制备全固态正极极片的方法和全固态电池与流程

    技术2024-12-17  9


    本申请涉及电池领域,更具体地,涉及制备全固态正极极片的方法和全固态电池。


    背景技术:

    1、随着新能源领域的发展,全固态电池也逐渐成为关注的焦点,在全固态电池中,硫化物固态电解质具有较高的子离电导率,可以与液态电解质媲美,此外,硫化物固态电解质的良好的延展性有利于全固态电池的大规模生产。然而,由于高载量的复合片状电极难以制备,限制了该类全固态电池的应用。因此,为了避免正极组分之间的分离以及缓冲循环过程的应力,一般会在复合正极中加入少量粘结剂组分。湿法混料是常用的复合电极制备方法,但该方法会带来一些问题,如硫化物与有机溶剂之间的副反应、电子绝缘聚合物引发的高界面阻抗等,相比之下,使用聚四氟乙烯(ptfe)作为粘结剂,利用干法混料可以有效地缓解有机溶剂带来的问题。但ptfe的粘接力弱,导致电极容易从集流体上脱落或两者之间接触恶化。采用高附着力的集流体是提高全固态干法正极和集流体粘接力的常用方法,如采用涂碳铝箔作为高附着力的集流体,但碳层本身不提供容量,一定程度上降低了电池的能量密度。应该注意,上述全固态干法正极:包含正极活性材料、固态电解质、导电剂和聚合物粘合剂;固态电解质增强正极的离子传输,导电剂增强正极的电子传输,粘结剂增强正极内部各组分的粘结性和与集流体的粘接力;以及粘结剂:粘结剂是高分子化合物,用来将电极正极活性材料、固态电解质和导电剂粘结在一起同时粘附在集流体上。

    2、综上,现有技术中存在以下缺点:

    3、1. 全固态干法正极所用ptfe的粘接力弱,导致电极容易从集流体上脱落或两者之间接触恶化。

    4、2. 采用高附着力的集流体是提高全固态干法正极和集流体粘接力的常用方法,如采用涂碳铝箔作为高附着力的集流体,但碳层本身不提供容量,一定程度上降低了电池的能量密度。

    5、因此,急需一种制备全固态正极极片的方法和相应的全固态电池。


    技术实现思路

    1、本申请通过在全固态正极极片的正极集流体上依次用湿法和干法制备第一正极材料层和第二正极材料层,不仅可以提高干法的第二正极材料层与正极集流体之间的高粘接力,同时还可以提升高正极活性物质负载量。此外,由该全固态正极极片制得的全固态电池可以具有良好的快充性能和高的能量密度。本申请提供了一种制备全固态正极极片的方法,包括:提供正极集流体;通过湿法工艺在所述正极集流体上制备第一正极材料层;以及通过干法工艺制备第二正极材料层,其中,在所述第一正极材料层烘干后将所述第二正极材料层通过辊压复合在所述第一正极材料层的表面得到所述全固态正极极片。在一些实施例中,第一正极材料层具有多孔结构。通过在正极集流体表面依次用湿法和干法制备第一正极材料层和第二正极材料层,湿法涂覆后的第一正极材料层在烘干后因为溶剂挥发会形成多孔结构,这时利用该多孔结构与第二正极材料层互相辊压制得全固态正极,可大幅提升全固态正极极片内部粘接力;同时通过可发挥容量的第一正极材料层取代正极集流体上的碳层,可以提升高正极活性物质负载量。

    2、在一些实施例中,在一些实施例中,所述第一正极材料层包括第一正极活性材料,所述第二正极材料层包括第二正极活性材料;其中,在体积基准的粒度分布中,所述第一正极活性材料从小粒径侧起、达到体积累积50%的粒径为7μm-12μm,并且所述第一正极活性材料从小粒径侧起、达到体积累积90%的粒径与所述第一正极活性材料从小粒径侧起、达到体积累积10%的粒径的比值在4.5-5.5的范围内,在体积基准的粒度分布中,所述第二正极活性材料从小粒径侧起、达到体积累积50%的粒径为2μm-5μm,并且所述第二正极活性材料从小粒径侧起、达到体积累积90%的粒径与所述第二正极活性材料从小粒径侧起、达到体积累积10%的粒径的比值在1.7-2.3的范围内。在一些实施例中,所述第一正极材料层还包括第一固态电解质,并且所述第一固态电解质从小粒径侧起、达到体积累积50%的粒径为7μm-12μm。在一些实施例中,所述第二正极材料层还包括第二固态电解质,并且所述第二固态电解质从小粒径侧起、达到体积累积50%的粒径为0.5μm-1.5μm。本申请通过调控第一正极材料层和第二正极材料层中第一、第二正极活性材料和第一、第二固态电解质的粒径分布,有助于提升第一正极材料层和第二正极材料层之间的界面粘接力,同时,上述的适宜的粒径分布,能够有效改善第一正极材料层和第二正极材料层之间的界面性能,降低材料层界面一致性下降对循环性能的影响。

    3、在一些实施例中,所述第一正极材料层与所述第二正极材料层的厚度比为1:3~10。通过调控第一正极材料层和第二正极材料层的厚度比例,可以在不影响全固态正极极片内部界面粘接力的情况下,最大限度提升全固态正极极片整体的离子传输能力。

    4、在一些实施例中,所述第一正极活性材料和所述第二正极活性材料各自独立地选自锂镍钴锰氧化物(ncm)、锂镍锰氧化物(lnmo)和富锂锰基氧化物(lrmo)中的一种或多种。

    5、在一些实施例中,所述第一正极材料层与所述正极集流体直接接触,其中,基于所述正极集流体的两侧的总面积,所述第一正极材料层的覆盖面积为30%-100%。

    6、在一些实施例中,所述第一固态电解质包括氧化物固态电解质,并且所述第二固态电解质包括硫化物固态电解质或卤化物固态电解质。本申请通过调控第一正极材料层中固态电解质的种类,可以更好地适配湿法工艺,提高了第一正极材料层中固态电解质对溶剂的耐受能力。

    7、此外,本申请还提供了包括由上述方法制备的全固态正极极片的全固态电池。

    8、综上,通过本申请提供的制备全固态正极极片的方法,使得包括由该方法制备的全固态正极极片的全固态电池具有良好的快充性能和高的能量密度。



    技术特征:

    1.一种制备全固态正极极片的方法,其特征在于,包括:

    2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述第一正极材料层具有多孔结构。

    3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,

    4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述第一正极材料层与所述第二正极材料层的厚度比为1:3-10。

    5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,

    6.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,

    7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述第一正极材料层与所述正极集流体直接接触,其中,基于所述正极集流体的两侧的总面积,所述第一正极材料层的覆盖面积为30%-100%。

    8.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述第一固态电解质包括氧化物固态电解质。

    9.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述第二固态电解质包括硫化物固态电解质或卤化物固态电解质。

    10.一种全固态电池,其特征在于,包括根据上述权利要求1-9中任一项所述的方法制备的全固态正极极片。


    技术总结
    本申请的实施例提供了一种制备全固态正极极片的方法和全固态电池,制备全固态正极极片的方法包括:提供正极集流体;通过湿法工艺在所述正极集流体上制备第一正极材料层;以及通过干法工艺制备第二正极材料层,其中,在所述第一正极材料层烘干后将所述第二正极材料层通过辊压复合在所述第一正极材料层的表面得到所述全固态正极极片。本申请通过在全固态正极极片的正极集流体上依次用湿法和干法制备第一正极材料层和第二正极材料层,不仅可以提高干法的第二正极材料层与正极集流体之间的高粘接力,同时还可以提升高正极活性物质负载量。此外,由该全固态正极极片制得的全固态电池可以具有良好的快充性能和高的能量密度。

    技术研发人员:余乐,郑大为,吕文彬,李谦
    受保护的技术使用者:远景动力技术(鄂尔多斯市)有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/10/24
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