电极极片及其制备方法与流程

本申请涉及全固态电池，尤其涉及一种电极极片及其制备方法。

背景技术：

1、固态电池作为下一代电池，采用了不可燃的固体电解质代替了可燃的有机液态电解液，使得电池的安全性得到了大幅提升。不仅如此，固态电池能更好的适配高能量正负极材料并减轻系统重量，实现能量密度同步提升。固态电池是距离产业化最近的下一代技术，这已经成为产业与科学界的共识。

2、传统液态锂离子电池的极片需要保持一定的孔隙率以保证电解液能浸润到极片内部，从而导通离子通路，固态电池与之不同，它是通过固态电解质进行离子传输，因此固态电池需要尽可能低的孔隙率确保活性物质与固体电解质紧密接触，降低界面电阻。低孔隙率的同时还需提高极片的压实密度，提升固态电池的能量密度。在现有技术中，降低全固态电池极片孔隙率的方法通常是采用双辊对压设备、等静压设备或其它外加压力设备，但辊压设备压力值有限，不能显著降低极片的孔隙率；而且过度的压力会造成极片褶皱或者活性物质颗粒破裂等问题。

3、通过大小颗粒复配的方式可以提高极片致密度。例如，公开号为cn106532033a的中国专利申请公开了“一种混合锰酸锂材料的制备方法”，通过分别制备大小颗粒的锰酸锂材料，再混合制得高压实、高倍率的锰酸锂材料。该方法虽然改善了锰酸锂的压实，但改进效果有限，对于关键的循环性能指标没有表述。

4、例如，公开号为cn111933890a中国专利申请公开了“低孔隙率的全固态电池电极极片及其制备方法和应用”，所述方法是将固态电池电极极片与有机溶剂接触，使得所述有机溶剂填充至所述固体电极极片的空隙中，该发明方法虽然可以降低孔隙率，但是引入的有机溶剂会残留在极片中或与固体电解质反应，存在电池失效的风险。

技术实现思路

1、本申请提供了一种电极极片及其制备方法，能够制备得到压实密度高、孔隙率低的电极极片，高效发挥固体电解质的离子传导能力，有效提高全固态电池的容量与循环寿命。

2、一方面，本申请提供了一种电极极片的制备方法，所述方法包括：

3、将活性物质、固体电解质和导电剂进行混合，混合均匀后得到原料混合物；

4、将所述原料混合物均匀喷涂于集流体上，得到初始电极极片；

5、采用传导介质对所述初始电极极片进行振动处理，得到中间电极极片；其中，所述振动处理对应的振动时间为0.1-5s，振动频率为10-40khz；

6、对所述中间电极极片进行辊压处理，得到所述电极极片；其中，所述辊压处理的压力为0.10-0.50mpa。

7、进一步地，所述采用传导介质对所述初始电极极片进行振动处理，得到中间电极极片，包括：

8、将所述传导介质置于所述初始电极极片与振动来源之间；所述传导介质为不锈钢平板；所述振动来源为超声波发生器；

9、根据所述固体电解质的粒径，确定所述振动处理对应的所述振动时间、所述振动频率；所述振动时间、所述振动频率与所述固体电解质的粒径均成正相关；

10、采用所述振动时间、所述振动频率对所述初始电极极片进行振动处理，得到所述中间电极极片。

11、进一步地，所述将活性物质、固体电解质和导电剂进行混合，混合均匀后得到原料混合物，包括：

12、将所述活性物质与所述固体电解质按照质量比(60-90)：(10-40)进行混合，混合均匀后得到初始原料混合物；

13、将所述初始原料混合物与所述导电剂按照质量比(70-130)：(0-5)进行混合，混合均匀后得到所述原料混合物。

14、进一步地，所述辊压处理为常温辊压或者高温辊压，其中，高温辊压的温度范围为50-200℃。

15、进一步地，所述电极极片的集流体上依次叠加有第一活性材料层、第二活性材料层和第三活性材料层；

16、所述活性物质包括第一粒径的活性物质与第二粒径的活性物质，所述第一活性材料层包括所述第一粒径的活性物质与所述固体电解质；所述第二活性材料层包括所述第一粒径的活性物质、所述第二粒径的活性物质与所述固体电解质；所述第三活性材料层包括所述第二粒径的活性物质与所述固体电解质；所述第一粒径小于所述第二粒径，所述第二粒径小于20μm。

17、进一步地，所述电极极片的孔隙率为2-30％。

18、进一步地，所述固体电解质的粒径小于所述活性物质的粒径；所述固体电解质的粒径范围为0.5-15μm。

19、进一步地，所述活性物质为正极材料或者负极材料；其中，所述正极材料为镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、镍钴锰铝酸锂、钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂或富锂锰基材料中的一种或多种；所述负极材料为石墨、硅碳复合材料、钛酸锂中的一种或多种。

20、进一步地，所述固体电解质为硫化物固体电解质、氧化物固体电解质、聚合物固体电解质中的一种或多种；

21、所述导电剂为乙炔黑、气相法碳纤维、碳纳米管、纳米碳纤维、石墨烯中的一种或多种。

22、另一方面提供了一种电极极片，所述电极极片采用上述制备方法制备得到。

23、另一方面提供了一种全固态电芯，所述全固态电芯包括采用上述制备方法制备得到的电极极片。

24、另一方面提供了一种全固态电池，所述全固态电池包括采用上述制备方法制备得到的电极极片。

25、本申请提供的电极极片及其制备方法，具有如下技术效果：

26、本申请将活性物质、固体电解质和导电剂进行混合，混合均匀后得到原料混合物；将原料混合物均匀喷涂于集流体上，得到初始电极极片；采用传导介质对初始电极极片进行振动处理，得到中间电极极片；其中，振动处理对应的振动时间为0.1-5s，振动频率为10-40khz；对中间电极极片进行辊压处理，得到电极极片；其中。辊压处理的压力为0.10-0.50mpa。本申请通过将活性物质、固体电解质和导电剂进行干粉混合，混合工艺简单，减少电极极片加工过程中溶剂的参与，避免溶剂挥发导致的离子电导率下降，并且缩短烘干过程，提高了生产效率及安全性；采用振动的方式对原料混合物内的颗粒分布进行优化，使得电极极片内部的颗粒堆积更加紧密，孔隙率低，确保活性物质与固体电解质之间充分接触，高效发挥固体电解质的离子传导能力，从而提升全固态电池的倍率性能和循环寿命；通过使大颗粒的活性物质与固体电解质的混合料分布在上层即远离集流体的一侧，小颗粒的活性物质与固体电解质混合料分布在下层即靠近集流体的一侧，中间为大小颗粒混掺的活性物质，确保上层的大颗粒物质在承受较高的压力时，不易发生颗粒破裂，避免出现活性失效的情况，并确保电极极片上的每一层活性物质层都足够致密，有效提升电极极片的压实密度。

27、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

1.一种电极极片的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用传导介质对所述初始电极极片进行振动处理，得到中间电极极片，包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将活性物质、固体电解质和导电剂进行混合，混合均匀后得到原料混合物，包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述辊压处理为常温辊压或者高温辊压，其中，高温辊压的温度范围为50-200℃。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电极极片的集流体上依次叠加有第一活性材料层、第二活性材料层和第三活性材料层；

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电极极片的孔隙率为2-30％。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固体电解质的粒径小于所述活性物质的粒径；所述固体电解质的粒径范围为0.5-15μm。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述活性物质为正极材料或者负极材料；其中，所述正极材料为镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、镍钴锰铝酸锂、钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂或富锂锰基材料中的一种或多种；所述负极材料为石墨、硅碳复合材料、钛酸锂中的一种或多种。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固体电解质为硫化物固体电解质、氧化物固体电解质、聚合物固体电解质中的一种或多种；

10.一种电极极片，其特征在于，所述电极极片采用如权利要求1-9任一项所述的制备方法制备得到。