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CN108232111A - 一种固态电池用的复合正极极片及其制备方法 - Google Patents

一种固态电池用的复合正极极片及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种固态电池用的复合正极极片，其特征在于：此复合正极极片由活性材料、导电剂A、导电剂B、粘结剂、聚氧化乙烯、锂盐构成；一种固态电池用的复合正极极片的制备方法，其特征在于：首先将粘结剂溶于NMP溶液中，之后添加导电剂A，分散之后，继续添加导电剂B，之后将活性材料、聚氧化乙烯以及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；采用涂布机将正极浆料涂布在集流体上，收卷后的极片在真空烤箱中进行干燥，对干燥后的电极片进行辊压，分切得到复合正极极片。优点是：固态电池用复合正极材料应用于固态电池领域，可提高电池可容量发挥，提升循环性能，可实现大规模批量生产。

Description

一种固态电池用的复合正极极片及其制备方法
技术领域
本发明涉及新能源锂电领域，尤其涉及了一种固态电池用的复合正极极片，还涉及了一种固态电池用的复合正极极片的制备方法。
背景技术
随着社会经济的不断发展，低碳经济方兴未艾，新能源产业得到了快速的发展，锂离子电池在交通领域和储能领域已经被广泛应用，在社会发展中开始扮演越来越重要的角色。但是，近年来曝出的一系列锂电池爆炸的新闻，使得锂电池的安全性能备受关注。锂离子电池的安全性能不好主要是源于目前采用的电解液中溶剂为易燃液体，当电池短路或者温度过高都有可能引起电池的燃烧甚至爆炸，同时当前锂电池能量密度相对较低，人们迫切希望开发出高能量密度、安全性好的的锂离子电池。而全固态锂电池具有能量密度高、安全性高等优点，可以很好的解决上述问题。
全固态锂离子电池简单来说就是指电池结构中所有组分都是以固态形式存在，包括正极、电解质、负极，而如今传统的商业化的锂离子电池则是液态锂离子电池即电解液是液态溶液状。具体来说就是把传统锂离子电池的液态电解液和隔膜替换为固态电解质，一般是以锂金属为负极，或者石墨类及其他复合材料。
但是，当前全固态锂离子电池存在电极材料与固态电解质界面阻抗低的问题，界面阻抗低会对电池的循环、倍率等性能造成不良影响，要解决该问题，除需要研究开发新型的固态电解质和对界面采取一些特殊手段(如在界面添加缓冲物质)以外，还亟需开发新型的正极材料，以进一步提升全固态锂离子电池的电化学性能。而当前的商业正极无法在全固态电池中进行应用，因此开发固态电池用复合正极具有重要的现实意义。
因此，需要寻求一种新的技术来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是：针对上述不足，提供一种固态电池用的复合正极极片及其制备方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种固态电池用的复合正极极片，此复合正极极片由活性材料、导电剂A、导电剂B、粘结剂、聚氧化乙烯、锂盐构成，且按照以下质量百分比进行混合：活性材料：导电剂A：导电剂B：粘结剂：聚氧化乙烯：锂盐＝80-95：0.1-5：0.1-5：1-8：0.1-10：0.1-10。
所述活性材料为三元NCM正极材料。
导电剂A为纳米碳纤维，Surpe-P，乙炔黑，KS-6，CNT或石墨烯。
导电剂B为纳米碳纤维，Surpe-P，乙炔黑，KS-6，CNT或石墨烯。
粘结剂为聚偏氟乙烯。
锂盐包含LiTFSI，LiClO4，LiBF4，LiPF6或LiAsF6。
一种固态电池用的复合正极极片的制备方法，步骤一：制备浆料，首先将粘结剂溶于NMP溶液中，之后添加导电剂A，分散之后，继续添加导电剂B，之后将活性材料、聚氧化乙烯以及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14-17μm的集流体上，涂布厚度为160-200μm，涂布机的烘干温度为120-135℃，收卷后的极片在100-108℃的真空烤箱中进行干燥，干燥时间为18-24h，对干燥后的电极片进行辊压，压实控制在2.7-3.2mg/cm3，分切得到复合正极极片；
步骤三：将得到的复合正极片与固体电解质和负极片进行叠片、组装得到固态锂离子电池，将得到的固态锂离子电池在60℃、0.1C充放电，充放电截止电压4.6V-2.5V的条件下进行充放电循环测试。
所述集流体为铝箔、涂炭铝箔、多孔铝箔或多孔涂炭铝箔。
所述固态电解质可以为PEO基、PVDF基、PMMA基聚合物电解质中的一种。
负极片可以为金属锂箔、锂合金复合负极以及改性的碳复合负极中的一种。
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，可提高电池可容量发挥，提升循环性能，可实现大规模批量生产。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：
本发明一种固态电池用的复合正极极片，此复合正极极片由三元NCM正极材料、纳米碳纤维、Surpe-P、聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯、LiTFSI构成，且按照以下质量百分比进行混合：三元NCM正极材料：纳米碳纤维：Surpe-P：聚偏氟乙烯：聚氧化乙烯：LiTFSI＝90：1：0.5：1：3.5：4。
一种固态电池用的复合正极极片的制备方法，步骤一：制备浆料，首先将聚偏氟乙烯溶于NMP溶液中，之后添加纳米碳纤维，分散之后，继续添加Surpe-P，之后将三元NCM正极材料、聚氧化乙烯以及LiTFSI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16μm的集流体上，涂布厚度为200μm，涂布机的烘干温度为120℃，收卷后的极片在100℃的真空烤箱中进行干燥，干燥时间为18h，对干燥后的电极片进行辊压，压实控制在2.9mg/cm3，分切得到复合正极极片；
步骤三：将得到的复合正极片与固体电解质和负极片进行叠片、组装得到固态锂离子电池，将得到的固态锂离子电池在60℃、0.1C充放电，充放电截止电压4.6V-2.5V的条件下进行充放电循环测试。
所述集流体为铝箔。
所述固态电解质可以为PEO基。
负极片可以为金属锂箔。
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，可提高电池可容量发挥，提升循环性能，可实现大规模批量生产。
实施例二：
本发明一种固态电池用的复合正极极片，此复合正极极片由三元NCM正极材料、CNT、乙炔黑、聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯、LiClO4构成，且按照以下质量百分比进行混合：三元NCM正极材料：CNT：乙炔黑：聚偏氟乙烯：聚氧化乙烯：LiClO4＝85：0.5：1.5：2：6：5。
一种固态电池用的复合正极极片的制备方法，步骤一：制备浆料，首先将聚偏氟乙烯溶于NMP溶液中，之后添加CNT，分散之后，继续添加乙炔黑，之后将三元NCM正极材料、聚氧化乙烯以及LiClO4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14μm的集流体上，涂布厚度为180μm，涂布机的烘干温度为125℃，收卷后的极片在105℃的真空烤箱中进行干燥，干燥时间为20h，对干燥后的电极片进行辊压，压实控制在3.1mg/cm3，分切得到复合正极极片；
步骤三：将得到的复合正极片与固体电解质和负极片进行叠片、组装得到固态锂离子电池，将得到的固态锂离子电池在60℃、0.1C充放电，充放电截止电压4.6V-2.5V的条件下进行充放电循环测试。
所述集流体为涂炭铝箔。
所述固态电解质可以为PVDF基。
负极片可以为锂合金复合负极。
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，可提高电池可容量发挥，提升循环性能，可实现大规模批量生产。
实施例三：
本发明一种固态电池用的复合正极极片，此复合正极极片由三元NCM正极材料、KS-6、石墨烯、聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯、LiBF4构成，且按照以下质量百分比进行混合：三元NCM正极材料：KS-6：石墨烯：聚偏氟乙烯：聚氧化乙烯：LiBF4＝80：2：2：6：6：4。
一种固态电池用的复合正极极片的制备方法，步骤一：制备浆料，首先将聚偏氟乙烯溶于NMP溶液中，之后添加KS-6，分散之后，继续添加石墨烯，之后将三元NCM正极材料、聚氧化乙烯以及LiBF4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15μm的集流体上，涂布厚度为160μm，涂布机的烘干温度为130℃，收卷后的极片在103℃的真空烤箱中进行干燥，干燥时间为22h，对干燥后的电极片进行辊压，压实控制在2.7mg/cm3，分切得到复合正极极片；
步骤三：将得到的复合正极片与固体电解质和负极片进行叠片、组装得到固态锂离子电池，将得到的固态锂离子电池在60℃、0.1C充放电，充放电截止电压4.6V-2.5V的条件下进行充放电循环测试。
所述集流体为多孔铝箔。
所述固态电解质可以为PMMA基。
负极片可以为改性的碳复合负极。
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，可提高电池可容量发挥，提升循环性能，可实现大规模批量生产。
实施例四：
本发明一种固态电池用的复合正极极片，此复合正极极片由三元NCM正极材料、纳米碳纤维、石墨烯、聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯、LiPF6构成，且按照以下质量百分比进行混合：三元NCM正极材料：纳米碳纤维：石墨烯：聚偏氟乙烯：聚氧化乙烯：LiPF6＝95：0.5：0.5：1：2：1。
一种固态电池用的复合正极极片的制备方法，步骤一：制备浆料，首先将聚偏氟乙烯溶于NMP溶液中，之后添加纳米碳纤维，分散之后，继续添加石墨烯，之后将三元NCM正极材料、聚氧化乙烯以及LiPF6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17μm的集流体上，涂布厚度为190μm，涂布机的烘干温度为135℃，收卷后的极片在108℃的真空烤箱中进行干燥，干燥时间为24h，对干燥后的电极片进行辊压，压实控制在3.2mg/cm3，分切得到复合正极极片；
步骤三：将得到的复合正极片与固体电解质和负极片进行叠片、组装得到固态锂离子电池，将得到的固态锂离子电池在60℃、0.1C充放电，充放电截止电压4.6V-2.5V的条件下进行充放电循环测试。
所述集流体为多孔涂炭铝箔。
所述固态电解质可以为PEO基。
负极片可以为金属锂箔。
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，可提高电池可容量发挥，提升循环性能，可实现大规模批量生产。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种固态电池用的复合正极极片，其特征在于：此复合正极极片由活性材料、导电剂A、导电剂B、粘结剂、聚氧化乙烯、锂盐构成，且按照以下质量百分比进行混合：活性材料：导电剂A：导电剂B：粘结剂：聚氧化乙烯：锂盐＝80-95：0.1-5：0.1-5：1-8：0.1-10：0.1-10。
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：所述活性材料为三元NCM正极材料。
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：导电剂A为纳米碳纤维，Surpe-P，乙炔黑，KS-6，CNT或石墨烯。
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：导电剂B为纳米碳纤维，Surpe-P，乙炔黑，KS-6，CNT或石墨烯。
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：粘结剂为聚偏氟乙烯。
6.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：所述锂盐包含LiTFSI，LiClO4，LiBF4，LiPF6或LiAsF6。
7.一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：制备浆料，首先将粘结剂溶于NMP溶液中，之后添加导电剂A，分散之后，继续添加导电剂B，之后将活性材料、聚氧化乙烯以及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14-17μm的集流体上，涂布厚度为160-200μm，涂布机的烘干温度为120-135℃，收卷后的极片在100-108℃的真空烤箱中进行干燥，干燥时间为18-24h，对干燥后的电极片进行辊压，压实控制在2.7-3.2mg/cm3，分切得到复合正极极片；
步骤三：将得到的复合正极片与固体电解质和负极片进行叠片、组装得到固态锂离子电池，将得到的固态锂离子电池在60℃、0.1C充放电，充放电截止电压4.6V-2.5V的条件下进行充放电循环测试。
8.根据权利要求7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：所述集流体为铝箔、涂炭铝箔、多孔铝箔或多孔涂炭铝箔。
9.根据权利要求7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：所述固态电解质为PEO基、PVDF基、PMMA基聚合物电解质中的一种。
10.根据权利要求7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：负极片为金属锂箔、锂合金复合负极以及改性的碳复合负极中的一种。
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