[发明专利]一种全固态电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种全固态电池及其制备方法。本发明公开的全固态电池包括正极片、固态电解质层和负极片；其中，正极片包括集流体和正极材料，正极材料包括正极活性材料和离子导电剂，正极活性材料为CuS₂，离子导电剂为硫化物；固态电解质层包括固态电解质，固态电解质为硫化物。本发明公开的全固态电池的制备方法在惰性气氛或真空中进行，包括：浆料制备步骤S1；正极片制备步骤S2；固态电解质浆料涂布干燥步骤S3。根据本发明的全固态电池采用CuS₂为正极活性材料，提高了全固态电池的循环性能和能量密度；根据本发明的制备方法采用浆料涂布法，实现了全固态电池自持压正常充放电。

技术领域

本发明涉及电池领域，尤其涉及一种全固态电池及其制备方法。

背景技术

全固态电池与液态锂电池相比至少具有以下三方面的优势。

(1)全固态电池采用固态电解质不存在漏液问题，且其采用的固态电解质大部分不可燃、不挥发；全固态电池，由于热稳定性和电化学稳定性较好，能够承受使用过程中出现的极端情况(如碰撞和挤压等)；因此，其安全性更高。

(2)在全固态电池中，固态电解质机械强度较高，能有效解决在液态电池中存在的负极锂枝晶刺穿隔膜造成的短路问题。

(3)全固态电池的电芯还可以串联叠加，结构紧凑，无需额外添加冷却系统和热管理系统，可以提高能量密度和降低成本。

因此，全固态电池引起了本领域技术人员的广泛关注和研究。

但现有技术的全固态电池存在如下技术问题：

(1)在现有技术中，硫基固态电池一般采用传统的正极活性材料(如：LiCoO₂、LiFeO₄，NCM和NCA等)和硫化物固态电解质组成全固态电池。

由于传统的正极活性材料与硫化物固态电解质的相容性差、两者之间存在的电势差，在界面处会产生空间电荷层，从而导致界面阻抗大，进而导致全固态电池的倍率性能和循环性能较差。

(2)传统正极活性材料的理论容量偏低(如：LiCoO₂的理论容量只有130mAh/g，LiFeO₄理论容量约为170mAh/g，NCM理论容量约为150-280mAh/g，NCA理论容量约为274mAh/g)，导致全固态电池的能量密度偏低。

(3)现有技术中，一般采用粉末压片法制备全固态电池。一方面，该方法制备的固态电解质层较厚(一般在1mm左右)，不利于全固态电池能量密度的提升。另一方面，全固态电池在电化学性能测试和使用过程中，需借助加压模具加压以保证正极片/电解质层/负极片间的紧密度和电解质层粉体间的致密度，如果去掉加压模具，全固态电池在充放电过程中，由于体积变化导致内部出现破碎粉化现象，导致电池阻抗变大，充放电容量也相应的衰减，如果保持加压模具加压，又会导致全固态电池的能量密度偏低。

由此可见，需要提供一种电池能量密度、循环性能和倍率性能良好，且能实现自持压正常充放电的全固态电池及其制备方法。

发明内容

本发明提供的全固态电池，以CuS₂为正极活性材料，一方面解决了氧化物正极活性材料理论容量偏低的问题；另一方面，解决了氧化物正极活性材料与硫化物固态电解质界面相容性差导致的界面阻抗高的问题。

本发明提供的全固态电池的制备方法，采用浆料涂布的方法，解决了去掉夹具后全固态电池不能正常充放电使用的问题。

根据本发明的一方面，提供了一种全固态电池，包括正极片、固态电解质层和负极片；其中，

所述正极片包括集流体和正极材料，所述正极材料包括正极活性材料和离子导电剂，所述正极活性材料为CuS₂，所述离子导电剂为硫化物；