[发明专利]一种干法电极、固态锂离子电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种干法电极的制备方法，采用干法成膜法将电极材料制成电极膜，电极材料包括活性物质、导电材料、第一固体电解质材料和第一粘结剂；将电极膜辊压覆合在集流体上得正极/负极电极；将第二固体电解质材料、第二粘结剂采用干法成膜法制成电解质膜；将电解质膜辊压覆合在正极/负极电极表面，形成固体电解质层。本发明还公开了上述干法电极，依次包括集流体、电极层、固体电解质层和锂层，固体电解质层既能替代传统电池隔膜，提升电池能量密度，也能在组装电池之前防止因锂与硅之间接触引发锂化反应造成的发热起火问题；干法电极预锂化也能避免锂金属与电极或固体电解质中的溶剂反应。本发明还公开了包括上述干法电极的固态锂离子电池。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种干法电极、固态锂离子电池及其制备方法，还涉及一种固态锂离子电池干法正极或负极预锂化得到的固态锂离子电池。

背景技术

商业锂离子电池已被广泛应用于消费类电子产品、电动汽车、智能电网等领域。然而，因为液态电解质溶剂的低饱和蒸气压和高可燃性，商业锂离子电池的规模化应用仍然存在较大的安全隐患。而固态电池采用高本征安全性固态电解质材料代替易燃有机液态电解质，使得电池体系的安全性大幅提高，但固态电池现阶段仍需使用传统负极材料，同时也面临首次效率较低及容量衰减等问题。目前商业化锂离子电池负极主要采用石墨材料，但其理论容量严重限制了锂离子电池整体的比容量，采用更高理论容量的负极材料代替石墨成为必然的趋势。硅拥有比容量高、脱锂电位低、储量丰富等优点，被认为是极具潜力的下一代锂离子电池负极材料，有望取代目前广泛应用的商用石墨负极。高克容量硅基负极材料首次效率较低，这主要是因为高比容负极材料普遍具有较大的首次不可逆容量，而这一部分容量的弥补需要消耗正极材料中大量的锂源，结果导致锂离子电池容量的明显衰减，解决此问题的办法唯有对材料或对电池进行预锂化，提升首次效率；预锂化是提升负极材料首次效率及容量的有效方法。

作为解决高容量预锂化不可逆相关性的方法之一，通常采用对固态电池正极或负极浆料中增加锂粉或在其活性物质表面涂覆的方法，实现预锂化。然而，增加锂粉和表面涂覆的方式，由于锂粉较为活跃，在制备过程中会暴露悬浮在空气中，可能会发生爆炸，较为危险。

发明内容

针对现有固态电池预锂化技术的不足，本发明的目的在于提供一种干法电极，电极上的固体电解质层与锂层含量适中，制作工艺简单，制作过程中无较大安全隐患，且可实现量产化；固体电解质层具有良好的稳定性和均匀性，既能替代电池隔膜，提升电池能量密度，也能够在组装电池之前防止因锂与硅之间的接触引发锂化反应而造成的发热起火，并大幅解决高容量负极材料首次效率的问题。

本发明的目的还在于提供上述干法电极的制备方法。

本发明的目的还在于提供一种固态锂离子电池，包括上述干法电极。

本发明的技术方案如下：

一种干法电极的制备方法，包括以下步骤：

采用干法成膜法将电极材料制作成电极膜，；所述电极材料包括活性物质、导电材料、第一固体电解质材料和第一粘结剂；

将上述电极膜辊压覆合在集流体上，得到正极电极或负极电极；

将第二固体电解质材料、第二粘结剂采用干法成膜法制成电解质质膜；

将上述电解质膜辊压覆合在所述正极电极或负极电极的表面，形成固体电解质层；其厚度为7-200μm，优选的为15-40μm。

进一步地，所述方法还包括：在所述固体电解质层上覆合锂层，得到覆合电极，对覆合电极表面施加压力进行压实，使所述固体电解质层与锂层紧致结合，得到预锂化干法电极。

其中活性物质、导电材料、第一固体电解质材料、第一粘结剂质量比为(50-95)：(1-5)：(5-50)：(1-10)；