一种高孔隙率电池极片的制备方法及固态电池技术

本发明专利技术公开了一种高孔隙率电池极片的制备方法及固态电池，电池极片的制备方法包括以下步骤：将正极材料、导电剂和粘结剂混合均匀，然后分散至NMP溶液中搅拌均匀，制备好的浆料均匀涂覆在铝箔上，干燥后得到正极极片1；将正极极片1固定在静电纺丝装置的滚轮上进行静电纺丝，干燥后进行辊压、制片得到高孔隙率的双层电极极片2。通过涂布、静电纺丝方法构建双层电极极片，从集流体到涂层方向形成梯度孔隙率，增加整个厚电极的极片孔隙率，保证厚电极从上到下完全浸润，增加活性材料与电解液的充分接触，提升固态电池的界面特性及电化学性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
一种高孔隙率电池极片的制备方法及固态电池


[0001]本专利技术涉及锂离子电池极片制备
，具体涉及一种高孔隙率电池极片的制备方法及固态电池。

技术介绍

[0002]固态锂离子电池由于其高能量密度和优异的安全性，被认为是下一代离子电池最有吸引力的候选者。在正负极材料体系不变的情况下，提升电池能量密度的关键在于将活性材料质量占比最大化。随着能量密度的要求越来越高，电极越来越厚。使涂层厚度增加来实现能量密度的增加会使得电子、离子在厚电极中传输困难，导致电池性能的急剧恶化。并且典型的涂布电极孔隙率一般在30％，其多孔电极中能浸润的电解液是无法满足厚电极电池完全充放电的需求的，当电极增厚时更难保证电极从上到下完全被电解液浸润，从而使界面阻抗增大，从而影响整个电池的电化学性能。
[0003]目前典型的涂布电极孔隙率一般在30％，在电极中电解液通过填充正极空隙构建连续的Li
+
传输路径，但随着能量密度要求越来越高，电极也越来越厚，特别对于固态电池的高能量密度设计；一般的电极设计是无法满足厚电极电池充放电的需求的，一方面，电子、离子在厚电极中传输更加困难；另一方面，电极增厚时很难保证电极从上到下完全被电解液浸润，使界面阻抗增大，从而影响整个电池的电化学性能。
[0004]为了改善固态电池界面问题，常用的方法是采用人工缓冲层或者将正极活性材料、固态电解质以及电子导体等材料混合均匀制备浆料，涂覆在固态电解质表面，但基于目前的涂布技术，过高的固含量不能保证较薄的涂覆层厚度，较低的固含量很难保证涂布的均匀性，且溶剂较多时容易出现电涂覆层与极片相容的现象，因此制备工艺存在较大难点。另外比较常见的是在固态电池界面处添加少量电解液改善界面问题提高正极/电解质界面润湿性。但此方案主要是针对电极极片表面进行改性，对于厚电极来说效果不理想，无法完全改善电解质与电极界面。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种高孔隙率电池极片的制备方法及固态电池，提高厚电极的电解液浸润性的同时保证极片离子电导和电子电导的平衡。
[0006]为了达到上述技术效果，本专利技术提供了如下技术方案：
[0007]一种高孔隙率电池极片的制备方法，包括以下步骤：(1)将正极材料、导电剂和粘结剂混合均匀，然后分散至NMP溶液中搅拌均匀，制备好的浆料均匀涂覆在铝箔上，干燥后得到正极极片1；(2)将正极极片1固定在静电纺丝装置的滚轮上进行静电纺丝，干燥后进行辊压、制片得到高孔隙率的双层电极极片2。
[0008]进一步的技术方案为，所述正极材料、导电剂和粘结剂的质量比为80：10：10。
[0009]进一步的技术方案为，所述正极材料选自磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、镍锰酸锂、三元镍钴锰或三元镍钴铝中的任意一种或多种。
[0010]进一步的技术方案为，所述导电剂选自导电炭黑、乙炔黑、纳米碳纤维、碳纳米管中的至少一种。
[0011]进一步的技术方案为，所述粘结剂选自聚偏氟乙烯、聚丙烯酸、羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶中的一种或多种。
[0012]进一步的技术方案为，所述步骤(2)中静电纺丝的接收距离为2～10cm，静电纺丝的电压范围为12～18KV，静电纺丝的推料速度为0.3～6mL/h。
[0013]进一步的技术方案为，所述双层电极极片2的单面厚度为130～160um，所述正极极片1的厚度为50～110um。
[0014]本专利技术还提供一种固态电池，所述固态电池包括上述的高孔隙率电池极片的制备方法制备得到的正极极片，其制备方法包括以下步骤：将正极极片2
‑
隔膜
‑
负极采用传统叠片工艺组装成电池，然后注入电解液前驱体后进行封装；组装好的电池搁置后经过原位聚合反应形成软包固态电池。
[0015]进一步的技术方案为，所述原位聚合反应的温度为20～80℃，搁置时间为12～72h。
[0016]进一步的技术方案为，所述固态电池的制备方法还包括聚合反应后加入热压工艺，所述热压的热压温度为40～100℃，热压压力为0.2～1.2Mpa，热压时间为0.5min～120min。
[0017]本专利技术通过涂布、静电纺丝工艺构建双层电极极片，从集流体到涂层方向形成梯度孔隙率，提高整个厚电极的极片孔隙率；靠近集流体的涂层更加致密有利于良好的电子导电性，而上层高孔隙率涂层保证厚电极有效浸润，增加活性材料与电解液的充分接触；固态电解质前驱体会渗透到电极内部，发生原位聚合后在电极内部与电极表面均有一定厚度的电解质。双层的电极既保证了良好的电子通路也保证了离子很好的传输。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术通过涂布、静电纺丝工艺构建双层电极极片，既保证了靠近集流体的涂层更加致密有利于良好的电子导电性，又提高了极片上层高孔隙率保证厚电极能有效浸润，增加活性材料与电解液的充分接触。结合原位聚合技术，解决了厚电极固态电池界面接触问题，制备得到了低内阻、高容量的固态电池。
附图说明
[0019]图1为本专利技术的电极极片的制备流程图。
具体实施方式
[0020]以下通过实施例进一步阐述本专利技术，这些实施例仅用于举例说明的目的，并没有限制本专利技术的范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件。
[0021]如图1所示，其中示出了本公开实施例中电极极片的制备流程图，所述电极极片包括电极箔材、位于箔材上的两层电极涂层1和2；所述涂层1接近箔材的这一侧，2涂层在1涂层上面；其中1涂层通过刮涂的工艺将正极浆料涂布在箔材上；2涂层通过静电纺丝工艺喷涂在1涂层上面，形成孔隙率更高的涂层。另外1、2两个涂层都可以通过调整工艺参数调整涂层厚度。其中对比例中仅有1或者2涂层。
[0022]实施例1
[0023]1)将正极材料(NCM811)、导电剂(乙炔黑)、粘结剂(PVDF)质量比为80：10：10混合均匀，然后分散至NMP溶液中搅拌均匀，制备好的浆料均匀涂覆在铝箔上，然后干燥后得到正极极片1，控制极片厚度在70um；
[0024]2)将步骤1)中干燥后的正极极片1固定在静电纺丝装置的滚轮上，接收距离4cm，在16KV电压、2mL/h推料速度下进行静电纺丝，干燥后进行辊压、制片得到正极片2，控制极片单面厚度在140um。
[0025]3)以前驱体溶液总质量为100％计，将DOL(1，3
‑
二氧环戊烷)、LiTFSI(双三氟甲磺酰亚胺锂)、LiDFOB(二氟草酸硼酸锂)、FEC(氟代碳酸乙烯酯)、LiPF6(六氟磷酸锂)进行混合得到前驱体溶液，其中LiTFSI(双三氟甲磺酰亚胺锂)、LiDFOB(二氟草酸硼酸锂)、LiPF6(六氟磷酸锂)的浓度分别为0.8mol/L、0.2mol/L、0.01mol/L；有机溶剂中DOL(1，3
‑
二氧环戊烷)/FEC(氟代碳酸乙烯酯)的体积比为3:2。
[0026]4)将制备好的正极极片2
‑
隔膜...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高孔隙率电池极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将正极材料、导电剂和粘结剂混合均匀，然后分散至NMP溶液中搅拌均匀，制备好的浆料均匀涂覆在铝箔上，干燥后得到正极极片1；(2)将正极极片1固定在静电纺丝装置的滚轮上进行静电纺丝，干燥后进行辊压、制片得到高孔隙率的双层电极极片2。2.根据权利要求1所述的高孔隙率电池极片的制备方法，其特征在于，所述正极材料、导电剂和粘结剂的质量比为80：10：10。3.根据权利要求1所述的高孔隙率电池极片的制备方法，其特征在于，所述正极材料选自磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、镍锰酸锂、三元镍钴锰或三元镍钴铝中的任意一种或多种。4.根据权利要求1所述的高孔隙率电池极片的制备方法，其特征在于，所述导电剂选自导电炭黑、乙炔黑、纳米碳纤维、碳纳米管中的至少一种。5.根据权利要求1所述的高孔隙率电池极片的制备方法，其特征在于，所述粘结剂选自聚偏氟乙烯、聚丙烯酸、羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶中的一种或多种。6.根据权利要求1所述的高孔隙率电池极片的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中静电纺丝的接收距...

【专利技术属性】
技术研发人员：高剑，刘晓艳，
申请(专利权)人：四川长虹电子控股集团有限公司，
类型：发明
国别省市：