固态复合正极及其制备方法和电池技术

本发明专利技术涉及一种用于固态复合正极及其制备方法和电池，其为多层层状结构，包括依次层叠设置的第一电解质层、第一正极活性层、正极集流体、第二正极活性层和第二电解质层；所述第一电解质层、第一正极活性层、第二正极活性层和第二电解质层均包含无机固态电解质。将无机固态电解质提前集成到正极中，配合正极表面的无机固态电解质层，使正极内部和正极表面形成相互连通的锂离子传输网络，既保证了锂离子的传输，又提升了电芯的安全防护能力。又提升了电芯的安全防护能力。又提升了电芯的安全防护能力。

【技术实现步骤摘要】
固态复合正极及其制备方法和电池


[0001]本专利技术涉及电池领域，特别是涉及一种固态复合正极及其制备方法和电池。

技术介绍

[0002]动力电池安全性是当前整个电池行业面临的共同问题，近年来频繁爆出的新能源汽车起火事故使得电池本征安全问题已提升到了决定整个行业命运的高度。锂离子电池的热失控，是动力电池安全事故的核心原因，如何从电芯层面提升动力电池的安全性迫在眉睫。
[0003]商业化的液态锂离子电池，主要由正极、隔膜、负极和有机电解液构成，其充放电过程是一个受控的电化学过程，通过隔膜将参与反应的正负极材料隔开，从而实现对反应过程的控制。然而，传统的液态锂离子电池在使用时有诸多问题，例如：(1)当电池发生故障(受热或者机械损伤时)导致隔膜收缩或者受损，将会使得正负极直接接触，从而引发内短路，最终导致电池燃烧甚至爆炸；(2)电池在使用过程中不可避免形成锂枝晶，当锂枝晶不断生长刺穿隔膜时会直接引发内短路热失控；(3)针对更高能量密度的高镍三元电芯，高镍三元材料会不断催化电解液分解产气，导致电芯胀气进而引起极片扭曲变形，造成正负极接触短路概率极大提升，电芯热失控不可避免；(4)高镍材料存在高温释氧问题，其在200℃左右环境中释放的活性氧与电解液反应，会在电池未短路的情况下触发热失控，因此安全风险极大。
[0004]采用固态电解质替代或部分替代液态电解液，制成全固态或混合固液半固态电池，可以有效地应对上述几个因素导致的电池安全风险。首先，无机固态电解质隔膜相对有机物隔膜，受热时热收缩不明显、受机械外力作用时断裂破损概率低，可以有效降低内短路风险；其次，无机电解质相对有机物具有一定的强度，可以一定程度上抵抗锂枝晶，且特殊活性电解质甚至可以和锂反应消耗锂枝晶，提升电池安全性；此外，引入固态电解质后，可以减少电解液用量甚至完全不用电解液，这样就杜绝或缓解了高镍材料与电解液的反应，即使在热滥用情况下也能保证电芯具有良好的安全性。
[0005]固态电池/混合固液半固态电池需要提前将固态电解质集成到电极中，目前已报道了一种通过双螺杆挤出机来加热、混练有机聚合物电解质缓冲胶层，复合到固态电解质核心层表面，再与正极片、负极片通过热压、叠片形成半固态电池的工艺，该工艺明显不同于现有成熟的液态电池制造工艺，通过螺杆挤出工艺制备电解质缓冲层、再热贴合到正负极表面。
[0006]还报道了一种一种固态电解质膜及混合固液电池的方案，其是先将一隔膜插入到一对挤压辊之间，然后将固态电解质母胶于隔膜两侧共挤出，使得固态电解质母胶和隔膜一次成型形成可以收卷的固态电解质膜，最后通过辊压的方式将正负极片贴合到电解质膜两侧，再注液形成混合固液电池，上述专利技术中的电极与常规的液态电池电极设计相同，电极与聚合物电解质膜之间热压贴合的方式，可以有效改善电极/电解质的界面性能。
[0007]针对陶瓷电解质基固态电池(含全固态和固液混合半固态电池)，由于其无机陶瓷
电解质加工性质明显不同于聚合物电解质，通过简单的物理的热压贴合无法形成较好的界面。

技术实现思路

[0008]针对上述问题，本专利技术提供了一种锂离子传输能力强、安全性高的固态复合正极。
[0009]技术方案如下：
[0010]一种固态复合正极，其为多层层状结构，包括依次层叠设置的第一电解质层、第一正极活性层、正极集流体、第二正极活性层和第二电解质层；
[0011]所述第一电解质层、第一正极活性层、第二正极活性层和第二电解质层均包含无机固态电解质。
[0012]在其中一个实施例中，所述第一电解质层、第一正极活性层、第二正极活性层和第二电解质层中的无机固态电解质各自独立地选自NASCION型固态电解质、LISCION固态电解质、石榴石型固态电解质、钙钛矿型固态电解质和硫化物电解质中的一种或几种的混合物。
[0013]在其中一个实施例中，所述第一电解质层和所述第一正极活性层中的无机固态电解质的材质相同；
[0014]所述第二电解质层和第二正极活性层中的无机固态电解质的材质相同。
[0015]在其中一个实施例中，所述第一电解质层、第一正极活性层、第二正极活性层和第二电解质层中的无机固态电解质的材质相同。
[0016]在其中一个实施例中，所述第一电解质层和第二电解质层的厚度各自独立为1μm～50μm。
[0017]在其中一个实施例中，所述第一正极活性层和第二正极活性层的厚度各自独立为10μm～200μm。
[0018]在其中一个实施例中，所述第一电解质层和第二电解质层均还包括粘结剂；
[0019]所述第一正极活性层和第二正极活性层均还包括正极活性材料、导电剂和粘结剂。
[0020]在其中一个实施例中，以占所述第一电解质层的质量百分比计，所述第一电解质层包含无机固态电解质85％～95％和粘结剂5％～15％；
[0021]以占所述第一正极活性质层的质量百分比计，所述第一正极活性层包含无机固态电解质3％～10％、正极活性材料86％～95％、导电剂1％～3％和粘结剂0.5％～3％；
[0022]以占所述述第二正极活性质层的质量百分比计，所述第二正极活性层包含无机固态电解质3％～10％、正极活性材料86％～95％、第二导电剂1％～3％和第三粘结剂0.5％～3％；
[0023]以占所述述第二电解质层的质量百分比计，所述第二电解质层包含无机固态电解质85％～95％和粘结剂5％～15％。
[0024]本专利技术还提供一种如上所述的固态复合正极的制备方法，包括如下步骤：
[0025]配制第一电解质层母料、第一正极活性层母料、第二正极活性层母料和第二电解质层母料；
[0026]通过双层共挤出方法将所述第一电解质层母料和第一正极活性层母料施加在正极集流体的第一表面上，辊压，在所述正极集流体的第一表面上形成第一正极活性层和第
一电解质层；
[0027]通过双层共挤出方法将所述第二电解质层母料和第二正极活性层母料施加在所述正极集流体的第二表面上，辊压，在所述正极集流体的第二表面上形成第二正极活性层和第二电解质层；
[0028]所述第一电解质层母料和第二电解质层母料的粘度各自独立200mPa
·
s～1500mPa
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s，固含量各自独立为10％～70％；
[0029]所述第一正极活性层母料和第二正极活性层母料的粘度各自独立为4000mPa
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s～10000mPa
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s，固含量各自独立为60％～80％。
[0030]在其中一个实施例中，所述第一电解质层母料和第二电解质层母料的粘度各自独立200mPa
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s～650mPa
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s，固含量各自独立为10％～70％；
[0031]所述第一正极活性层母料和第二正极活性层母料的粘度各自独立为6000mPa
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s～9500mPa
·
s，固含量各自独立为60％～80％。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固态复合正极，其特征在于，其为多层层状结构，包括依次层叠设置的第一电解质层、第一正极活性层、正极集流体、第二正极活性层和第二电解质层；所述第一电解质层、第一正极活性层、第二正极活性层和第二电解质层均包含无机固态电解质。2.根据权利要求1所述的固态复合正极，其特征在于，所述第一电解质层、第一正极活性层、第二正极活性层和第二电解质层中的无机固态电解质各自独立地选自NASCION型固态电解质、LISCION固态电解质、石榴石型固态电解质、钙钛矿型固态电解质和硫化物电解质中的一种或几种的混合物。3.根据权利要求1所述的固态复合正极，其特征在于，所述第一电解质层和所述第一正极活性层中的无机固态电解质的材质相同；所述第二电解质层和第二正极活性层中的无机固态电解质的材质相同。4.根据权利要求3所述的固态复合正极，其特征在于，所述第一电解质层、第一正极活性层、第二正极活性层和第二电解质层中的无机固态电解质的材质相同。5.根据权利要求1所述的固态复合正极，其特征在于，所述第一电解质层和第二电解质层的厚度各自独立为1μm～50μm；和/或所述第一正极活性层和第二正极活性层的厚度各自独立为10μm～200μm。6.根据权利要求1所述的固态复合正极，其特征在于，所述第一电解质层和第二电解质层均还包括粘结剂；所述第一正极活性层和第二正极活性层均还包括正极活性材料、导电剂和粘结剂。7.根据权利要求6所述的固态复合正极，其特征在于，以占所述第一电解质层的质量百分比计，所述第一电解质层包含无机固态电解质85％～95％和粘结剂5％～15％；以占所述第一正极活性质层的质量百分比计，所述第一正极活性层包含无机固态电解质3％～10％、正极活性材料86％～95％、导电剂1％～3％和粘结剂0.5％～3％；以占所述述第二正极活性质层的质量百分比计，所述第二正极活性层包含无机固态电解质3％～10％、正极活性材料86％～...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘永飞，梁世硕，张博，赵启元，
申请(专利权)人：昆山宝创新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：