[发明专利]一种电极极片及其制备方法和固态电池

说明书

本发明涉及一种电极极片及其制备方法和固态电池。该电极极片包括集流体和电极材料层，所述电极材料层含有电极活性物质和固态电解质，在远离集流体的厚度方向上，电极活性物质的含量梯度降低，固态电解质的含量梯度增加。本发明提供的电极极片，依据锂离子在电极反应中的传导特点，对电极材料层中电极活性物质和固态电解质进行梯度设计，提升了电极极片的离子电导，特别是有助于高活性材料面密度电极极片的离子电导提升，同时，在靠近电解质侧，高的固态电解质含量有利于电极与电解质界面的融合，从而降低电极与电解质膜的界面阻抗。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种电极极片及其制备方法和固态电池。

背景技术

新能源汽车的发展对于缓解环境污染问题和能源危机具有重要意义，作为能量来源的动力电池对新能源汽车的性能起着决定性作用。锂离子电池由于具有高能量密度、高功率密度、长寿命、无记忆效应等优点成为了新能源汽车电池的首选。

新能源汽车的快速发展对动力电池系统的安全性和能量密度等性能提出了更高的需求，目前主流动力电池使用的液态锂离子电池由于含有液态有机电解液，存在一定的安全隐患，并且其耐压窗口有限，限制了锂离子电池能量密度的进一步提升。

固态电池采用固体电解质来替代传统有机液体电解质，相比于传统液态锂离子电池，其减少了电解液、隔膜甚至粘结剂的使用，不仅避免了电解液泄露等安全问题，而且由于固态电池能够采用堆栈式设计，简化了电池构造，比使用有机电解液的电池具有更高的能量密度，固体电解质不会挥发且不易燃，提高了锂离子电池的安全性能。

固态电池中由于不存在液态电解液填充电极颗粒间的空隙，电极颗粒间不能形成良好的离子通路，限制了固态电池倍率性能的发挥，特别是当电极面密度增加时，离子在电极中的扩散更加困难，致使在高面密度下，电池的功率密度反而会出现一定程度的下降。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电极极片，从而解决固态电池电极极片存在的在高面密度下离子电导能力下降的问题。

本发明还提供了上述电极极片的制备方法以及使用该电极极片的固态电池。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种电极极片，包括集流体和电极材料层，所述电极材料层含有电极活性物质和固态电解质，在远离集流体的厚度方向上，电极活性物质的含量梯度降低，固态电解质的含量梯度增加。

所述电极材料层包括在远离集流体的厚度方向上设置的至少两层电极材料子层，各电极材料子层中电极活性物质、固态电解质的含量固定，在远离集流体的厚度方向上，电极活性物质的含量逐层递减，固态电解质的含量逐层递增。

本发明提供的电极极片，依据锂离子在电极反应中的传导特点，对电极材料层中电极活性物质和固态电解质进行梯度设计，提升了电极极片的离子电导，特别是有助于高活性材料面密度电极极片的离子电导提升，同时，在靠近电解质侧，高的固态电解质含量有利于电极与电解质界面的融合，从而降低电极与电解质膜的界面阻抗。该电极极片可以在提高面密度的同时，提升极片整体的离子电导，降低电极与电解质膜的界面阻抗，进而可以实现对电池能量密度和功率密度的耦合优化。

所述正极极片可以为正极或负极，正极可以为钴酸锂、三元材料、锰酸锂、磷酸铁锂、富锂相材料等材料体系；负极可以为石墨、非晶碳材料、合金材料等材料体系，针对负极为金属锂或者锂合金的固态电池，正极极片按此结构设计。