[发明专利]一种全固态电池制备方法及全固态电池

说明书

本发明公开了一种全固态电池的制备方法及全固态电池，该方法包括：使复合正极粉末、固态电解质粉末、复合负极粉末(如果有)带电；将各带电粉末筛分，并转移至电场区；控制第一电场区电场强度，将固态电解质粉末均匀吸附在金属负极基体表面；或者将复合负极粉末吸附在导电集流体基体上；控制第二电场区电场强度，将复合正极粉末均匀吸附在金属负极/电解质粉末层下方，再压制和除电即可；或者将固态电解质粉末吸附集流体/负极粉末层下方；控制第三电场区电场强度，将复合正极粉末吸附集流体/负极粉末层/电解质粉末层下方，再压制和除电即可。本发明工艺流程简单，制得的全固态电池各层分布均匀平整，厚度可控，电化学性能稳定。

技术领域

本发明涉及固态电池技术领域，具体涉及一种全固态电池的制备方法及通过该方法制备的全固态电池。

背景技术

广泛应用的传统锂离子电池主要采用液态有机电解液，其离子电导率高，润湿性好，但其狭窄的温度窗口大大限制了电池的应用环境，较窄的电化学稳定窗口不仅限制了电池能量密度的提升，也容易引发各种安全问题。传统的锂离子电池已不能满足未来储能系统日益增长的能量密度和安全需求。

而使用固体电解质组装的固态电池可以有效地解决液态电解质所带来的安全隐患。固体电解质电化学窗口和温度窗口都相对较宽，拓宽了电极材料的使用和电池工作条件。此外固态电池也可以通过层叠方式形成串联或并联来提升电池的容量。用于全固态电池的电解质主要包括聚合物电解质、无机硫化物固态电解质、氧化物固态电解质等。其中，硫化物固态电解质具有大于10^-3S cm^-1的高锂离子电导率，并且具有5V或更大的宽电位窗口，具有很大的应用优势。除了选择合适的电解质、电极材料进行匹配，改进电极和电池的制备技术对提高电池的高能量密度和高可靠性也很重要。

目前制备固态电池的技术大多与传统锂电池电极制备技术相似。许多研究致力于寻找合适的溶剂将活性物质、粘结剂、导电剂混合成浆料，然后进行后续的涂布、干燥等处理过程。但粘结剂的使用降低了电极活性物质的负载量，且这种传统的涂覆工艺涉及有机溶剂的使用、挥发，工艺复杂且对环境不友好。

另一种工艺是采用层压的方式，将硫化物固态化解质粉末与活性物质干混压制成电极后，再直接与硫化物固态电解质粉末压制成型。但在压制之前，如何将粉末均匀平整的分布在电池组件上是一个棘手的问题，特别是在大规模压制组装电池的情况下，这种问题更加突出。不平整，不均匀的电极层和电解质层极有可能导致层压过程中电池正负极直接接触短路，或导致电池循环过程中，电流分布不均匀，局部电流密度过大而造成电池失效。层压电池组件的不均匀、不稳定性直接限制了层压工艺的大规模应用。因此，实有必要提供一种改进的固态电池制备方法及相关固态电池以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种全固态电池的制备方法及全固态电池，旨在解决现有全固态电池大规模制备过程中，电极层、固态电解质层分布不平整，厚度不均匀，以及传统制备工艺流程复杂，溶剂污染等技术问题，提高固态电池能量密度，改善其循环稳定性。

为实现上述目的，本发明提出的全固态电池的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)使复合正极粉末和固态电解质粉末带电，如果全固态电池中采用了复合负极，那么使复合负极粉末带电；

(2)将各带电粉末筛分，并转移至电场区；

(3)控制第一电场区电场强度E₁，首先将固态电解质粉末均匀吸附在金属负极表面，形成金属负极/电解质粉末层，再转移至第二电场区；或者首先将复合负极粉末吸附在导电集流体基体上形成集流体/负极粉末层，再转移到第二电场区；

(4)控制第二电场区电场强度E₂，将复合正极粉末均匀吸附在步骤(3)所述金属负极/电解质粉末层下方，形成金属负极/电解质粉末层/正极粉末层；或者将固态电解质粉末吸附在步骤(3)所述集流体/负极粉末层下方，形成集流体/负极粉末层/电解质粉末层，再转移至第三电场区；