[发明专利]一种固态电池用正极极片及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种固态电池用正极极片及其制备方法和应用。所述制备方法包括以下步骤：(1)将固态电解质溶液进行雾化，然后包覆于正极活性物质表面，干燥后，得到包覆有固态电解质层的正极活性物质；(2)将包覆有固态电解质层的正极活性物质和导电剂进行一次混合，然后加入粘结剂通过剪切力作用进行二次混合，辊压，得到正极电极层，然后将正极电极层与集流体复合，得到所述固态电池用正极极片。本发明通过将固态电解质溶液包覆于正极活性物质表面，然后采用干法制备正极极片，避免了固态电解质与不稳定的溶剂的接触，提高了电解质的电导率，提升了电池的倍率性能和循环性能。

技术领域

本发明属于固态电池技术领域，涉及一种固态电池用正极极片及其制备方法和应用，尤其涉及一种全固态电池用正极极片及其制备方法和应用。

背景技术

固态电池是一种电池科技。固态电池采用不可燃的固态电池电解质替换了可燃性的有机液态电解质，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。

目前固态电池中的正极极片通常采用匀浆、涂布的工艺制作而成。通常在匀浆步骤中，将正极活性物质、固态电解质颗粒、导电碳与粘结剂溶液混合在一起，再经涂布、干燥后制成连续的正极极片。在这种工艺中，为了保证正极极片能够连续，需要在上述粉体混合物之中添加粘结剂。然而此类型的粘结剂一般不具有离子导电性，且当聚合物粘结剂溶解于溶剂中再干燥之后，粘结剂会包覆于粉体颗粒的表面，导致离子、电子在颗粒之间传输不顺畅，从而使得固态电解质正极极片之中的离子电导率、电子电导率的显著下降，最终造成电池的倍率性能与容量发挥的严重损失。且由于普通的湿法匀浆涂布中粘结剂会包覆于颗粒表面，从而加大了的粘结剂的使用量。且由于固态电解质(特别是硫化物电解质)与大部分溶剂不稳定，即使稳定的溶剂，在球磨过程中也会有所反应，溶剂与固态电解质的反应使得固态电解质的离子电导率有所下降，从而了增加极片以及电池的阻抗，使得电池倍率性能下降，影响电池的循环性能。另外溶剂的添加增加了烘干、溶剂回收处理等工序，增加了成本且可能造成环境污染。

目前，另外一种使用无溶剂法制备固态电池正极极片的方法是，将正极活性物质、固态电解质颗粒、导电碳均匀地铺散在预制模具套筒中，通过外加压力挤压成型。这种方法的缺点在于：该工艺需要将粉体均匀地平铺在模具之中，这就使得所制备的正极尺寸依赖于模具的尺寸，且由于平铺粉末均匀性的问题，这种方法压制成的电解质层尺寸较小，通常在0.5cm²～1cm²之间，这就使得该方法无法大规模工业化应用；而使用本发明中的方法，对于正极极片的形状与尺寸均无要求，能够根据实际要求而改变与定制，具有更高的灵活性。

CN110400905A公开了一种含固态电解质的极片，包括极片本体以及涂覆在该极片本体的一侧表面或两侧表面的固态电解质涂层，所述固态电解质涂层的厚度为5～20μm；所述固态电解质涂层包括以下原料，按照重量份数计算，分散剂0.5～2份，固态电解质10～40份，粘结剂1～5份，溶剂A50～100份，溶剂B50～100份；但是，该文献的固态电解质涂层在涂覆时涂覆层厚度的控制也较难把握，从而影响了涂覆层的稳定性和均匀性，同时，采用浆料涂覆的方式也会影响电池的倍率和循环性能。

因此，如何提升正极的倍率和循环性能，且使其应用更为灵活，是亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种固态电池用正极极片及其制备方法和应用。本发明通过将固态电解质溶液先以喷雾的形式包覆于正极活性物质表面，增大固态电解质与正极活性物质之间的接触面积，减小了锂离子在颗粒间的传输阻抗，然后采用干法制备正极极片，避免了固态电解质与不稳定的溶剂的接触，提高了电解质的电导率，提升了电池的倍率性能和循环性能，且正极极片的形状和尺寸能够根据实际要求而改变与定制，具有更高的灵活性与实用价值。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：