[发明专利]一种全固态电池用电极及其制备和应用

说明书

本发明公开了一种全固态电池用电极及其制备方法，全固态电池用电极包括电极活性材料和碳硫复合材料添加剂。此碳硫复合材料既具有电子电导又具有离子电导，是一种混合导体。在电极内部，将发生电化学反应的活性材料/导电剂/固体电解质的三相点接触变为活性材料/混合导体的两相接触，提高了电极反应效率，对于活性材料比容量的发挥具有促进作用。与将活性物质、导电剂、粘结剂球磨混合制备电极的方法相比较，此电极中活性物质与碳硫复合材料两相接触即可发生电化学反应，反应效率高，活性材料的利用率高；与采用熔融电解质制备全固态电池电极的方法相比较，常温下即可制备电极，制备方法能耗低，制备方法简单高效。

技术领域

本发明涉及一种全固态电池用电极及其制备方法。

背景技术

锂离子电池因能量密度高、能量转换效率高等优点已广泛应用于便携式电子设备、电动车及电网储能能领域。但目前研究报道的锂锂离子电池大多采用沸点较低的有机电解液，尚存在一些亟待解决的安全隐患。在滥用情况下，如过充、过放、外力针刺电池，将会导致电池发生燃烧和爆炸等危险事故。提高锂离子电池安全性的途径之一是用能传导锂离子的固体电解质来替代有机电解液，即设计制备全固态电池。

由于固态电池中用固态电解质取代液态电解质，导致电极与电解质以及电极内部活性物质与电解质之间的液固接触变为固固接触。固态电池中的电化学反应发生在由“活性材料(固)/导电剂(固)/固体电解质(固)”构成的三相界(tri-phase-boundary)。三相界的性质决定电池的电化学性能和循环稳定性。目前已有报道的全固态电池用电极主要将活性材料、导电剂和固态电解质在一定条件下混合制备而成。CN200910043325.7公开了一种含有多个锂离子导体和多个活性物质的颗粒体的固态电池电极；CN201380052635.X公开了一种可熔融无机固态电解质，此种可熔融无机固态电解质可将电化学活性粉末材料结合到一起；CN201410836103.1公开了一种包括离子导电型涂层活性材料和电子导电型涂层活性材料的全固态电池电极，靠近集流体的50％的电极电子导电型涂层活性材料的体积＞离子导电型涂层活性材料的体积，靠近固体电解质的剩余部分则离子导电型涂层活性材料的体积＞电子导电型涂层活性材料的体积。

已有报道的固态电池电极均存在下述的一种或多种缺陷：活性物质/导电剂/固体电解质三相界接触困难及有限；采用无机陶瓷做固体电解质的电极中，由于无机陶瓷材料存在大量的晶界电阻，不利于锂离子在活性材料与固体电解质之间的传输；制备步骤繁琐，不适合大规模生产。

针对上述问题，本发明采用碳硫复合材料做添加剂制备了一种全固态电池用电极。此碳硫复合材料既具有电子电导又具有离子电导，是一种混合导体。在电极内部，将发生电化学反应的活性材料/导电剂/固体电解质的三相点接触变为活性材料/混合导体的两相接触，提高了电极反应效率，对于活性材料比容量的发挥具有促进作用。采用本发明设计的全固态电池电极制备的全固态电池可应用于规模储能、电动汽车、电动摩托车、电动自行车、便携式电子设备、电动工具、不间断电源、可穿戴设备等领域。

采用碳硫复合材料做全固态电池电极添加剂还未见报道。

发明内容

本发明的目的在于设计一种全固态电池用电极及其制备方法，实现一种高能量密度、高安全性、长寿命、低成本的全固态锂二次电池。

本发明的特征在于：本发明采用碳硫复合材料做添加剂制备了一种全固态电池用电极。此碳硫复合材料既具有电子电导又具有离子电导，是一种混合导体。在电极内部，将发生电化学反应的活性材料/导电剂/固体电解质的三相点接触变为活性材料/混合导体的两相接触，提高了电极反应效率，对于活性材料比容量的发挥具有促进作用。采用本发明设计的全固态电池电极制备的全固态电池可应用于规模储能、电动汽车、电动摩托车、电动自行车、便携式电子设备、电动工具、不间断电源、可穿戴设备等领域。