[发明专利]正极片、固态化学电源及制备方法有效

专利信息
申请号: 201911364738.5 申请日: 2019-12-26
公开(公告)号: CN110993953B 公开(公告)日: 2022-07-12
发明(设计)人: 方文英;颜亮亮;李和顺;范羚羚;虞嘉菲;安仲勋 申请(专利权)人: 上海奥威科技开发有限公司
主分类号: H01M4/62 分类号: H01M4/62;H01M4/13;H01M4/139;H01M10/0525;H01M10/056
代理公司: 上海三方专利事务所(普通合伙) 31127 代理人: 杨懿
地址: 201203 上海市浦东新区*** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 正极 固态 化学 电源 制备 方法
【说明书】:

本发明涉及正极片、固态化学电源及制备方法。在正极片的正极材料层和电解质层之间具有导电网络层,所述的导电网络层是:由涂覆于正极材料层表面的导电浆料制备形成的导电层,受到涂覆于该导电层上的电解质浆料在分级毛细效应下的渗透形成的,电解质浆料用于制备所述的电解质层。本发明的正极片将导电网络层作为连接正极活性材料层与固态电解层的纽带及缓冲层,具有柔软的结构和高的电子、离子导电性,降低活性材料与固态电解质之间的界面接触内阻、改善由于充放电过程中正极材料发生的体积形变而导致的电极/电解质之间差的物理接触。另外,该导电网络层可作为一层保护层,阻止副反应的发生和副产物的传输,从而有效地提高活性物质的利用率。

技术领域

本发明涉及电极、化学电源和制备方法,具体涉及正极片、固态化学电源及制备方法。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、可靠性高、环境友好等优点,但锂离子电池电解液多为有机碳酸酯溶剂,如碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯等,存在漏液、着火、爆炸等安全问题,热失控现象近年来更是频频发生。而全固态锂电池,由于所采用的的固态电解质不会挥发且不易燃烧,有望从根本上解决电池的安全性问题,同时由于可以有效抑制锂枝晶,全固态电池可以进一步提高锂电池的能量密度,因此其成为了目前的研究热点。

在固态离子学中,固态电解质是一种具有较高离子电导率且同时能阻断电子传输的一种离子导体。因此,采用固态电解质的全固态电池一般安全性能出众,能量密度较高,是电动汽车的理想电池。但固态电解质的材料的性能很大程度上决定了电池的倍率性能、循环稳定性、安全性能、高低温性能及使用寿命。

目前,应用固态电解质的最主要问题在于:

第一,由于无机固态电解质往往是坚硬的陶瓷材料,不具有流动性,与锂金属界面润湿性较差,因此很难保证活性物质颗粒与固态电解质的充分接触,同时电池充放电过程中活性物质的体积变化也会进一步破坏固态电解质与活性物质颗粒的接触界面,造成固态电解质与活性物质之间较大的接触阻抗,影响固态锂离子电池的性能发挥。

第二,通常认为固态电解质良好的机械强度能够有效的抑制Li枝晶的生长,但是研究却表明Li枝晶仍然能够沿着Li7La3Zr2O12(LLZO)和Li2S–P2S5两类固态电解质的晶界快速生长,往往几十次循环就会发生内短路,严重影响全固态锂离子电池的使用寿命。具体锂枝晶在固态电解质当中的生长机制还没有定论,但目前主流观点认为锂枝晶的快速生长是因为,固态电解质与锂金属相对稳定,因此晶界与缺陷中沉积的锂金属很难被消耗,这会进一步导致尖端电场效应,加速锂枝晶沿着晶界生长。

第三,界面稳定性问题,一方面是一些传统的有机聚合物电解质,例如PEO等在高电压的正极一侧会发生氧化分解,导致接触阻抗增加及电池性能恶化;另一方面,氧化物固态电解质和硫化物固态电解质会在负极一侧发生还原分解,造成固态电池的性能下降。

CN109994783A公开了一种原位固态化制备全固态电池的方法,通过电子束聚合法将浸润在电池单元中各个界面的液态小分子单体直接原位聚合固化生成固态电解质,极大地提高了全固态电池固固界面的兼容性。

CN109921097A发明了一种全固态电池,在全固态电解质层的至少一个外表面上施加至少一种转化反应材料使其与全固态电解质层复合形成至少一层包覆层;将锂负极施加到包覆层上使其与包覆层发生反应形成固态电解质界面膜。由此得到的全固态电池由于降低了界面电阻并抑制了枝晶的形成而能够防止电池的短路,提高了电池的安全性能。

以上发明专利均为解决目前全固态电池面临的界面构建问题。由于固态电解质不具有液体电解液的润湿作用,固态电池正极层、负极层以及电解质层或隔膜层内部的固体颗粒点接触,及颗粒间的空隙极易造成电池体系中离子传输通道的不畅,因此全固态电池内部的固固接触变成了研究的难点。

发明内容

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