[发明专利]一种多孔复合极片及其制备和在全固态锂电池中的应用

说明书

本发明属于固体电池技术领域，具体公开了一种多孔复合极片，其包括集流体、复合在集流体表面的活性材料层；所述的活性材料层具有多孔结构，所述的孔隙结构中填充有电解质/聚合物复合材料。本发明还公开了所述的多孔复合极片的制备方法，先在集流体表面复合形成具有多孔结构的活性材料层；随后浸泡在包含电解液、聚合物合成原料的溶液中；聚合物合成原料固化反应，在活性层的孔隙中填充电解质/聚合物复合材料；即得所述的多孔复合极片。将该极片与锂片组装成扣式电池，证明该材料表现出优良的电化学性能，能有效降低电极极化，提高电池的能量密度和循环稳定性。

技术领域

本发明涉及一种全固态锂电池及其制备方法，属于全固态锂电池领域。

背景技术

能源是发展国民经济和提高人民生活水平的生要物质基础，也是直接影响经济发展的一个重要因素。进入21世纪以来，传统的能源利用方式所带来的资源短缺、环境污染、温室效应等问题日益突出，改善能源结构，开发高效、清洁的新型能源已成为全球共识。锂离子电池由于其安全、环保、高比能量和良好的电化学性能等优越的性能受到了人们的青睐。但是，商业化含有液态有机溶剂的锂离子电池，由于液体电解质与电极材料、封装材料缓慢地相互作用和反应，长期服役时溶剂容易干涸、挥发、泄露，电极材料容易被腐蚀，影响电池寿命。近年来，大容量锂离子电池在电动汽车、飞机辅助电源方面出现了严重的安全事故，这些问题的起因与锂离子电池中采用可燃的有机溶剂有关。采用固体电解质，则可以避开液体电解液带来的副反应、泄露、腐蚀问题，从而有望显著延长服役寿命、并从根本上保证锂离子电池的安全性，提高能量密度、循环性、服役寿命、降低电池成本。

全固态电池中极片与固态电解质之间是固-固界面，较常规的固-液界面，其界面接触性较大，会造成极片与固态电解质之间的界面阻抗大大增加，从而大大影响了电池的性能。因此，有效提高电解质与电极材料之间的接触性，是降低界面电阻，提高全固态锂电池高倍率放电性能的关键。现有技术中通常采用将电解质与电极活性材料混合制浆涂布的技术来解决上述问题，但是这类技术由于加入电解质的量过大，会极大的降低电池的能量密度。此外，不同电解质在NMP浆料体系中会发生反应，在电解质与活性物质之间形成一层惰性层，导致电极活性材料与固态电解质之间的界面阻抗大大增加，影响电池的电化学性能。

综上所述，本领域急需开发一种简单高效的多孔复合极片制备方法，具备高能量密度与循环稳定性的全固态锂离子电池极片制备一直是本领域的热门研究课题。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种简单高效的多孔复合极片，通过所述的结构和物质的配合，旨在提供具有良好电学性能的活性材料、电解质复合的多孔极片。

本发明第二目的在于，提供了所述的多孔复合极片的制备方法，旨在通过所述的制备方法，制得极片与固态电解质界面阻抗小、电流密度大、电学性能优异的多孔复合极片。

本发明第三目的在于，提供一种所述的多孔复合极片在全固体电池领域的应用。

全固体电池多孔极片制备技术中，常利用电极材料和电解质均相混合的方式改善物料之间的接触，这种方式能够起到一定的降低电极与固体电解质之间的阻抗方面，但效果有效，且仍存在材料电流密度较低的技术不足。本发明提供了一种全新的结构和物质形态的全固态电池多孔极片，具体如下：

一种多孔复合极片(本发明也称为全固体电池多孔复合极片、或者称为活性物质-电解质复合极片)，包括集流体、复合在集流体表面的活性材料层；

所述的活性材料层具有多孔结构，所述的孔隙结构中填充有电解质/聚合物复合材料。

本发明将电解质与聚合物复合，并将该复合材料填充至复合在集流体表面的活性材料的孔隙结构(孔结构)中。本发明的物质形态以及结构设置方式，可以有效解决困扰全固体电池极片技术领域的电极和电解质之间阻抗的问题，不仅如此，还能够解决现有技术普遍存在的电流密度较低的技术问题。