[发明专利]一种复合固态电极及其制备方法

说明书

本发明涉及固态锂电池领域，具体涉及一种复合固态电极及其制备方法。所述复合固态电极的制备方法，是将硫化物固体电解质溶解在有机溶剂中形成溶液，所得溶液与电极材料、粘结剂混合形成均匀分散的浆料，将所述浆料涂膜于集流体表面，经过干燥、压制和热处理得到复合固态电极。本发明所提供的复合电极中电解质的含量显著降低，正极极片中电解质含量可以降低到10％左右，所以采用本发明所提供的制备方法，能够显著降低成本，提高生产效率，在工业生产中具有极大的意义。

技术领域

本发明涉及固态锂电池领域，具体涉及一种复合固态电极及其制备方法。

背景技术

锂离子电池作为本世纪最主要的二次电源，由于其能量密度高、使用寿命长、自放电率低和良好的环境性能等优异特点，已广泛应用于社会的各个领域。锂离子电池的安全性问题受到广泛地关注，锂离子电池安全事故的原因来自于可燃性的液体电解液，在过充或短路等异常情况下，会因为电解液发热导致燃烧甚至爆炸的危险。采用不可燃无机硫化物固体电解质替代液体电解液，是从根本上解决锂离子电池安全性的有效途径。

基于无机硫化物固体电解质的固态电池结构与锂离子电池相似，只是采用固体电解质替代传统电解液。由于固体电解质无法如液体电解液一样通过浸润的方式进入电极孔隙中，基于硫化物的固态电池通常是将电极活性材料、固体电解质、导电剂的固体颗粒充分混合，利用冷压技术直接粉末压片得到复合固态电极。此方法一方面不能实现卷对卷的大批量生产，另一方面冷压之后电极颗粒与电解质颗粒之间接触面积仍然较低，为了使电极材料容量完全发挥，一般都需要增加固体电解质在复合电极中的含量，导致电池能量密度下降。

在电极颗粒表面包覆固体电解质可以有效提高电极颗粒与电解质颗粒之间的接触面积。非专利文献Journal of Power Sources,196,(2011),6735中采用激光脉冲沉积的方法在正极材料LiCoO₂表面包覆Li₂S-P₂S₅电解质，再通过冷压技术得到复合固态电极，使正极材料的容量发挥显著提高。非专利文献Journal of Materials Chemistry A,2,(2014),5095中通过将硫化物溶解在N-甲基甲酰胺中，采用溶液法将Li₂S-P₂S₅电解质包覆在正极材料LiCoO₂表面。上述文献中都只是对电极材料表面进行包覆改性，电极制备过程仍采用粉末压片的方式，直接压制得到复合固态电极。这类方法难以进行大面积复合电极片的批量化制备，而且复合电极与集流体之间的黏附力较差，无法适用于叠层电池的组装工艺。中国专利公开号CN201380027989.9中也采用类似于离子电池涂膜的方式制备极片，但是因为电解质不溶于溶剂，电解质与电极材料还是以固固点接触为主，为了保证离子传导，电解质添加量一般较高。

发明内容

本发明的第一个目的，是提供一种复合固态电极的制备方法，如下：

将硫化物固体电解质溶解在有机溶剂中形成溶液，所得溶液与电极材料、粘结剂混合形成均匀分散的浆料，将所述浆料涂膜于集流体表面，经过干燥、压制和热处理得到复合固态电极。

本发明所述的制备方法，所述硫化物固体电解质含有Li、P、S三个元素。此时硫化物电解质具有较高的离子传导性。

优选地，所述硫化物固体电解质为Li₂S-P₂S₅系电解质或Li₂S-P₂S₃-P₂S₅系电解质；如70Li₂S·30P₂S₅或80Li₂S·20P₂S₅等。