【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半固态电池，尤其是涉及一种正极极片、负极极片及其制备方法，以及应用以上正极极片、负极极片制备得到的半固态电池。
技术介绍
1、目前半固态电池市场前景较好，未来有望在新能源汽车、便携式储能、无人机以及智能穿戴设备等领域获得广泛应用。近年来，伴随新能源汽车行业发展速度加快，消费者对汽车续航里程及能量密度方面的要求不断提升。半固态电池性能优异，在新能源汽车领域将拥有广阔应用前景。
2、伴随锂电池应用领域不断扩大，市场对其使用寿命、安全性、能量密度、续航能力等方面要求不断提升。半固态电池性能优异且生产难度相对较小，未来有望在新能源汽车领域获得广泛应用。目前，我国半固态电池行业尚处于发展期，未来随着研发投入不断加大，我国半固态电池行业发展速度将进一步加快。
3、目前半固态锂离子电池，循环次数较低，电池使用寿命较短，由于半固态电解质与电极材料之间界面接触较差，电池循环过程中锂枝晶的产生，一旦析晶就可能会刺穿隔膜，正负极直接接触，容易引发安全问题，影响安全及电池寿命。
4、因此，如何兼顾半固态锂离子电池的安全性能、快充能力、循环性能仍是目前亟待解决的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种极片及其制备方法和半固态电池，使用激光在极片表面进行划线或打孔微结构加工，并在极片表面涂覆一种固态电解质，防止极片表面微结构在电池循环过程中，腐蚀、掉料，保护极片表面微结构，并扩大电极表面的反应面积，提升快充能力。
2、本专利技术解决上
3、一种极片，依次包括集流体、涂覆在集流体表面的活性物质层和涂覆在活性物质层表面的固态电解质层，所述活性物质层远离集流体的一侧设置有微结构，所述微结构的深度大于固态电解质层的厚度。
4、微结构可以是平行线槽、网状、格子等几何结构。微结构可在厚电极的情况下，高充/放电速率下降低厚电极的空隙迂曲度，提高锂离子扩散系数。
5、作为优选，所述微结构的深度是极片单面厚度的20％～80％，或/和所述固态电解质层的厚度为2μm～10μm。
6、作为优选，所述微结构包括线槽、槽孔中的至少一种。
7、作为优选，所述微结构的宽度是深度的30％～120％。
8、一种极片制备方法，用于制备上述的一种极片，包括以下步骤：
9、s1、将正极活性材料、正极导电剂和正极粘结剂加入至第一溶剂内混合均匀，得到正极浆料，将正极浆料涂覆在正极集流体表面形成正极活性物质层，得到待加工的正极极片；
10、s2、使用激光对待加工的正极极片表面进行微结构加工；
11、s3、将固态电解质、粘结剂加入至第二溶剂内混合均匀得到正极固态电解质浆料，将正极固态电解质浆料涂覆在具有微结构的正极活性物质层表面，然后经过烘箱烤干，得到正极极片；
12、或者
13、c1、将负极活性材料、负极导电剂和负极粘结剂加入至第三溶剂内混合均匀，得到负极浆料，将负极浆料涂覆在负极集流体表面形成负极活性物质层，得到待加工的负极极片；
14、c2、使用激光对待加工的负极极片表面进行微结构加工；
15、c3、将固态电解质、负极活性物质和电解质层粘结剂加入至第四溶剂内混合均匀得到第二固态电解质浆料，将第二固态电解质浆料涂覆在具有微结构的负极活性物质层表面，然后经过烘箱烤干，得到正极极片。
16、通过使用激光刻蚀在正、负极极片表面进行划线或打孔微结构加工,显著增加了电极的表面积，从而增强了电化学反应速率，提高快充能力，而且电极表面的微结构能够在电极表面引导锂离子的沉积路径，减少枝晶的形成，降低了短路风险。然后在极片表面涂覆一层固态电解质层，防止极片表面微结构在电池循环过程中腐蚀、掉料，保护极片表面微结构，并扩大电极表面的反应面积，提升快充能力；也可以在循环过程中抑制锂枝晶的产生；可在厚电极的情况下，高充/放电速率下降低了厚电极的空隙迂曲度，提高锂离子扩散系数；可提高高倍率下电池寿命和容量保持率,延长电池的循环寿命的问题，进一步拓展半固态电池商业化应用的潜力。
17、作为优选，所述正极活性材料选自钴酸锂、磷酸锰铁锂、磷酸铁锂、磷酸锰锂、三元正极活性材料和锰酸锂等材料中的至少一种；所述正极导电剂选自导电炭黑sp、碳纳米管cnt、碳纳米纤维和石墨烯中的至少一种；所述正极粘接剂选自聚四氟乙烯ptfe、聚偏氟乙烯pvdf和丁苯橡胶sbr中的至少一种。
18、作为优选，所述负极活性材料选自石墨、硅碳材料、硅和硅氧等材料中的至少一种；所述负极导电剂选自导电炭黑sp、乙炔黑、科琴黑、碳点、碳纳米管cnt、石墨烯、碳纳米纤维、超导碳中的至少一种；所述负极粘结剂选自丁苯橡胶sbr、聚丙烯酸、羧甲基纤维素cmc中的至少一种。
19、作为优选，所述固态电解质选自硫化物固体电解质、氧化物固体电解质、聚合物固体电解质、卤化物固体电解质或氮化锂中的至少一种；所述电解质层粘结剂选自丁苯橡胶、丁腈橡胶、乙基纤维素、聚偏二氟乙烯、聚丙烯酸酯中的一种或多种,粘结剂在固态电解质层中的质量分数为2％～10％。
20、作为优选，所述负极活性物质为钛酸锂或碳材料，负极活性物质在固态电解质层中的质量分数为10％～20％。
21、一种半固态电池，包括采用上述极片制备方法制备得到的正极极片或/和负极极片。
22、与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
23、1、由于极片表面微结构在电池循环过程中，极易腐蚀、掉料，影响电池表面微结构，影响电池性能，通过使用激光刻蚀的正、负极极片,并在极片表面涂覆一种固态电解质层，保护极片表面微结构，防止腐蚀，电极表面的微结构较原电极扩大了表面接触面积，且与半固态电解质浸润时间大幅缩短，从而限制电解质在电极内部的流动，抑制电解液和电极材料表面的副反应，同时能够促进在电极表面形成致密且完整的保护膜，该保护膜可以减少活性锂的损失，从而保证电池极佳的倍率性能和循环性能，提高高倍率下电池寿命和容量保持率,延长电池的循环寿命。
24、2、通过微结构扩大电极表面的反应面积，有效提升快充能力，可以抑制锂枝晶的产生，在厚电极的情况下，高充/放电速率下降低了厚电极的空隙迂曲度，提高锂离子扩散系数。
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1.一种极片，其特征在于，依次包括集流体、涂覆在集流体表面的活性物质层和涂覆在活性物质层表面的固态电解质层，所述活性物质层远离集流体的一侧设置有微结构，所述微结构的深度大于固态电解质层的厚度。
2.根据权利要求1所述的一种极片，其特征在于，所述微结构的深度是极片单面厚度的20％～80％，或/和所述固态电解质层的厚度为2μm～10μm。
3.根据权利要求1所述的一种极片，其特征在于，所述微结构包括线槽、槽孔中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种极片，其特征在于，所述微结构的宽度是深度的30％～120％。
5.一种极片制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1-4任意一项所述的一种极片，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种极片制备方法，其特征在于，所述正极活性材料选自钴酸锂、磷酸锰铁锂、磷酸铁锂、磷酸锰锂、三元正极活性材料和锰酸锂等材料中的至少一种；所述正极导电剂选自导电炭黑SP、碳纳米管CNT、碳纳米纤维和石墨烯中的至少一种；所述正极粘接剂选自聚四氟乙烯PTFE、聚偏氟乙烯PVDF和丁苯橡胶SBR中的至少一种。
7.根据权利要求5所述的一种极片制备方法，其特征在于，所述负极活性材料选自石墨、硅碳材料、硅和硅氧等材料中的至少一种；所述负极导电剂选自导电炭黑SP、乙炔黑、科琴黑、碳点、碳纳米管CNT、石墨烯、碳纳米纤维、超导碳中的至少一种；所述负极粘结剂选自丁苯橡胶SBR、聚丙烯酸、羧甲基纤维素CMC中的至少一种。
8.根据权利要求5所述的一种极片制备方法，其特征在于，所述固态电解质选自硫化物固体电解质、氧化物固体电解质、聚合物固体电解质、卤化物固体电解质或氮化锂中的至少一种；所述电解质层粘结剂选自丁苯橡胶、丁腈橡胶、乙基纤维素、聚偏二氟乙烯、聚丙烯酸酯中的一种或多种,粘结剂在固态电解质层中的质量分数为2％～10％。
9.根据权利要求5所述的一种极片制备方法，其特征在于，所述负极活性物质为钛酸锂或碳材料，负极活性物质在固态电解质层中的质量分数为10％～20％。
10.一种半固态电池，其特征在于，包括采用权利要求5所述的极片制备方法制备得到的正极极片或/和负极极片。
...【技术特征摘要】
1.一种极片，其特征在于，依次包括集流体、涂覆在集流体表面的活性物质层和涂覆在活性物质层表面的固态电解质层，所述活性物质层远离集流体的一侧设置有微结构，所述微结构的深度大于固态电解质层的厚度。
2.根据权利要求1所述的一种极片，其特征在于，所述微结构的深度是极片单面厚度的20％～80％，或/和所述固态电解质层的厚度为2μm～10μm。
3.根据权利要求1所述的一种极片，其特征在于，所述微结构包括线槽、槽孔中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种极片，其特征在于，所述微结构的宽度是深度的30％～120％。
5.一种极片制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1-4任意一项所述的一种极片，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种极片制备方法，其特征在于，所述正极活性材料选自钴酸锂、磷酸锰铁锂、磷酸铁锂、磷酸锰锂、三元正极活性材料和锰酸锂等材料中的至少一种；所述正极导电剂选自导电炭黑sp、碳纳米管cnt、碳纳米纤维和石墨烯中的至少一种；所述正极粘接剂选自聚四氟乙烯ptfe、聚偏氟乙...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔言明，秦伟星，张永龙，彭希虹，刘盼，杨振伟，金健，
申请(专利权)人：浙江锋锂新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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