[发明专利]固态复合正极及其制备方法和电池

说明书

本发明涉及一种用于固态复合正极及其制备方法和电池，其为多层层状结构，包括依次层叠设置的第一电解质层、第一正极活性层、正极集流体、第二正极活性层和第二电解质层；所述第一电解质层、第一正极活性层、第二正极活性层和第二电解质层均包含无机固态电解质。将无机固态电解质提前集成到正极中，配合正极表面的无机固态电解质层，使正极内部和正极表面形成相互连通的锂离子传输网络，既保证了锂离子的传输，又提升了电芯的安全防护能力。

技术领域

本发明涉及电池领域，特别是涉及一种固态复合正极及其制备方法和电池。

背景技术

动力电池安全性是当前整个电池行业面临的共同问题，近年来频繁爆出的新能源汽车起火事故使得电池本征安全问题已提升到了决定整个行业命运的高度。锂离子电池的热失控，是动力电池安全事故的核心原因，如何从电芯层面提升动力电池的安全性迫在眉睫。

商业化的液态锂离子电池，主要由正极、隔膜、负极和有机电解液构成，其充放电过程是一个受控的电化学过程，通过隔膜将参与反应的正负极材料隔开，从而实现对反应过程的控制。然而，传统的液态锂离子电池在使用时有诸多问题，例如：(1)当电池发生故障(受热或者机械损伤时)导致隔膜收缩或者受损，将会使得正负极直接接触，从而引发内短路，最终导致电池燃烧甚至爆炸；(2)电池在使用过程中不可避免形成锂枝晶，当锂枝晶不断生长刺穿隔膜时会直接引发内短路热失控；(3)针对更高能量密度的高镍三元电芯，高镍三元材料会不断催化电解液分解产气，导致电芯胀气进而引起极片扭曲变形，造成正负极接触短路概率极大提升，电芯热失控不可避免；(4)高镍材料存在高温释氧问题，其在200℃左右环境中释放的活性氧与电解液反应，会在电池未短路的情况下触发热失控，因此安全风险极大。

采用固态电解质替代或部分替代液态电解液，制成全固态或混合固液半固态电池，可以有效地应对上述几个因素导致的电池安全风险。首先，无机固态电解质隔膜相对有机物隔膜，受热时热收缩不明显、受机械外力作用时断裂破损概率低，可以有效降低内短路风险；其次，无机电解质相对有机物具有一定的强度，可以一定程度上抵抗锂枝晶，且特殊活性电解质甚至可以和锂反应消耗锂枝晶，提升电池安全性；此外，引入固态电解质后，可以减少电解液用量甚至完全不用电解液，这样就杜绝或缓解了高镍材料与电解液的反应，即使在热滥用情况下也能保证电芯具有良好的安全性。

固态电池/混合固液半固态电池需要提前将固态电解质集成到电极中，目前已报道了一种通过双螺杆挤出机来加热、混练有机聚合物电解质缓冲胶层，复合到固态电解质核心层表面，再与正极片、负极片通过热压、叠片形成半固态电池的工艺，该工艺明显不同于现有成熟的液态电池制造工艺，通过螺杆挤出工艺制备电解质缓冲层、再热贴合到正负极表面。

还报道了一种一种固态电解质膜及混合固液电池的方案，其是先将一隔膜插入到一对挤压辊之间，然后将固态电解质母胶于隔膜两侧共挤出，使得固态电解质母胶和隔膜一次成型形成可以收卷的固态电解质膜，最后通过辊压的方式将正负极片贴合到电解质膜两侧，再注液形成混合固液电池，上述发明中的电极与常规的液态电池电极设计相同，电极与聚合物电解质膜之间热压贴合的方式，可以有效改善电极/电解质的界面性能。

针对陶瓷电解质基固态电池(含全固态和固液混合半固态电池)，由于其无机陶瓷电解质加工性质明显不同于聚合物电解质，通过简单的物理的热压贴合无法形成较好的界面。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种锂离子传输能力强、安全性高的固态复合正极。

技术方案如下：

一种固态复合正极，其为多层层状结构，包括依次层叠设置的第一电解质层、第一正极活性层、正极集流体、第二正极活性层和第二电解质层；

所述第一电解质层、第一正极活性层、第二正极活性层和第二电解质层均包含无机固态电解质。