[发明专利]一体化正极及其制备方法、固态电池

说明书

本发明属于固态电池技术领域，具体涉及一种一体化正极及其制备方法、固态电池。本发明一体化正极包括金属集流体、金属硫化物正极材料、硫化物电解质和金属导电剂，其中金属集流体具有多孔结构，金属硫化物正极材料、硫化物电解质形成混合物并至少填充于多孔结构中，金属导电剂至少分散于混合物中。本发明一体化电极中的金属集流体将金属硫化物正极材料、硫化物电解质束缚在微小区域，提高了电接触面积；金属导电剂与金属集流体形成三维导电网络，使一体化正极具有优异的导电性能。本发明一体化电极通过烧结处理、超声处理制备得到，具有较高的致密度和一定的柔性，作为固态电池的正极时便于转移组装，具有较好的应用前景。

技术领域

本发明属于固态电池技术领域，具体涉及一种一体化正极及其制备方法，以及一种固态电池。

背景技术

目前，在固态锂电池的正极中往往包含正极材料、导电剂、电解质，并依靠聚合物粘结剂连成极片。其中，极片中正极粉体、碳类导电剂和电解质等接触界面往往是点对点的接触，随后涂布在铝箔等集流体上，正极涂层中各粉体颗粒之间作用力需要粘合剂维持，进而导致极片和后续整体电池内阻过大。金属铝箔、碳类导电剂和聚合物粘结剂在电极中限制了电极的制成温度，当制成温度高于200℃时，容易导致聚合物粘结剂分解、金属铝箔集流体的表面变形等问题，更高温度下金属铝箔、碳类导电剂还可能还原硫化物等正极材料，如发生铝硫热反应，导致正极失效。另一方面，现有硫化物电解质类的固态锂电池具有整体电阻大、正极中各粉体颗粒接触界面小、孔隙多、依靠聚合物粘结剂粘连成极片、常出现电极极片中活性物质电化容量无法正常发挥等问题，存在较多“死”颗粒，即无导电网络连接的粉体颗粒。再一方面，由于现有固态电池正极片中存在聚合物粘结剂，采用热辐射或热传导烧结，不但电转化热效率低，烧结时间长，极片内外受热不均，烧结效果不佳；而且聚合物粘结剂在加热过程中易受热分解，往往需要抽气排出分解气体，此时极片易出现掉粉。此外，常用的碳导电剂颗粒粒径大，难分散均一，故形成的导电网络传输电子等性能较差。

由此可见，提升固态电池的导电性能是目前亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种一体化正极及其制备方法，以及一种固态电池，旨在解决现有固态电池正极中因添加粘合剂以提升正极材料、电解质和导电剂之间接触面积而引起的导电性能较差的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明一方面提供了一种一体化正极，包括金属集流体、金属硫化物正极材料、硫化物电解质和金属导电剂；所述金属集流体具有多孔结构；所述金属硫化物正极材料和所述硫化物电解质形成混合物，并至少填充于所述多孔结构中；所述金属导电剂至少分散于所述混合物中。

本发明另一方面提供一种一体化正极的制备方法，包括如下步骤：

提供金属硫化物正极材料、硫化物电解质和金属集流体；

将所述金属硫化物正极材料、所述硫化物电解质的混合物至少填装于所述金属集流体的多孔结构中，得到极片；

所述极片经烧结处理，然后浸渍于液态金属羰基化合物中进行超声处理，得到所述一体化正极。

本发明再一方面提供一种固态电池，其包括上述的一体化正极或上述一体化正极的制备方法制备得到的一体化正极。