[发明专利]二次电池电极及其制备方法与二次电池及其制备方法

说明书

本发明提供了一种二次电池电极及其制备方法与二次电池及其制备方法，涉及二次电池技术领域，该二次电池电极的制备方法，利用激光对电极活性物质干粉层进行加热，待电极活性物质干粉层熔融并凝固后得到所述电极。利用该方法能够缓解现有技术的磁控溅射方法制备电极活性材料层生长缓慢以及现有的3D打印技术使用粘结剂造成电池电性能下降的技术问题，达到提高生成效率和电池电性能的目的。

技术领域

本发明涉及二次电池技术领域，尤其是涉及一种二次电池电极及其制备方法与二次电池及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有放电电压高、能量密度高、功率密度高、循环寿命长和无记忆效应等众多优点，在消费电子、电动工具、医疗电子、电动汽车、轨道交通、航空航天、大规模可再生能源接入、电网调峰调频以及分布式储能等领域具有广泛的应用。然而，目前商用锂电池采用有机液态电解液，其易燃易爆的特点极大地阻碍了锂电池的推广应用。

随着固态电解质材料地发展，具有高工作电压区间、安全不易燃地全固态锂电池的研制开发将成为解救目前锂电池困境的关键。然而，由于固态电解质中的离子处于限定的区域，其离子电导率远低于液态电解液，限定了固态电池整体性能的提升。得益于半导体纳米技术的发展，具备纳米尺度薄膜结构的全固态薄膜电池成为固态电池领域最早实现初步产业化的新型锂电池。未来薄膜电池与现有锂电池的工作原理相同，最主要的区别是电池中没有有机电解液，取而代之的是比纸片还薄的固态的薄膜电解质，即在导电衬底上将电池的各个元素按照正极、电解质、负极的顺序依次制备成薄膜，最后封装就构成一个整电池，可彻底解决电解液泄露的安全隐患。使用固体电解质的薄膜锂电池具有许多优点，如：(1)能量密度很大(800Wh/L)；(2) 弯曲、刺穿仍可充放电；(3)在-70℃到170℃宽温度范围内可使用； (4)年自放电率3％，可循环数万次；(5)控制电极与电解质薄膜厚度的厚度，可实现30C充放电；(6)单体内部串联制造12V及以上的大电压单体电池；(7)与5V高压电极材料进行匹配。另外，全固态薄膜锂电池还有封装效率更高，可减少电源系统中无效空间的体积等特点。更值得指出的是，全固态薄膜锂电池宽工作温度范围使其可在航空航天及深海等极端环境中正常工作，是目前现有其它电池无法实现的。全固态薄膜锂电池具备的优良特性使其在微型电子器件 (如：智能卡、电子标签、微机电系统、集成电路)、可穿戴电子设备、军事、医学和航天等领域有广泛的应用前景。

目前，全固态薄膜锂电池的制备均采用美国橡树岭国家实验室 BATES等开发的制备方法(Solid State Technology 1993,36(7):59-64)，即采用磁控溅射的方法依次在基底上沉积正极和电解质，然后采用热蒸发的方法沉积负极。采用磁控溅射制备方法可以得到较为致密的正极活性材料层，但其生长速率较低(每小时仅数微米)。如此低的生长速率极大地限制了其制备较厚(5um)电极活性材料层的效率，电池的整体容量受到限制，也增大了大规模生产制备的成本。

同时，也有学者利用3D打印技术在集流体上打印制备电极，但是该方法中需要在浆料中加入粘结剂等有机物以使电池活性材料中的颗粒粘结在一起。而有机物的存在会大幅减小电极活性材料的质量和体积比重，且打印成型后烧掉有机物会形成较多的孔隙，形成较多的晶界和气-固界面，不利于锂离子在电极活性材料中的传输，降低电池的电性能。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种二次电池电极的制备方法，本发明的第二目的在于提供一种利用该制备方法得到的二次电池电极，以缓解现有技术的磁控溅射方法制备电极活性材料层生长缓慢以及现有的3D打印技术使用粘结剂造成电池电性能下降的技术问题。

本发明的第三目的在于提供一种包括上述电极的二次电池，本发明的第四目的在于提供一种二次电池的制备方法，以提高二次电池的电性能。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种二次电池电极的制备方法，利用激光对电极活性物质干粉层进行加热，待电极活性物质干粉层熔融并凝固后得到所述电极。