[发明专利]用于固态电池负极的导电材料及其制备方法和以其制备的负极复合材料

说明书

本发明公开了用于固态电池负极的导电材料及其制备方法和以其制备的负极复合材料，所述导电材料为对导电炭材料表面改性后得到的改性导电炭材料；改性方法为将偶联剂接枝到导电炭材料表面；再以改性导电炭材料制备固态电池负极复合材料，以此负极复合材料制备复合负极，最终制备得到相应的固态电池。本发明的有益效果为：本发明提供的固态电解质颗粒与三维导电炭网络之间由无机纳米颗粒胶结，可以有效加强复合材料的结构强度和韧性，具有更好的耐冲击性能；另一方面，导电炭不会因锂金属反复在其表面溶解‑沉积而脱离固态电解质，避免负极内阻增大，能够有效提高全固态电池的循环性能。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及用于固态电池负极的导电材料及其制备方法和以其制备的负极复合材料、以及含有此负极复合材料的固态电池。

背景技术

固态电池是一种使用固体电极和固体电解质的电池，其于近年被视为可以继承锂离子电池地位的电池，固态锂电池技术采用锂、钠制成的玻璃化合物为传导物质，取代以往锂电池的电解液，能够大大提升锂电池的能量密度。

而为开发更高能量密度的电池，使用锂金属作为负极材料已成为趋势，然而锂金属在液态电解质中具有较高的不稳定性，电池在充放电过程中会产生细小的锂枝晶刺穿隔膜导致内短路，采用固态电解质则可以有效抑制锂金属的负面影响。

在现有的全固态电池的方案中，主要是采用热压的方法将固态电解质膜覆盖在锂箔表面，或者是将固态电解质颗粒与锂金属直接混合构成复合材料，由于锂金属在充放电过程中持续发生溶解-沉积，反复的体积膨胀-收缩导致锂金属与固态电解质的结合难以保持稳定，接触面逐渐脱离，导致电池性能急剧衰减；另一方面，采用锂箔作为沉积面时，仍会有短路发生。

现有技术中，为锂金属提供高比表面沉积载体是有效的防止短路和缓冲体积膨胀的方法，专利CN201410395114.0公开了一种金属锂-骨架碳复合材料的负极，用于液态锂金属电池中，促使锂在循环过程中均匀沉积在碳材料表面；专利CN201910033629.9公开了一种全固体锂离子二次电池用的负极合材，此种负极合材为含有负极活性物质、固体电解质、导电材料和粘结剂的复合负极，负极活性物质(A)含有Si，固体电解质(B)含有硫化物固体电解质，导电材料(C)含有具有碳六元环的纤维状碳材料，粘结剂(D)含有具有芳香环的高分子化合物，该复合负极可以抑制全固态电池的内阻增大；专利CN202110217424.3公开一种含碳固态电解质，此种固态电解质包括相互混合后用于烧结的硫化物固体电解质和有机物，能够有效降低界面电阻。

但与采用液态电解质的电池不相同的是，固态电池中不仅仅需要考虑如何降低电阻问题，更重要的，还需要考虑固体与固体之间的接触界面稳定性。在组装全固态电池的过程中，为了获得良好的固-固接触界面，通常将电极和固态电解质膜堆叠并经过烧结处理，粘结剂经过高温处理后会失效；碳包覆的固态电解质无法在电极内部形成导电网络，锂金属沉积的比表面积相对较小。

现有商业导电炭材料的表面较为光滑，其与无机材料以物理方式接触连接时结构强度较低，当电极发生体积膨胀-收缩时，导电炭会脱离固态电解质表面，二者接触面的逐渐脱离，则会造成电极电阻增加。针对固态电池中负极区域的体积变化问题，尚需要进一步地加强固态电解质与导电炭的结合强度，提高其结构稳定性，减少物理结构分离造成的电极电阻变化问题。

发明内容