[发明专利]一种高压多层固态复合电极的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种高压多层固态复合电极的制备方法及其应用，所述方法包括如下步骤：步骤一、将锂电池4V级正极颗粒和3V级正极颗粒按照粒径筛分成大粒径4V级正极颗粒、中粒径4V级正极颗粒、小粒径3V级正极颗粒；步骤二、将大粒径4V级正极颗粒涂敷在金属箔片上，真空烘干后得到单层电极；步骤三、将中粒径4V级正极颗粒涂敷在单层电极上，真空烘干后得到双层电极；步骤四、将小粒径3V级正极颗粒涂敷在双层电极上，真空烘干后得到多层结构固态复合电极。该方法制备的固态复合正极具有快速离子传输、高压稳定、高电化学稳定性以及高电化学活性的特点。

技术领域

本发明属于全固态电池技术领域，涉及一种高压多层固态复合正极的制备方法及其应用，具体涉及一种具有3V级正极材料活性保护层和快速传输网络的多层结构的高载量固态复合正极的制备方法及包含该复合正极的高压全固态电池。

背景技术

化石燃料是不可再生的一次能源，但逐渐面临枯竭的挑战。因此风能、太阳能、氢能等新型能源日新月异，但这些能源无法直接应用于日常生活当中，所以能源存储是关键。锂离子电池由于高的比容量和快速充电能力已经被应用于人们的日常生活当中。

液态锂离子电池由于使用了有机电解液，其存在漏液、燃烧、爆炸等安全隐患。采用固态电解质的全固态电池是解决传统液态电池安全问题的有效办法。但固态电池由于在电极内具有缓慢的纵向离子传输，以及在电极/电解质界面高压下易发生电解质的分解等问题，使得目前的固态电池研究仍停留在低载量和低电压的阶段，开发的界面保护膜也停留在惰性保护膜阶段，保护膜无法提供容量，大大降低了固态电池的能量密度，这些原因使固态电池还无法得到实际应用。

因此，亟待开发一种成本低廉、具有快速离子传输和稳定的活性高压界面的固态电池，以改善全固态电池的高压稳定性和电池电化学活性。

发明内容

为了开发一种成本低廉、比容量高、高压稳定的全固态电池，本发明提供了一种高压多层固态复合电极的制备方法及其应用。该方法制备的固态复合正极具有快速离子传输、高压稳定、高电化学稳定性以及高电化学活性的特点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种高压多层固态复合电极的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、将锂电池4V级正极颗粒（B4）和3V级正极颗粒按照粒径筛分成大粒径4V级正极颗粒、中粒径4V级正极颗粒（M4）、小粒径3V级正极颗粒（S3），其中：

所述4V级正极颗粒为NCM三元材料（LiCo_xMn_yNi_1-x-yO，0x1，0y1）、钴酸锂（LCO）、锰酸锂（LMO）等中的一种；

所述3V级正极颗粒为磷酸铁锂（LFP）；

所述大粒径的粒径范围为10~20 μm，中粒径的粒径范围为5~10 μm，小粒径的粒径范围为0.1~5 μm；

步骤二、将大粒径4V级正极颗粒、导电碳和粘结剂混合，得到浆料A，将浆料A均匀地涂敷在金属箔片上，真空烘干后得到含有大粒径4V级正极颗粒的B4单层电极，其中：

所述大粒径4V级正极颗粒、导电碳和粘结剂的质量比为7~9：0.5~2：0.5~1；

所述粘结剂中含有5~20%的锂盐；

所述锂盐为六氟砷酸锂（LiAsF₆）、六氟磷酸锂（LiPF₆）、双三氟甲烷磺酰亚胺锂（LiTFSI）、四氟硼酸锂（LiBF₄）、高氯酸锂（LiClO₄）中的一种；

所述浆料A的涂敷厚度为10~50 μm；

所述金属箔片为铝箔、铜箔、钢箔等中的一种；