CN109192922A - 一种具有特殊结构的固态锂离子电池正极及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于锂电池技术领域，提供一种具有特殊结构的固态锂离子电池正极及其制备方法，利用相转化法制备梯度连通网络形态的正极，靠近集流体为正极致密层，靠近电解质层为正极疏松层，随后在指孔内渗入电解质填充，形成电解质网络，得到的具有特殊结构的固态锂离子电池正极，不仅改善了固态电池电极导电性弱的问题，同时可提升正极活性物质的涂覆量。

Description

一种具有特殊结构的固态锂离子电池正极及其制备方法
技术领域
本发明属于锂电池技术领域，尤其涉及一种具有特殊结构的固态锂离子电池正极及其制备方法。
背景技术
现有的常规锂二次电池由于电解液的存在，安全性能面临严峻挑战。全固态锂离子电池由固态电解质替换现有电解液，将大大提高锂离子在动力电池上使用的安全性能。然而，固态电解质与正负极之间的界面问题大大影响了锂离子的传导，限制了电池的大倍率放电。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种具有特殊结构的固态锂离子电池正极及其制备方法，旨在解决现有的固态锂离子电池电极导电性弱、传输速率不高的技术问题。
一方面，所述具有特殊结构的固态锂离子电池正极的制备方法包括如下步骤：
步骤S1、按照一定比例称取正极活性物质、导电剂、聚醚砜、有机溶剂；
步骤S2、依次向有机溶剂中加入聚醚砜、正极活性物质、导电剂并持续搅拌溶解直至得到均匀的浆料；
步骤S3、将步骤S2得到的浆料均匀涂覆在集流体上，随后浸入水中实施相转化，得到正极极片；
步骤S4、将步骤S3得到的正极极片进行低温干燥获得多孔正极；
步骤S5、按一定的比例称取水溶性锂盐、PEO溶于水制成混合液；
步骤S6、将步骤S5得到的混合液真空涂在多孔正极上，然后取出多孔正极进行真空干燥并辊压，得到一种具有特殊结构的固态锂离子电池正极。
具体的，步骤S1所述正极活性物质为磷酸亚铁锂、镍钴锰酸锂或钴酸锂其中的一种，所述导电剂为碳或碳的衍生产物，有机溶剂为NMP。
具体的，步骤S1中所述正极活性物质占称取的正极活性物质、导电剂、聚醚砜总质量的百分比为70％～90％，所述导电剂占称取的正极活性物质、导电剂、聚醚砜总质量的百分比为3％～10％，所述聚醚砜占称取的正极活性物质、导电剂、聚醚砜总质量的百分比为7％～20％。
具体的，步骤S2中搅拌速度200～500rpm，搅拌湿度小于30％，得到的浆料黏度小于10000mPas。
具体的，步骤S3中集流体为铝箔，涂覆厚度≤500μm，相转化时间＜300s。
具体的，步骤S5中锂盐为LiClO4或草酸锂，锂盐与PEO比例之和小于待制备混合液的10％。
另一方面，一种具有特殊结构的固态锂离子电池正极由上述方法制备得到，所述具有特殊结构的固态锂离子电池正极分为底层、中层和表层，所述底层为集流体，所述中层为聚醚砜、正极活性物质、导电剂，所述表层为PEO固态电解质，所述中层靠近底层一侧为正极致密层，靠近表层一侧为正极疏松层，其形态为具有指孔结构，且存在部分PEO固态电解质渗入指孔内形成电解质网络。
本发明提供的一种具有特殊结构的固态锂离子电池正极及其制备方法，利用相转化法制备梯度连通网络形态的正极，靠近集流体为正极致密层，靠近电解质层为正极疏松层，随后在指孔内渗入电解质填充，形成电解质网络，得到的具有特殊结构的固态锂离子电池正极，不仅改善了固态电池电极导电性弱的问题，同时可提升正极活性物质的涂覆量。
附图说明
图1是本发明具有特殊结构的固态锂离子电池正极结构示意图；
图2是本发明具有特殊结构的固态锂离子电池正极的截面电镜图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种具有特殊结构的固态锂离子电池正极的制备方法，包括下述步骤：
步骤S1、按照一定比例称取正极活性物质、导电剂、聚醚砜、有机溶剂。
本步骤中，所述正极活性物质为磷酸亚铁锂、镍钴锰酸锂或钴酸锂其中的一种，所述导电剂为碳或碳的衍生产物，有机溶剂为NMP。所述正极活性物质占称取的正极活性物质、导电剂、聚醚砜总质量的百分比为70％～90％，所述导电剂占称取的正极活性物质、导电剂、聚醚砜总质量的百分比为3％～10％，所述聚醚砜占称取的正极活性物质、导电剂、聚醚砜总质量的百分比为7％～20％。
步骤S2、依次向有机溶剂中加入聚醚砜、正极活性物质、导电剂并持续搅拌溶解直至得到均匀的浆料。
本步骤中，搅拌速度200～500rpm，搅拌湿度小于30％，得到的浆料黏度小于10000mPas。
步骤S3、将步骤S2得到的浆料均匀涂覆在集流体上，随后浸入水中实施相转化，得到正极极片。
本步骤中，集流体为铝箔，涂覆厚度≤500μm，相转化时间＜300s。
步骤S4、将步骤S3得到的正极极片进行低温干燥获得多孔正极。
步骤S5、按一定的比例称取水溶性锂盐、PEO溶于水制成混合液。
本步骤中，锂盐为LiClO4或草酸锂，锂盐与PEO比例之和小于待制备混合液的10％。
步骤S6、将步骤S5得到的混合液真空涂在多孔正极上，然后取出多孔正极进行真空干燥并辊压，得到一种具有特殊结构的固态锂离子电池正极。
最后制得的一种具有特殊结构的固态锂离子电池正极分为底层、中层和表层，所述底层为集流体，所述中层为聚醚砜、正极活性物质、导电剂，所述表层为PEO固态电解质，所述中层靠近底层一侧为正极致密层，靠近表层一侧为正极疏松层，其形态为具有指孔结构，且存在部分PEO固态电解质渗入指孔内形成电解质网络。
下面通过具体实施进行说明。
实施例1：
1)称取80g的正极活性物质镍钴锰酸锂、7g的导电剂碳黑、13g的聚醚砜及100g的有机溶剂NMP。
2)依次向有机溶剂中加入聚醚砜、正极活性物质、导电剂并持续搅拌,直至全部溶解得到均匀的浆料,搅拌速度为400rpm，搅拌湿度25％，得到的浆料黏度为8000mPas的浆料。
3)将步骤2得到的浆料均匀涂覆在铝箔，涂覆厚度为300μm，随后浸入水中实施相转化反应240s，得到正极极片。
4)将步骤3得到的正极极片进行低温干燥获得多孔正极。
5)称取5g的LiClO4、5g的PEO溶于100g的水中制成混合液，然后将混合液真空涂在多孔正极上，然后取出多孔正极进行真空干燥并辊压，得到具有特殊结构的固态锂离子电池正极。
实施例2：
1)称取76g的正极活性物质镍钴锰酸锂、9g的导电剂碳黑、15g的聚醚砜及100g的有机溶剂NMP。
2)依次向有机溶剂中加入聚醚砜、正极活性物质、导电剂并持续搅拌,直至全部溶解得到均匀的浆料,搅拌速度为300rpm，搅拌湿度25％，得到的浆料黏度9000mPas。
3)将步骤2得到的浆料均匀涂覆在铝箔，涂覆厚度为300μm，随后浸入水中实施相转化反应240s，得到正极极片。
4)将步骤3得到的正极极片进行低温干燥获得多孔正极。
5)称取5g的LiClO4、10g的PEO溶于100g的水中制成混合液，然后将混合液真空涂在多孔正极上，然后取出多孔正极进行真空干燥并辊压，得到具有特殊结构的固态锂离子电池正极。
实施例1制备得到的具有特殊结构的固态锂离子电池正极的截面电镜图如图2所示。
具有特殊结构的固态锂离子电池正极结构如图1所示，分为底层101、中层102和表层103，底层为集流体，中层为聚醚砜、正极活性物质、导电剂，表层为PEO固态电解质，靠近集流体为正极致密层，靠近电解质层为正极疏松层，指孔内渗入电解质填充，形成电解质网络，表层是PEO固态电解质，固态电解质替代过去的电解液，大大提高了锂离子在动力电池上使用的安全性能；通过在中层聚醚砜、正极活性物质、导电剂形成的指孔微观结构内填充PEO固态电解质，消除了以往正极内正极活性材料与硫化物无机固体电解质之间固-固接触界面效应问题，大大改善了不仅改善了正极活性材料与固态电解质之间的电子导电率，消除固态电池电极导电性弱的问题，同时可以提升正极活性物质的涂覆量，可以进一步增加锂离子电池在高放电倍率下的循环性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种具有特殊结构的固态锂离子电池正极的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤S1、按照一定比例称取正极活性物质、导电剂、聚醚砜、有机溶剂；
步骤S2、依次向有机溶剂中加入聚醚砜、正极活性物质、导电剂并持续搅拌溶解直至得到均匀的浆料；
步骤S3、将步骤S2得到的浆料均匀涂覆在集流体上，随后浸入水中实施相转化，得到正极极片；
步骤S4、将步骤S3得到的正极极片进行低温干燥获得多孔正极；
步骤S5、按一定的比例称取水溶性锂盐、PEO溶于水制成混合液；
步骤S6、将步骤S5得到的混合液真空涂在多孔正极上，然后取出多孔正极进行真空干燥并辊压，得到一种具有特殊结构的固态锂离子电池正极。
2.如权利要求1所述具有特殊结构的固态锂离子电池正极的制备方法，其特征在于，步骤S1所述正极活性物质为磷酸亚铁锂、镍钴锰酸锂或钴酸锂其中的一种，所述导电剂为碳或碳的衍生产物，有机溶剂为NMP。
3.如权利要求2所述具有特殊结构的固态锂离子电池正极的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述正极活性物质占称取的正极活性物质、导电剂、聚醚砜总质量的百分比为70％～90％，所述导电剂占称取的正极活性物质、导电剂、聚醚砜总质量的百分比为3％～10％，所述聚醚砜占称取的正极活性物质、导电剂、聚醚砜总质量的百分比为7％～20％。
4.如权利要求1所述具有特殊结构的固态锂离子电池正极的制备方法，其特征在于，步骤S2中搅拌速度200～500rpm，搅拌湿度小于30％，得到的浆料黏度小于10000mPas。
5.如权利要求1所述具有特殊结构的固态锂离子电池正极的制备方法，其特征在于，步骤S3中集流体为铝箔，涂覆厚度≤500μm，相转化时间＜300s。
6.如权利要求1所述具有特殊结构的固态锂离子电池正极的制备方法，其特征在于，步骤S5中锂盐为LiClO4或草酸锂，锂盐与PEO比例之和小于待制备混合液的10％。
7.一种具有特殊结构的固态锂离子电池正极，其特征在于，所述具有特殊结构的固态锂离子电池正极采用如权利要求1-6任一项所述方法制备得到，所述具有特殊结构的固态锂离子电池正极分为底层、中层和表层，所述底层为集流体，所述中层为聚醚砜、正极活性物质、导电剂，所述表层为PEO固态电解质,所述中层靠近底层一侧为正极致密层，靠近表层一侧为正极疏松层，其形态为具有指孔结构，且存在部分PEO固态电解质渗入指孔内形成电解质网络。
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