固态电池的负极及其制备方法和固态电极.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109698319A(43)申请公布日2019.04.30(21)申请号201811620634.1H01M4/62(2006.01)(22)申请日2018.12.28H01M4/66(2006.01)H01M10/052(2010.01)(71)申请人蜂巢能源科技有限公司H01M10/0566(2010.01)地址213200江苏省苏州市金坛区华城中路168号(72)发明人赵晓宁蔡挺威柳在律秦士林王龙飞(74)专利代理机构北京清亦华知识产权代理事务所(普通合伙)11201代理人赵天月(51)Int.Cl.H01M4/134(2010.01)H01M4/1395(2010.01)H01M4/36(2006.01)H01M4/38(2006.01)权利要求书2页说明书9页附图5页(54)发明名称固态电池的负极及其制备方法和固态电极(57)摘要本发明提出固态电池的负极及其制备方法和固态电池。所述负极包括：导电材料；结合层，结合层包覆在所述导电材料的表面上；活性物质层，活性物质层设置在结合层的表面上；电解质层，电解质层包覆在活性物质层和结合层的表面上。由此，导电材料为负极提供快速的电子通道，电解质层的设置为负极提供连续的离子通道，以满足负极的工作要求；活性物质层的设置可以为使用该负极的电池提供高的比容量；结合层的设置可以提高活性物质层均匀的分布于导电材料表面，避免负极在导电材料表面严重团聚；且将电解质层设置在活性物质层的表面上，不仅可以进一步避免活性物质层脱落，且对活性物质层中的活性物质的膨胀效应有一定的抑制作用，这样在电池充放电过程中不会引起负极厚度或体积的变化。CN109698319ACN109698319A权利要求书1/2页1.一种固态电池的负极，其特征在于，包括：导电材料；结合层，所述结合层包覆在所述导电材料的表面上；活性物质层，所述活性物质层设置在所述结合层的部分表面上；电解质层，所述电解质层包覆在所述活性物质层和所述结合层的表面上。2.根据权利要求1所述的负极，其特征在于，所述导电材料包括碳纸、泡沫铜、泡沫镍或泡沫铝或类3D多孔导电材料，优选所述碳纸，任选的，所述碳纸满足以下条件至少之一：厚度为100～300微米；形成所述碳纸的碳纤维直径为2～10微米。3.根据权利要求1所述的负极，其特征在于，形成所述结合层的材料包括氧化锌、氧化铝、一氧化硅、二氧化硅、二氧化锗、硅、锗、铝、镍、镁和银中的至少一种，优选氧化锌，任选的，所述结合层的厚度为纳米级。4.根据权利要求1所述的负极，其特征在于，所述活性物质层包括活性物质，所述活性物质包括硅、一氧化硅、二氧化硅和硅碳复合材料中的至少一种；任选的，所述活性物质层还包括粘结剂，所述粘结剂选自聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素、苯乙烯-丁二烯橡胶和聚酰亚胺中的至少一种；任选的，所述活性物质层还包括导电剂，所述导电剂选自导电炭黑、乙炔黑、导电石墨、碳纳米管和石墨烯中的至少一种；任选的，基于所述负极的总质量，所述活性物质的质量百分含量为5～50％。5.根据权利要求1所述的负极，其特征在于，所述电解质层包括有机物和固体电解质中的至少一种，以及锂盐，所述有机物选自聚氧化乙烯、聚氧化丙烯、聚碳酸丙烯酯、聚碳酸乙烯酯、丁二腈、聚偏氟乙烯-六氟丙烯中的至少一种；所述锂盐选自高氯酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、双乙二酸硼酸锂和四氟硼酸锂中的至少一种；所述固体电解质选自聚合物电解质、氧化物电解质、硫化物电解质中的至少一种，任选的，基于所述负极的总质量，所述电解质层的质量百分含量为5％～60％。任选的，所述负极的孔隙率为5％～85％。6.一种制备权利要求1～5中任一项所述的固态电池的负极的方法，其特征在于，包括：在导电材料的表面上形成结合层；在所述结合层的表面上形成活性物质浆料层，并进行第一干燥处理，以便在所述结合层的部分表面上形成活性物质层；在所述活性物质层和所述结合层的表面上形成电解质溶液层或电解质熔融液体层，并进行第二干燥处理，以便在所述活性物质层和所述结合层的表面上形成电解质层。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述导电材料的表面上形成所述结合层是通过以下方法之一得到的：方法一：将所述导电材料在含功能元素的有机溶液中浸泡一定时间；对浸泡后的所述导电材料进行高温烧结，以便在所述导电材料的表面上形成所述结合2CN109698319A权利要求书2/2页层，方法二：通过磁控溅射或高温喷涂直接在所述导电材料的表面上形成所述结合层。任选的，所述含功能元素的有机溶液是通过以下步骤得到的：将功能元素源、表面活性剂和有机溶剂混合搅拌，以便得到所述含功能元素的有机溶液，所述功能元素源为二水乙酸锌、无水乙酸锌、醋酸铝、正