用于固态电池的正极材料及其制备方法、正极极片和固态电池技术

本申请公开了一种用于固态电池的正极材料及其制备方法、正极极片和固态电池，所述正极材料包括：多孔基体，包含：包覆有含锂复合金属氧化物的正极活性物质、导电剂和粘结剂；固态电解质层，包含固态电解质，所述固态电解质覆盖于所述基体表面，且所述固态电解质至少部分分布于所述多孔基体的孔隙中。本申请提供的含锂复合金属氧化物可以减少其他物质对正极活性物质接触，提高其稳定性；通过固态电解质对基体的包覆，实现了固态电解质对正极活性物质的电解液式浸润性包覆，充分发挥物固态电解质良好的离子传导作用，从而提高含本申请的正极材料的固态电池的活性物质含量能以及能量密度。密度。密度。

【技术实现步骤摘要】
用于固态电池的正极材料及其制备方法、正极极片和固态电池


[0001]本申请属于固态电池用材料
，具体涉及一种用于固态电池的正极材料及其制备方法、正极极片和固态电池。

技术介绍

[0002]由于锂金属的低电位和高质量比容量，锂金属电池在电子器件、电动汽车等各领域已有广泛应用。相比传统的液态电解质，固态电解质表现出诸多优势和良好的应用前景，因而受到越来越多的关注。
[0003]目前锂金属固态电池的能量密度提升的关键在于正极。在目前的固态电池中，为了提高正极的离子传导率，通常采用将正极活性物质与电解质进行粉末物理混合的工艺，所得到的材料疏松多孔，导致其能量密度显著降低。

技术实现思路

[0004]鉴于此，本申请提供一种用于固态电池的正极材料及其制备方法、正极极片和固态电池，旨在提高固态电池的能量密度。
[0005]第一方面，本申请实施例提供了一种用于固态电池的正极材料，包括：
[0006]多孔基体，包含：包覆有含锂复合金属氧化物的正极活性物质、导电剂和粘结剂；
[0007]固态电解质层，包含固态电解质，所述固态电解质覆盖于所述基体表面，且所述固态电解质至少部分分布于所述多孔基体的孔隙中。
[0008]在本申请一方面的实施例中，基于所述正极材料的总重，所述正极材料包含80％以上、优选为85％以上的正极活性物质；和/或，
[0009]所述正极活性物质、所述导电剂和所述粘结剂的质量比为100:(1～10):(1～10)。
[0010]在本申请一方面的实施例中，所述正极活性物质选自钴酸锂、三元材料、富锂锰基材料、尖晶石型锰酸锂、磷酸铁锂或其组合。
[0011]在本申请一方面的实施例中，所述导电剂选自导电炭黑、碳纳米管、石墨烯、碳纤维或其组合。
[0012]在本申请一方面的实施例中，所述粘结剂选自聚四氟乙烯、聚四氟乙烯基离子聚合物、氢化丁腈橡胶、聚丙烯酸树脂、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈或其组合。
[0013]在本申请一方面的实施例中，所述富锂锰基材料的结构式为Li2MnO3·
LiMO2，其中，M选自Ni、Co、Mn,或含Ni、Co、Mn的二元或三元层状材料。
[0014]在本申请一方面的实施例中，所述含锂复合金属氧化物选自铌酸锂、锆酸锂、钛酸锂、锆钛酸锂、铌锆酸锂、铌钛酸锂或其组合。
[0015]在本申请一方面的实施例中，所述固态电解质选自Li6PS5Br、Li6PS5I、LiI
‑
Li4SnS4、Li
10
GeP2S
12
、Li2TiF6、Li3ScCl6、LiScCl
6～x
F
x
、Li2ZrCl6或其组合，其中，x为1～5的正
整数。
[0016]在本申请一方面的实施例中，基于所述正极活性物质的重量，所述正极材料包含0.1％～10％、优选1％～3％的所述含锂复合金属氧化物；和/或，
[0017]基于所述正极材料的总重，所述正极材料包含5％～15％的所述固态电解质。
[0018]第二方面，本申请实施例提供了第一方面所述的正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0019]提供被含锂复合金属氧化物包覆的正极活性物质；
[0020]将被含锂复合金属氧化物包覆的正极活性物质粉末、导电剂粉末和粘结剂粉末混合，采用干法工艺以得到具有预定形状的多孔基体；
[0021]使所述正极基体浸入分散有固态电解质或其前驱体的溶液，在保护气氛中去除溶剂，后在真空条件下进行热处理，以得到所述正极材料。
[0022]在本申请一方面的实施例中，所述提供被含锂复合金属氧化物包覆的正极活性物质包括：
[0023]使正极活性物质粉末与锂复合金属氧化物前驱体在有机溶剂存在的条件下进行混合，以得到混合物，
[0024]使所述混合物在保护气氛中进行干燥，后进行热处理，以得到被含锂复合金属氧化物包覆的正极活性物质。
[0025]第三方面，本申请实施例提供了一种正极极片，包含第一方面所述正极材料或第二方面所述的制备方法制得的正极材料。
[0026]第四方面，本申请实施例提供了一种固态电池，包括第三方面所述的正极极片、固态电解质和负极极片。
[0027]与现有技术相比，本申请至少具有以下有益效果：
[0028]本申请实施例提供的正极材料，正极材料中正极活性物质相对现有技术中的占比更多，提高了正极材料的能量密度；含锂复合金属氧化物可以在正极活性物质表面形成功能包覆层，在后续处理和循环过程中减少正极活性物质表面的反应和退化，提高其稳定性；通过固态电解质对多孔基体的覆盖，实现了固态电解质对正极活性物质的电解液式浸润性包覆，充分发挥物固态电解质良好的离子传导作用，从而提高含本申请的正极材料的固态电池的离子传导性能以及电化学性能。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]图1是本申请一个实施例提供的Li6PS5Cl复合富锂锰基正极材料的扫描电子显微镜(SEM)图片；
[0031]图2是本申请一个实施例1提供的Li6PS5Cl复合富锂锰基正极材料作用于正极极片的全电池首圈与第二圈充放电性能图；
[0032]图3是本申请一个实施例2提供的固态电池的倍率性能测试结果。
具体实施方式
[0033]为了使本申请的申请目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合实施例对本申请进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的实施例仅仅是为了解释本申请，并非为了限定本申请。
[0034]为了简便，本申请仅明确地公开了一些数值范围。然而，任意下限可以与任何上限组合形成未明确记载的范围；以及任意下限可以与其它下限组合形成未明确记载的范围，同样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外，尽管未明确记载，但是范围端点间的每个点或单个数值都包含在该范围内。因而，每个点或单个数值可以作为自身的下限或上限与任意其它点或单个数值组合或与其它下限或上限组合形成未明确记载的范围。
[0035]在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“以上”、“以下”为包含本数，“一种或多种”中的“多种”的含义是两种及其两种以上。
[0036]本申请的上述申请内容并不意欲描述本申请中的每个公开的实施方式或每种实现方式。如下描述更具体地举例说明示例性实施方式。在整篇申请中的多处，通过一系列实施例提供了指导，这些实施例可以以各种组合形式使用。在各个实例中，列举仅作为代表性组，不应解释为穷举。
[0037]正极决定锂金属固态电池的性能，能量密度和安全性是核心考量因素。正极的功能需求，是为电池放电提供锂源，提供电极电位保障高电压输出，保障电压平稳，保障本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于固态电池的正极材料，其特征在于，包括：多孔基体，包含：包覆有含锂复合金属氧化物的正极活性物质、导电剂和粘结剂；固态电解质层，包含固态电解质，所述固态电解质覆盖于所述基体表面，且所述固态电解质至少部分分布于所述多孔基体的孔隙中。2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，基于所述正极材料的总重，所述正极材料包含80％以上、优选为85％以上的正极活性物质；和/或，所述正极活性物质、所述导电剂和所述粘结剂的质量比为100:(1～10):(1～10)。3.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极活性物质选自钴酸锂、三元材料、富锂锰基材料、尖晶石型锰酸锂、磷酸铁锂或其组合；和/或，所述导电剂选自导电炭黑、碳纳米管、石墨烯、碳纤维或其组合；和/或，所述粘结剂选自聚四氟乙烯、聚四氟乙烯基离子聚合物、氢化丁腈橡胶、聚丙烯酸树脂、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈或其组合。4.根据权利要求3中所述的正极材料，其特征在于，所述富锂锰基材料的结构式为Li2MnO3·
LiMO2，其中，M选自Ni、Co、Mn,或含Ni、Co、Mn的二元或三元层状材料。5.根据权利要求4中所述的正极材料，其特征在于，所述含锂复合金属氧化物选自铌酸锂、锆酸锂、钛酸锂、锆钛酸锂、铌锆酸锂、铌钛酸锂或其组合。6.根据权利要求1或2中所述的正极材料，其特征在于，所述固态电解质选自Li6PS5Br、Li6PS5I、LiI
‑
Li4SnS4、Li

【专利技术属性】
技术研发人员：张强，冯薇而，孙硕，赵辰孜，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：