[发明专利]一种负极极片及其制备方法和应用

说明书

本发明属于电池材料技术领域，具体涉及一种负极极片及其制备方法和应用。使用本发明提供的方法，能够使固态电解质在极片制备过程中在活性物质颗粒之上原位析出、固化，从而使固态电解质与活性物质颗粒之间紧密接触，进而提升固态电池的倍率性能。且本发明之中使用水作为溶剂，极大的拓宽了固态电池极片制备过程中粘结剂的选择范围，提升了电池极片的剥离强度。

技术领域

本发明属于电池材料技术领域，具体涉及一种负极极片及其制备方法和应用。

背景技术

固态电池是一种新型电池科技。固态电池采用不可燃的固态电解质替换了可燃性的有机液态电解液，大幅提升了电池系统的安全性，同时能够更好地适配高能量正负极并减轻系统重量，实现能量密度同步提升。在各类新型电池体系中，固态电池被认为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。

目前制作负极极片的工艺步骤主要为：将负极活性物质、粘结剂、导电碳、固态电解质与溶剂一同经过匀浆、涂布、干燥、压实后制得负极极片。但是，常用的溶剂如NMP、水等，会使得固态电解质发生严重的反应，从而会造成其电导率下降数个数量级。如果选用与固态电解质相对稳定的非极性或极性很低的溶剂，这就造成这些低极性的溶剂不能溶解目前大多数液态电池中使用的粘结剂，如PVDF、PAA系列等，这就导致由传统方式制作的固态电池极片机械强度较低，容易出现掉料、涂层脱落的情况，而增加粘结剂用量会造成极片中的活性物质比例减少，进而造成能量密度的降低，同时还会阻碍锂离子以及电子在极片中的传递，造成充放电过程中极化的增大以及电池倍率性能的下降。

为了解决上述问题，现有技术中提出一种采用固态电解质包覆负极活性物质的方法，试图通过固态电解质包覆来改善负极的锂离子电导率，从而使电池能够展现出较高的放电容量、倍率性能以及长的循环性能。该技术中的包覆方法仅限于在材料层面，而非在极片层级中实现对活性物质的包覆，这种方法的缺点还在于：即便在材料层级中实现了对活性物质的完美包覆，在极片制备过程中仍会将包覆层破坏，而从造成活性物质与电解质之间接触不充分。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的包覆方法仅限于在材料层面，而非在极片层级中实现对活性物质的包覆，在极片制备过程中仍会将包覆层破坏，而从造成活性物质与电解质之间接触不充分，进而造成界面阻抗增大，电池的倍率性能以及其它电性能有待进一步提升等缺陷，从而提供一种负极极片及其制备方法和应用。

为此，本发明提供如下技术方案：

本发明提供一种负极极片的制备方法，包括如下步骤：

负极活性物质的预处理：将负极活性物质与铟粉混合，烧结，得混合粉料；

物料混合：将含铟固态电解质与粘结剂溶于水中，与上述混合粉料、导电剂混合，匀浆，涂布于负极集流体上；

干燥、压实：将涂布后的负极集流体进行干燥、压实，得到负极极片。

所使用的含铟固态电解质能够溶解于水中，且对于水的结合与脱除是一个可逆的过程。

本发明中，1.首先通过在负极活性物质颗粒之上构筑含铟固态电解质的成核位点，以使得在下述步骤中固态电解质能够在负极活性物质之上原位析出，实现均匀包覆(本发明的包覆结构示意图如图1所示)，避免固态电解质在析出时独立团聚成核(现有技术中的混合结构示意图如图2所示)；2.本发明中使用水作为溶剂，同时溶解/分散粘结剂与固态电解质两种组分；3.通过固态电解质在极片制备过程中的可逆溶解、析出，使得固态电解质与活性物质颗粒紧密接触，从而达到提升倍率性能的目的；4.本发明中使用脱水后能恢复原有物化性质的固态电解质，从而使得电极制备过程中能够使用水作为溶剂，从而可以采用成熟的水系粘结剂，达到提升固态电池极片剥离强度的目的。

例如，本发明中所使用的筛选后的含铟固态电解质Li₃InCl₆与水存在下述可逆反应，且同时随着吸水程度的不同存在相变：