一种一体化硫化物全固态电池电极极片及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种一体化硫化物全固态电池电极极片的制备方法，将粘结剂与溶剂进行混合并加入导电剂、镍锰酸锂以及硫银锗矿固态电解质，随后进行搅拌得到电极浆料，将电极浆料平铺在铝箔并烘干得到正极电极极片；随后将粘结剂、溶剂与硫银锗矿固态电解质混合并涂覆在已经制备好的正极电极极片上，并烘干，实施多层涂覆。本发明专利技术提出的一种一体化硫化物全固态电池电极极片的制备方法，解决了固体电池的固固界面接触问题。本发明专利技术提供的电极极片制造方法具有低毒，流动性好，成本低且对硫化物电解质热力学稳定等优点，将适用于硫化物全固态软包电池的制备。包电池的制备。包电池的制备。

【技术实现步骤摘要】
一种一体化硫化物全固态电池电极极片及其制备方法


[0001]本专利技术涉及硫化物全固态电池领域，尤其涉及一种一体化硫化物全固态电池电极极片及其制备方法及软包电池的制备方法。

技术介绍

[0002]全固态锂电池由于其具有较高的体积能量密度，以及本征的安全性，被认为是最有希望作为下一代动力电池以及储能电站的新一代储能设备。目前根据全固态电解质的种类，可以将全固态电池分为硫化物、聚合物、氧化物、卤化物等。其中硫化物电解质具有最高的锂离子电导率和较好的机械性能，得到了学界与工业界的青睐。卤化物电解质则被认为是对氧化物正极界面友好，及其适用于做氧化物正极与硫化物电解质之间的保护层，以隔绝界面副反应。因此本专利技术主要集中在使用硫化物电解质为离子传导主体，并选用卤化物电解质作为保护层。
[0003]目前主流的硫化物全固态锂电池根据其装配工艺可以分为：(1)用于实验室机理研究的冷压干粉式模具电池，(2)用于大规模生产的软包叠片式袋式电池。前者由于正极活性物质量少，且有固定的刚性模具给予压力支持，可以很好的实现全固态电池的工作。但是后者由于目前大规模的极片制备工艺尚未成熟，以及固固界面接触等问题，使得实现大容量的软包叠片式袋式全固态电池并未商业化。
[0004]目前，电极极片主要由粘结剂，导电剂，活性物质等构成，并通过溶剂将上述成分分散并涂覆在相应的集流体上得到最终的电极极片。其中溶剂和粘结剂作为电极极片的支撑材料，需要具备与活性物质保持化学/电化学稳定，且自身机械强度好，成本低，毒性低，加工简单等优点。传统的有机液态电池的主流溶剂和粘结剂分别为N
‑
甲基吡咯烷酮(NMP)和聚偏二氟乙烯(PVDF)。但由于NMP为高极性溶剂，易于硫化物电解质发生亲核反应，从而破坏硫化物电解质的结构。并且根据相似相溶原理，粘结剂的选择也需要低极性，这使得难以直接从液态电池的电极片制备工艺过渡到全固态硫化物电池。

技术实现思路

[0005]有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是现有的硫化物全固态电池电极极片存在以下问题：(1)解决硫化物电解质/氧化物正极与复合负极之间的热力学稳定；(2)构建一体化无物理界面的全固态硫化物电池极大的降低了固态电池的固固接触问题；(3)现有的全固态电池无法折叠；(4)现有的全固态硫化物电池无法实现高速充放。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种一体化硫化物全固态电池电极极片，包括正极部分为：粘结剂、溶剂、导电剂、硫银锗矿固态电解质和镍锰酸锂，其中，粘结剂、溶剂、导电剂、硫银锗矿固态电解质和镍锰酸锂的质量比为1:5:1:3:7。
[0007]进一步地，粘结剂包括环氧树脂，聚氨酯橡胶，聚四氟乙烯纤维，聚偏二氟乙烯，聚异丁烯，聚甲基丙烯酸甲酯,乙基纤维素中的一种或者多种。
[0008]进一步地，溶剂包括异丁酸异丁酯，丁酸丁酯，甲苯，乙苯，环己烷，正庚烷中的一
种或者多种。
[0009]进一步地，导电剂包括Super P，VGCF，乙炔黑，科琴黑中的一种或者多种。
[0010]进一步地，镍锰酸锂的化学式为LiNi
0.9
Co
0.05
Mn
0.05
O2。
[0011]进一步地，硫银锗矿固态电解质的化学式为Li6PS5Cl。
[0012]本专利技术又一较佳实施例提供了一种一体化硫化物全固态电池电极极片的制备方法，将粘结剂与溶剂进行混合并加入导电剂、镍锰酸锂以及硫银锗矿固态电解质，随后进行搅拌得到电极浆料，将电极浆料平铺在铝箔并烘干得到正极电极极片。
[0013]进一步地，极浆料的搅拌时间为1h
‑
10h。
[0014]进一步地，电极浆料的烘干温度为60
‑
180℃。
[0015]进一步地，随后将粘结剂、溶剂与卤化物固态电解质混合搅拌并涂覆在已经制备好的正极电极极片上作为正极硫化物界面保护层，并烘干，上述成分的质量比为1:12:4。
[0016]进一步地，粘结剂包括环氧树脂，聚氨酯橡胶，聚四氟乙烯纤维，聚偏二氟乙烯，聚异丁烯，聚甲基丙烯酸甲酯，乙基纤维素中的一种或者多种。
[0017]进一步地，溶剂包括异丁酸异丁酯，丁酸丁酯，甲苯，乙苯，环己烷，正庚烷中的一种或者多种。
[0018]进一步地，卤化物电解质的化学式为Li3InCl6[0019]进一步地，电极浆料的搅拌时间为1h
‑
10h。
[0020]进一步地，电极浆料的烘干温度为60
‑
180℃。
[0021]进一步地，随后将，随后将粘结剂、溶剂与硫化物固态电解质混合搅拌并涂覆在已经上一步的极片上，并烘干，上述成分的质量比为1:28:8。
[0022]进一步地，粘结剂包括环氧树脂，聚氨酯橡胶，聚四氟乙烯纤维，聚偏二氟乙烯，聚异丁烯，聚甲基丙烯酸甲酯,乙基纤维素中的一种或者多种。
[0023]进一步地，溶剂包括异丁酸异丁酯，丁酸丁酯，甲苯，乙苯，环己烷，正庚烷中的一种或者多种。
[0024]进一步地，硫银锗矿固态电解质的化学式为Li6PS5Cl。
[0025]进一步地，极浆料的搅拌时间为1h
‑
10h。
[0026]进一步地，电极浆料的烘干温度为60
‑
180℃。
[0027]进一步地，随后将，随后将粘结剂、溶剂与硅粉与硬碳混合搅拌并涂覆在已经上一步的极片上，并烘干，上述成分的质量比为1:28:8:8。
[0028]进一步地，粘结剂包括环氧树脂，聚氨酯橡胶，聚四氟乙烯纤维，聚偏二氟乙烯，聚异丁烯，聚甲基丙烯酸甲酯,乙基纤维素中的一种或者多种。
[0029]进一步地，溶剂包括异丁酸异丁酯，丁酸丁酯，甲苯，乙苯，环己烷，正庚烷中的一种或者多种。
[0030]进一步地，电极浆料的搅拌时间为1h
‑
10h。
[0031]进一步地，电极浆料的烘干温度为60
‑
180℃。
[0032]进一步地，最后将铜锂复合带贴敷在上一步的极片上，并进行封装，焊接极耳，完成软包固态电池的制备。
[0033]技术效果
[0034]本专利技术的一种一体化硫化物全固态电池电极极片(包括正极、正极保护层、电解质
层、负极层)，具有柔软，易加工，成本低，正负极界面一体化，电化学循环性能优异，并可以实现大倍率高速充放电。将本专利技术实施例的方法实施多层涂覆的极片进行封装将得到全固态软包电池，由于一体化的构成，缓解了固态电池的界面接触阻抗，组装为全固态电池软包电池后在3C的倍率下实现100圈容量保持率99％以上的优异电化学性能。
[0035]以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。
附图说明
[0036]图1是本专利技术的一种一体化硫化物全固态电池电极极片弯曲、平铺示意图与软包电池实物图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种一体化硫化物全固态电池电极极片，其特征在于，包括粘结剂、溶剂、导电剂、硫银锗矿固态电解质和镍锰酸锂，其中，粘结剂、溶剂、导电剂、硫银锗矿固态电解质和镍锰酸锂的质量比为1:5:1:3:7。2.如权利要求1所述的一种一体化硫化物全固态电池电极极片，其特征在于，所述粘结剂包括环氧树脂，聚氨酯橡胶，聚四氟乙烯纤维，聚偏二氟乙烯，聚异丁烯，聚甲基丙烯酸甲酯,乙基纤维素中的一种或者多种。3.如权利要求1所述的一种一体化硫化物全固态电池电极极片，其特征在于，所述溶剂包括异丁酸异丁酯，丁酸丁酯，甲苯，乙苯，环己烷，正庚烷中的一种或者多种。4.如权利要求1所述的一种一体化硫化物全固态电池电极极片，其特征在于，所述导电剂包括Super P，VGCF，乙炔黑，科琴黑中的一种或者多种。5.如权利要求1所述的一种一体化硫化物全固态电池电极极片，其特征在于，所述的镍锰酸锂的化学式为LiNi
0.6
Co
0.2
Mn
0.2
O2。6.如权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡炳文，路国中，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：