选择的至少一种材料。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述碳基导电材料包括从由以下材料组成的群组中选择的至少一种材料：天然石墨、人造石墨、膨胀石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑、槽法炭黑、炉黑、灯黑、热裂法炭黑、碳纤维、氟化碳、石墨烯、碳纳米纤维、石墨化碳片、碳管、碳纳米管和活性炭。
9.根据权利要求7所
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述浆料还包括光烧结助剂。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述光烧结助剂包括包含锂和从由以下元素组成的群组中选择的至少一种元素的氧化物颗粒：铬、锰、钴、镍、铜、铌、钼、钌、铑、钯、钒、钨、铁、铈、镨、钕、铽、铒、锌、铋、砷、锑和硒。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述浆料还包括粘结剂。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述复合氧化物片和所述烧结的复合氧化物片各自具有通过x射线衍射分析测量的基本相同的晶相。
14.一种复合正极，所述复合正极包括：
15.根据权利要求14所述的复合正极，其中，所述烧结的复合氧化物片具有0.1R至5R的曲率半径。
16.根据权利要求14所述的复合正极，其中，所述正极活性物质和所述氧化物基固体电解质具有150℃或更高的最佳烧结温度差。
17.根据权利要求14所述的复合正极，其中，所述烧结的复合氧化物片包括在所述正极活性物质和所述氧化物基固体电解质之间按重量计以10％或更少的含量的第二相。
18.根据权利要求14所述的复合正极，其中，所述烧结的复合氧化物片的特征在于具有：
19.根据权利要求14所述的复合正极，其中，所述烧结的复合氧化物片具有10-5S/cm或更大的离子电导率。
20.根据权利要求14所述的复合正极，其中，所述烧结的复合氧化物片包括按重量计10％或更少的有机化合物。
21.根据权利要求14所述的复合正极，其中，所述烧结的复合氧化物片还包括从由碳基导电材料和金属氧化物基导电材料组成的群组中选择的至少一种材料。
22.根据权利要求21所述的复合正极，其中，所述碳基导电材料包括从由以下材料组成的群组中选择的至少一种材料：天然石墨、人造石墨、膨胀石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑、槽法炭黑、炉黑、灯黑、热裂法炭黑、碳纤维、氟化碳、石墨烯、碳纳米纤维、石墨化碳片、碳管、碳纳米管和活性炭。
23.根据权利要求21所述的复合正极，其中，所述金属氧化物基导电材料包括从由以下材料组成的群组中选择的至少一种材料：氧化铟锡、氧化铟锌、氧化锑锡、氟化的氧化锡、氧化铝锌、氧化镁铟、氧化锌镓、氧化镓铟、氧化铟镓锌、氧化铌锶钛、氧化铟镉、氧化锌硼、SiO2-ZnO和氧化铟。
24.根据权利要求14所述的复合正极，其中，所述浆料还包括光烧结助剂。
25.根据权利要求24所述的复合正极，其中，所述光烧结助剂包括锂金属氧化物颗粒，所述锂金属氧化物颗粒包括锂和从由以下元素组成的群组中选择的至少一种：铬、锰、钴、镍、铜、铌、钼、钌、铑、钯、钒、钨、铁、铈、镨、钕、铽、铒、锌、铋、砷、锑和硒。
26.根据权利要求14所述的复合正极，其中，所述正极集流体的曲率半径小于所述烧结的复合氧化物片的曲率半径。
27.一种全固体锂二次电池，所述全固体锂二次电池包括根据权利要求14至26任一项所述的复合正极、固体电解质层和负极。
...【技术特征摘要】
1.一种用于制备复合正极的方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基材为正极集流体。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述光烧结以脉冲方法执行。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述光烧结以每脉冲1000μs至4500μs的光照射时间执行。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述照射光具有25j/(s·cm2)至150j/(s·cm2)的光强度。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述正极活性物质和所述氧化物基固体电解质具有150℃或更高的最佳烧结温度差。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述浆料还包括从由碳基导电材料和金属氧化物基导电材料组成的群组中选择的至少一种材料。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述碳基导电材料包括从由以下材料组成的群组中选择的至少一种材料：天然石墨、人造石墨、膨胀石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑、槽法炭黑、炉黑、灯黑、热裂法炭黑、碳纤维、氟化碳、石墨烯、碳纳米纤维、石墨化碳片、碳管、碳纳米管和活性炭。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述金属氧化物基导电材料包括从由以下材料组成的群组中选择的至少一种材料：氧化铟锡、氧化铟锌、氧化锑锡、氟化的氧化锡、氧化铝锌、氧化镁铟、氧化锌镓、氧化镓铟、氧化铟镓锌、氧化铌锶钛、氧化铟镉、氧化锌硼、sio2-zno和氧化铟。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述浆料还包括光烧结助剂。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述光烧结助剂包括包含锂和从由以下元素组成的群组中选择的至少一种元素的氧化物颗粒：铬、锰、钴、镍、铜、铌、钼、钌、铑、钯、钒、钨、铁、铈、镨、钕、铽、铒、锌、铋、砷、锑和硒。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述浆料还包括粘结剂。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述复合氧化物片和所述烧结的复合氧化物片各自具有通过x射线衍射分析测量的基本相同的晶相。
14.一种复合正极，所述复合正极包括：
15.根据权利要求14所述的复合正极，其中，所述烧结的复合氧化物片具有0.1r至5r的曲率半径。
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