[发明专利]一种具有电子、离子导电性的复合材料、制备方法及其应用

说明书

本发明涉及一种具有电子、离子导电性的复合材料、制备方法及其应用，属于无机全固态锂离子电池技术领域。以所述复合材料的总质量为100％，各组成成分及其质量百分数如下：碳材料76％～90％；聚合物5％～12％；锂盐5％～12％；所述复合材料中锂盐和聚合物包覆在碳材料表面。所述方法通过将碳材料、聚合物和锂盐在溶剂中充分搅拌分散，真空干燥后得到所述复合材料。将所述复合材料与无机固态电解质和正极活性物质混合制备得到无机全固态锂电池的复合正极，可以优化无机全固态锂电池复合正极中离子和电子导通网络，进而有效提升无机全固态锂电池的倍率性能和循环稳定性。

技术领域

本发明涉及一种具有电子、离子导电性的复合材料、制备方法及其应用，属于无机全固态锂离子电池技术领域。

背景技术

锂离子电池是目前最常用的能源储存和转化装置，近年来被广泛地应用于消费电子产品、电动汽车和便携式医疗仪器等领域中。传统的商业锂离子电池采用有机液体作为电解液，具有易燃、易泄露、易腐蚀以及易短路等安全问题。

全固态锂离子电池使用无机物固态电解质如Li₇La₃Zr₂O₁₂、Li₆PS₅Cl等代替有机电解液可以有效地提升安全性能。此外，固态电解质不会泄露，不需要封装系统，降低非活性物质质量占比；固态电池可以直接叠片实现串联，简化电池组的构造。

然而无机全固态锂电池也存在一些亟需解决的问题。在液态锂离子电池中，正极极片通常由正极活性物质、导电碳黑和聚合物组成，液态电解液可以溶胀聚合物并且渗透进入极片中，实现正极活性物质的充分浸润。聚合物在正极极片中主要起到粘接和储存液态电解液的作用。而在无机全固态锂离子电池中，其正极主要包括正极活性物质、导电碳黑和无机物固态电解质。复合正极通过压实上述组分的粉末混合物而成，因此不需要额外加入聚合物粘接剂。在复合正极内部，正极活性物质、无机物固态电解质和导电炭黑之间是以固-固接触的形式存在。这种固-固接触的接触面积小，在微米级别难以混合均匀，使得复合正极中离子和电子的导通网络不连续。这种不充分的离子和电子传导直接限制了正极活性物质的性能发挥，影响全固态电池能量密度的提升。此外在电池工作时，由于导电碳黑和无机固态电解质之间存在不可逆反应，会导致全固态电池的性能快速衰减。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有电子、离子导电性的复合材料、制备方法及其应用。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种具有电子、离子导电性的复合材料，以所述复合材料的总质量为100％，各组成成分及其质量百分数如下：

碳材料 76％～90％；

聚合物 5％～12％；

锂盐 5％～12％；

其中，所述复合材料中锂盐和聚合物包覆在碳材料表面；

所述碳材料为导电炭黑、碳纳米管、纳米碳球、碳纳米棒和碳纤维中的一种以上；

所述聚合物为聚环氧乙烷、聚乙二醇、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚(偏二氟乙烯-共-六氟丙烯)、聚乙烯醇和聚甲基丙烯酸甲酯中一种以上；

所述锂盐为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、高氯酸锂、三氟甲基磺酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、氯铝酸锂、氟代磺酰亚胺锂和氯化锂中的一种以上。

优选的，以所述复合材料的总质量为100％，各组成成分及其质量百分数如下：

碳材料 80％～85％；

聚合物 7％～10％；

锂盐 7％～10％。