[发明专利]正极片、正极极板及固态电池

说明书

本发明提供一种正极片、正极极板及固态电池。制备该正极片的原料组分包括60％～98％的活性电极材料、1％～15％的电子导电剂、0.2％～10％的助剂和0.8％～15％的离子导电剂。正极极板是采用热辊压将正极片与集流体层复合而成。固态电池依次由正极极板构成的正极极板层、固态电解质层和金属锂负极构成的负极极板层叠片组装而成。正极片具有低孔隙率；采用活性电极材料、离子导电剂和助剂等能够提高锂离子的迁移数和扩散速率，提高传导能力和电池倍率；制备工艺采用无溶剂干法工艺，有效地降低了固态电池中的界面接触阻抗，构建兼具电子和离子导电网络的一体化电极，实现电极‑固态电解质一体化成型，推动固态电池尽早实现产业化。

技术领域

本发明属于固态电池技术领域，涉及一种正极片、正极极板及固态电池。

背景技术

固态电池由于具有超高安全性、高能量密度、高集成化的制造和成组方式等优良特性，是高性能锂电池的中长期技术路线、乃至终极技术方案，在高端消费类电子、新能源动力电池等领域具有广阔的应用前景。

为了实现固态电池的规模化应用，部分关键问题亟需突破。相比液态电池，固态电池的一个核心差异在于其界面为固固界面，包括电极内部不同组分间的界面、以及电极与电解质之间的界面，面临高界面阻抗、充放电过程中由于体积变化导致的界面分离、循环过程中发生的界面劣化演变等共性难题。对于电极和电解质之间的界面，文献和专利中通过溅射、共烧、喷涂、高分子或溶剂润湿界面等方式可有效降低界面阻抗，如文献(J.PowerSources 325,2016,584-590)提出将正极与固态电解质进行煅烧，通过化学反应生成新的界面实现电极和电解质的连接，从而降低界面阻抗；公开号CN108336402A利用高分子聚合物作为界面缓冲层，在保证一定机械强度的前提下，改善了陶瓷基固态电解质的界面接触，降低了界面阻抗。

然而，针对电极内部，即体相界面接触问题，目前通常采用将正极、导电剂、固态电解质、粘结剂等进行物理混合后，若固态电解质为氧化物或聚合物类型，则通过涂布得到用于固态电池电极片，而针对硫化物类型的固态电解质，由于环境要求苛刻，溶剂选择困难等问题，则较难通过湿法涂布得到电极片，一般在实验室中通过在很大压力下压实成片的方法得到小面积极片。该方法仍沿用了目前主体湿法成膜的方法，即采用粘结剂溶液或乳液将所有粉料制成浆料，再进行成膜处理，在成膜处理过程中需要将粘结剂溶液或乳液中的溶剂进行干燥，此溶剂挥发过程是多孔电极所需造孔的必需步骤，但对于固态电池而言，其要求活性材料与作为离子导电的固态电解质和起电子导电作用的导电剂等各组分之间紧密接触，从而构建充足、畅通的电子和离子通路，换言之，固态电池所需电极为低孔隙率的兼具电子导电和离子导电的一体化电极。

同时，固态电池由于使用了密度更高的陶瓷基固态电解质(≥3g/cm³)取代密度较低的电解液(≈1.3g/cm³)，对于使用相同正、负极体系固态电池而言，其能量密度反而是降低的，因此，为了提高相同电极体系的固态电池，一个有效的方法是制备高压实厚电极。由于常规的湿法涂布过程涉及溶剂烘干过程，当涂布厚度超过一定厚度(如150微米及以上)，极易造成电极开裂，因此目前的湿法涂布工艺对于厚电极制备存在极大的限制。与此同时，一些电池厂家也在尝试增加电极厚度提高液态电池能量密度。尽管厚度越厚、压实越高理论上可提高电池的能量密度，然而由于液态电池存在后续注液环节，对于后期电解液的浸润和化成却带来一系列问题，如需采用多次注液，延长静置时间，导致电池生产效率变差，并伴随电池浸润不良，内阻变大，析锂等性能问题。因此，液态电池通过电极厚度和压实增加来提高能量密度在效果、制造可行性、成本等方面仍需整体和系统的考量。