CN112234157A - 一种固态电池用的复合正极极片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种固态电池用的复合正极极片,包括以下质量百分比的组分:活性材料75%‑95%、导电剂0.1%‑5%、聚偏氟乙烯1%‑10%、辅助粘结剂0.1%‑12%、锂盐0.1%‑12%。所述活性材料为改性的磷酸铁锂材料。本发明固态电池用复合正极材料应用于固态电池领域,避免了在正极浆料制备过程中再固态电解质材料与活性材料连接较差的问题,可以起到辅助导电剂的作用,为离子传送提供了更多的通道,有效地改善了活性材料的利用率,同时通过引入复合固态电解质的技术,可以明显减小正极极片与固态电解质的界面阻抗,提升了电池的倍率性能和循环寿命,可实现大规模批量生产。
Description
技术领域
本发明涉及新能源锂电池领域,尤其涉及了一种固态电池用的复合正极极片。
背景技术
自上世纪九十年代索尼将锂离子电池商业化以来,锂离子二次电池以能量密度高,循环寿命长,记忆效应较小,在便携式电子、通讯领域、混合电动汽车和智能电网等领域得到了较广泛的应用。目前,商业化的离子电池以锂离子能够脱/嵌的氧化物为正极,石墨为负极,采用有机液态电解质和凝胶态电解质,不可避免的在电池体系中引入了易挥发、易燃、易爆的有机液体。但是,由于离子电池中的有机电解液存在电势窗口有限、易燃、产气、以及热稳定差等若干安全性问题,极大地限制了传统锂离子电池应用和推广。
为解决锂离子电池安全性问题和提高性能,目前行业上普遍认为固态电池是最有希望率先产业化的下一代电池技术,国内外众多电池及汽车企业均在纷纷布局固态电池。固态电池是一种使用固体电极和固体电解质的电池,固态电池的结构包括正极、电解质、负极,其中固态电解质在传导锂离子的同时起到了隔膜阻碍电子传输的作用,使得电池构建过程得到大幅简化。
现有的全固态锂离子电池技术中,往往由于电极材料与电解质界面的高阻抗问题,固态电池的正极材料体系、配方及制备技术问题,严重影响了离子的传输,使得目前的固态电池电极活性材料的利用率和放电倍率受到了较大的抑制,最终导致固态电池的循环寿命较低。为了解决这一问题,不仅需要对固态电解质膜的材料进行改性,还需要开发新型的复合正极材料,进而进一步提升全固态锂离子电池的电化学性能。因此开发固态电池用复合正极不仅具有重要的研究价值,更具有重要的应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种固态电池用的复合正极极片,以解决上述背景技术中提出的问题。
为了实现上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:
本发明一种固态电池用的复合正极极片,包括以下质量百分比的组分:活性材料75%-95%、导电剂0.1%-5%、聚偏氟乙烯1%-10%、辅助粘结剂0.1%-12%、锂盐0.1%-12%。
其中,所述活性材料为改性的磷酸铁锂材料,改性的磷酸铁锂材料由纯的LiFePO4与1%-15%的LATP或LAGP高温烧结、粉碎制得。
其中,所述导电剂为纳米碳纤维、Surpe-P、乙炔黑、科琴黑、KS-6、KS-15、SFG-6、CNT或石墨烯中的任意一种或多种。
其中,所述辅助粘结剂为聚环氧乙烷、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、脂肪族聚碳酸酯、聚丙烯腈、聚环氧丙烷、聚偏氯乙烯中的任意一种或多种。
其中,所述锂盐为LiTFSI、LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiAsF6中的任意一种或多种。
一种固态电池用的复合正极极片的制备方法,其特征在于:
步骤一:正极浆料制备,首先将聚偏氟乙烯溶于NMP溶液中,之后添加导电剂,分散之后,添加辅助粘结剂,之后将活性材料、锂盐按照质量比分别添加到胶液中进行分散搅拌,制备成正极浆料;
步骤二:采用涂布机将正极浆料涂布在厚度为13-20μm的集流体上,单面涂布厚度为80-200μm,涂布后快速烘干温度为110-140℃,收卷后的极片在100-120℃的真空烤箱中进行干燥,干燥时间为12-36h,对干燥后的电极片进行高温辊压,辊压温度为90-110℃,压实密度控制在2.1-2.6mg/cm3,分切得到复合正极极片。
其中,所述集流体包括:铝箔、涂炭铝箔。
与现有技术相比,本发明所达到的技术效果是:本发明固态电池用复合正极材料应用于固态电池领域,避免了在正极浆料制备过程中再固态电解质材料与活性材料连接较差的问题,可以起到辅助导电剂的作用,为离子传送提供了更多的通道,有效地改善了活性材料的利用率,同时通过引入复合固态电解质的技术,可以明显减小正极极片与固态电解质的界面阻抗,提升了电池的倍率性能和循环寿命,可实现大规模批量生产。
具体实施方式
为了能够更加详尽地了解本发明的特点与技术内容,下面对本发明的实现进行详细阐述。
本发明一种固态电池用的复合正极极片,包括以下质量百分比的组分:活性材料75%-95%、导电剂0.1%-5%、聚偏氟乙烯1%-10%、辅助粘结剂0.1%-12%、锂盐0.1%-12%。
其中,所述活性材料为改性的LFP材料,改性的LFP材料由纯的LiFePO4与1%-15%的LATP或LAGP高温烧结、粉碎制得。
其中,所述导电剂为纳米碳纤维、Surpe-P、乙炔黑、科琴黑、KS-6、KS-15、SFG-6、CNT或石墨烯中的任意一种或多种。
其中,所述辅助粘结剂为聚环氧乙烷、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、脂肪族聚碳酸酯、聚丙烯腈、聚环氧丙烷、聚偏氯乙烯中的任意一种或多种。
其中,所述锂盐为LiTFSI、LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiAsF6中的任意一种或多种。
步骤一:正极浆料制备,首先将聚偏氟乙烯溶于NMP溶液中,之后添加导电剂,分散之后,添加辅助粘结剂,之后将活性材料、锂盐按照质量比分别添加到胶液中进行分散搅拌,制备成正极浆料;
步骤二:采用涂布机将正极浆料涂布在厚度为13-20μm的集流体上,单面涂布厚度为80-200μm,涂布后快速烘干温度为110-140℃,收卷后的极片在100-120℃的真空烤箱中进行干燥,干燥时间为12-36h,对干燥后的电极片进行高温辊压,辊压温度为90-110℃,压实密度控制在2.1-2.6mg/cm3,分切得到复合正极极片。
其中,所述集流体包括:铝箔、涂炭铝箔。
实施例1
复合正极极片按照以下质量百分比进行混合:改性的LFP:乙炔黑:聚偏氟乙烯:PEO:LiTFSI=78:4:6:4:8。
其中,所述固态电解质为氧化物-聚合物复合型固态电解质:LATP- PEO。
其中,所述负极片为硅碳材料负极。
固态电池放电容量1C/0.1C达到0.95,接近液态锂电的高倍率放电性能,远高于现有全固态电池的0.7-0.8。
实施例2
复合正极极片按照以下质量百分比进行混合:改性的LFP:Surpe-P:CNT:聚偏氟乙烯:PEO:PVDC:LiClO4=85:2:2:3:4:4。
其中,所述固态电解质为氧化物-聚合物复合型固态电解质:LAGP- PVDC。
其中,所述负极片为锂合金复合负极。
固态电池放电容量1C/0.1C达到0.94,接近液态锂电的高倍率放电性能,远高于现有全固态电池的0.7-0.8。
实施例3
复合正极极片按照以下质量百分比进行混合:改性的LFP:KS-6:聚偏氟乙烯:PAN:PPO:LiPF6=91:1.5:2:2:1.5:2。
其中,所述固态电解质为氧化物-聚合物复合型固态电解质:LAGP- PPO。
其中,所述负极片为金属锂箔负极。
固态电池放电容量1C/0.1C达到0.94,接近液态锂电的高倍率放电性能,远高于现有全固态电池的0.7-0.8。
需要说明的是,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限。
Claims (7)
1.一种固态电池用的复合正极极片,包括以下质量百分比的组分:活性材料75%-95%、导电剂0.1%-5%、聚偏氟乙烯1%-10%、辅助粘结剂0.1%-12%、锂盐0.1%-12%。
2.根据权利要求1所述的一种固态电池用的复合正极极片,其特征在于:所述活性材料为改性的磷酸铁锂材料。
3.根据权利要求1所述的一种固态电池用的复合正极极片,其特征在于:所述导电剂为纳米碳纤维、Surpe-P、乙炔黑、科琴黑、KS-6、KS-15、SFG-6、CNT或石墨烯中的任意一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种固态电池用的复合正极极片,其特征在于:所述辅助粘结剂为聚环氧乙烷、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、脂肪族聚碳酸酯、聚丙烯腈、聚环氧丙烷、聚偏氯乙烯中的任意一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种固态电池用的复合正极极片,其特征在于:所述锂盐为LiTFSI、LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiAsF6中的任意一种或多种。
6.一种固态电池用的复合正极极片的制备方法,其特征在于:
步骤一:正极浆料制备,首先将聚偏氟乙烯溶于NMP溶液中,之后添加导电剂,分散之后,添加辅助粘结剂,之后将活性材料、锂盐按照质量比分别添加到胶液中进行分散搅拌,制备成正极浆料;
步骤二:采用涂布机将正极浆料涂布在厚度为13-20μm的集流体上,单面涂布厚度为80-200μm,涂布后快速烘干温度为110-140℃,收卷后的极片在100-120℃的真空烤箱中进行干燥,干燥时间为12-36h,对干燥后的电极片进行高温辊压,辊压温度为90-110℃,压实密度控制在2.1-2.6mg/cm3,分切得到复合正极极片。
7.根据权利要求6所述的一种固态电池用的复合正极极片的制备方法,其特征在于:所述集流体包括:铝箔、涂炭铝箔。
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