[发明专利]一种低孔隙率正极极片、其制备方法及其在固态锂金属电池中的应用

权利要求书

1.一种低孔隙率正极极片，其特征在于，所述正极极片由活性物质颗粒、导电剂、具有锂离子导通能力的粘结剂所构成的涂层及集流体构成，且其孔隙率低于20％，电极内含有完整的锂离子和电子通道，因而适用于锂金属电池。

2.如权利要求1所述的正极极片，其特征在于，所述活性物质为颗粒尺寸在50nm～30μm的一次颗粒或大单晶，颗粒内部由于晶体缺陷造成的孔隙率体积分数＜2％。

3.如权利要求1所述的正极极片，其特征在于，所述活性物质为磷酸铁锂(LFP)、钴酸锂(LCO)、镍锰酸锂(LNMO)或三元材料大单晶(NCM)，其占涂层的质量占比在50％～95％之间。

优选的，其质量占比在60％～90％之间。

4.如权利要求1所述的正极极片，其特征在于，所述导电剂为导电石墨、导电炭黑、碳纳米管、碳纳米纤维、还原氧化石墨烯和石墨烯中至少2种的组合，其质量占比在涂层中占2％～20％。

优选的，导电剂至少包含碳纳米管或碳纳米纤维中的一种，并与导电石墨、导电炭黑、还原氧化石墨烯和石墨烯中至少1种进行组合。

5.如权利要求1所述的正极极片，其特征在于，所述具有锂离子导通能力的粘结剂在涂层中的质量占比为5％～20％；且该粘结剂由聚合物、锂盐、离子液体和无机锂离子导体组成；所述聚合物是聚氧化乙烯(PEO)、聚乙二醇(PEG)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)、聚丙烯腈(PAN)和聚丙烯酸锂(PAALi)中的一种或两种以上的组合，在粘结剂中所占质量比为50％～90％；所述锂盐为LiPF₆、LiBF₄、LiBOB、LiDFOB、LiTFSI和LiFSI中的一种或两种以上的组合，其在粘结剂中的质量比为1％～20％；所述离子液体在粘结剂中质量比为1％～50％，其阴离子为BF₄^-、BOB^-、DFOB^-、TFSI^-和FSI^-中一种或两种以上的组合；该无机锂离子导体选自氧化物纳米颗粒，优选Al₂O₃、SiO₂、ZrO₂、TiO₂，或其它无机快锂离子导体，优选硫化物锂磷硫(LPS)，锂锗磷硫(LGPS)，锂锡磷硫(LSnPS)，氧化物锂镧锆氧(LLZO)，锂镧锆钽氧(LLZTO)和锂铝钛磷氧(LATP)中一种或两种以上的组合，其中该类无机锂离子导体占粘结剂质量比在0.5％～10％之间。

优选的，粘结剂室温离子电导率不低于5*10^-5S/cm。

6.如权利要求1所述的正极极片的制备方法，其特征在于，所述制备过程可通过将活性物质颗粒、导电剂、粘结剂混合后，干法压制或喷涂在集流体上、辊压处理来完成。

7.如权利要求1所述的正极极片的制备方法，其特征在于，所述制备过程通过将一定比例的活性物质颗粒、导电剂、粘结剂混合于乙腈、N-甲基甲酰胺、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、水等溶剂中的一种或两种以上的组合后，采用传统湿法将浆料涂布于集流体，干燥、辊压来完成。

8.如权利要求1所述的正极极片在固态锂金属电池中的应用。

9.包含如权利要求1所述的正极极片的固态锂金属电池的制备方法，包括以下步骤：

(1)采用干法或湿法涂布制备所述正极极片，辊压后其孔隙率低于20％；

(2)将步骤(1)所得极片正极与固态电解质、金属锂(合金)负极，通过卷绕或叠片的方式制备成电芯；

(3)将步骤(2)得到的电芯经焊接极耳、入壳、封口后室温静置24小时后化成；

(4)化成完成后得到所述的一种采用低孔隙率正极极片的锂金属电池。