[发明专利]一种固态电池用正极片及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种固态电池用正极片及其制备方法和应用，所述制备方法包括以下步骤：(1)将第一浆料涂布在集流体上，干燥后辊压，在集流体上形成第一活性层，得到第一前驱体；(2)将第二浆料涂布在第一前驱体的第一活性层上，干燥后辊压，得到第二活性层，经温等静压处理后得到所述固态电池用正极片；所述第一活性层和第二活性层中均包含无机固态电解质。本发明所述制备方法可以提高固态电池用正极片的倍率性能和机械强度，有效地控制了粘结剂和导电剂分层分布，有利于推动全固态电池商业化应用。

技术领域

本发明属于固态电池领域，涉及一种固态电池用正极片及其制备方法和应用。

背景技术

固态电池是距离产业化最近的下一代技术，这已成为产业与科学界的共识。其中，硫化物电解质具有比较高的锂离子电导率。硫化物电解质主要包括thio-LISICON、Li₁₀GeP₂S₁₂、Li₆PS₅Cl、Li₁₀SnP₂S₁₂、Li₂S-P₂S₅、Li₂S-SiS₂、Li₂S-B₂S₃等，室温离子电导率可以达到10^-3～10^-2S/cm，接近甚至超过有机电解液，同时具有热稳定高、安全性能好、电化学稳定窗口宽(达5V以上)的特点，在高功率以及高低温固态电池方面优势突出，在高安全、高能量密度电池研发具有广阔的前景，但当采用硫化物固体电解质制备全固态电芯体系时，由于体系内没有向液态电池一样的电解液浸润，离子迁移全靠固态电解质，所以正极片中是必须含有电解质，来保证锂离子的迁移，这样相比传统液态电池极片就要占用其他组分的占比由于硫化物电解质电解质属于陶瓷类材料,颗粒与颗粒之间粘合力差，形状不规则，密度也低于活性材料，所以极片的电导率会降低，孔隙率会升高，相同面容量的正极片，也会因为含有固态电解质导致极片厚度增加，这进一步的增加了锂离子的迁移路径，导致电池的内阻增加，电池的循环性能、倍率性能和体积能量密度都有所下降，这些都不利于全固态电池所追求的高性能、高寿命、高能量密度特性。

硫化物电解质室温离子电导率可以达到10^-3～10^-2S/cm，接近甚至超过有机电解液，同时具有热稳定高、安全性能好、电化学稳定窗口宽(达5V以上)的特点，但当采用硫化物固体电解质制备全固态电芯体系时,由于体系内没有向液态电池一样的电解液浸润，离子迁移全靠固态电解质，所以正极片中是必须含有电解质，来保证锂离子的迁移，这样相比传统液态电池极片就要占用其他组分的占比，由于硫化物电解质电解质属于陶瓷类材料,颗粒与颗粒之间粘合力差，形状不规则，密度也低于活性材料，所以，孔隙率会升高，极片的电导率会降低，极片的剥离强度也会降低，特别是在相同温度条件下烘干，含有硫化物固态电解质的正极片更容易从集流体上脱层，粘结剂分布梯度明显，相同面容量的正极片，也会因为含有固态电解质导致极片厚度增加，这进一步的增加了锂离子的迁移路径，导致电池的内阻增加，导致电池的循环性能、倍率性能，体积能量密度都有所下降，这些都不利于全固态电池所追求的高性能、高寿命、高能量密度性能。

CN110911737A公开了一种基于硫化物的全陶瓷固态电池，其所述全陶瓷固态电池包括陶瓷电芯，陶瓷电芯依次包括正极层、硫化物固态电解质层、负极层，并通过共烧结处理获得；正极层由正极混合材料经过层压获得，正极混合材料由硫化物固体电解质和正极活性物质以及导电碳组成；负极层由负极混合材料经过层压获得，负极混合材料由硫化物固体电解质和负极活性物质材料以及导电碳组成。陶瓷类材料的颗粒与颗粒之间粘合力差，形状不规则，密度也低于活性材料，所以极片的电导率会降低。