一种用于全固态电池的石墨烯改性复合正极片的制备方法

本发明属于锂电池制造，涉及一种全固态锂离子电池用复合正极及其制备方法，尤其涉及一种制备简便同时能够分别构建离子通道和电子通道的全固态锂离子电池石墨烯改性复合正极及其制备方法。

背景技术：

1、锂离子电池作为一种低碳绿色新能源，凭借其能量密度大、无记忆效应和循环寿命长等特点，具有广泛的应用前景。目前，锂离子电池中的电解质主要有有机液态电解质和固态电解质；其中，固态电解质可以大幅度提高锂电池的安全性能和能量密度，从而具有更加广泛的应用前景。

2、目前电化学储能技术由于简便、高效率、安装不受场地限制等优势，是众多储能技术中最具有工业化推广前景的技术之一。其中，锂离子电池能量密度大、循环寿命长、工作电压高、无记忆效应、自放电小，发展较为成熟，是应用最为广泛的电化学储能技术，在便携式电子设备市场和电动汽车动力领域占有支配优势，被视为大规模储能电站的主要选择。合理设计锂离子电池的材料和结构，使其具有更优异的安全性能和能量密度就成为目前研究的重点话题。

3、目前实验室的锂离子电池仍然处于研发的阶段，实验室中电池的测试常采用干粉压片进行电池测试，复合正极和固体电解质进行粉末压制的技术就受到了很多的关注。复合正极的混合效果，以及固-固界面之间的界面问题等都受到很多的关注，如何提高正极材料的电导率等问题。因此，有必要进行设计解决上述技术中存在的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种制备简便同时能够构建电子通道的全固态电池应用的石墨烯改性复合正极的制备方法。

2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

3、本发明提供一种全固态电池的石墨烯改性复合正极片，复合正极片包括：改性的正极活性物质、硫化物固体电解质和导电添加剂，通过球磨混合和加压压片实现。

4、进一步限定，所选的正极活性物质为改性硫化锂，改性通过液相法将硫化锂与氧化石墨烯混合，硫化锂与氧化石墨烯混合的比例为1.5-2:1。

5、进一步限定，正极活性物质的质量比例为50-90%,硫化物电解质的质量比例为5-40%，导电添加剂的质量比例为1-10%。

6、进一步限定，所选的固体电解质为li6ps5cl、li2s-p2s5、 lgps中的一种，导电添加剂为导电石墨、导电炭黑、碳纤维等的一种。

7、进一步限定，复合正极的质量为1.5-2mg。

8、本发明涉及活性材料及复合正极的制备方法，包括如下的步骤:

9、s1:将聚乙烯吡咯烷酮（pvp）溶解到乙醇之中，再将氧化石墨烯粉末加入到上述溶液中进行搅拌溶解，进行超声混合；最后加入硫化锂粉末，进行磁力搅拌混合；最后在真空干燥箱中蒸干乙醇。

10、s2：将步骤s1中得到的材料与配方比例的硫化物电解质以及导电添加剂进行混合，将混合材料与氧化锆球一起加入氧化锆球磨罐中，在行星式球磨机中进行高速球磨。所得复合正极与电解质粉末在压力模具中进行压制，得到复合正极片。

11、进一步限定，s1中所述的pvp所占混合物质的质量比例为1-2%。

12、进一步限定，s1中所述超声所用的超声机功率为600 w以上，超声分散的时间为2小时以上，其中每超声30分钟需间隔30分钟以上。

13、进一步限定，s1中所述的磁力搅拌的转速为1200 rpm，时间为30分钟以上。

14、进一步限定，s1中所述真空干燥的温度为80-90℃，真空干燥的时间为10-20 h。

15、进一步限定，s2中的球磨材料的球料比为25-30:1，球磨的转速为510-610 rpm，球磨的时间为10-20 h。

16、进一步限定，s2中压力模具施加的压力为2t以上。

17、进一步限定，s1与s2中所示步骤均需在氩气气氛保护下进行（水分和氧气含量均小于0.1 ppm）。

18、与现有的技术相比，本发明的有利的效果为：

19、1)本发明通过在活性物质中添加导电性好的氧化石墨烯，在材料内部形成导电网络，提高硫化锂的本征导电性能，解决硫化锂的绝缘性问题。

20、2)本发明利用添加硫化物固体电解质和固体导电添加剂，提高复合正极的离子导电性和电子导电性，避免了副反应产生，在保证了电池的基本性能的前提之下，提高了电池的安全性和耐久性。

21、3)本发明设计了合适的正极材料和比例，保证了最大限度的发挥正极材料的能量密度。

技术特征：

1.一种用于全固态电池的石墨烯改性复合正极片的制备方法，所述复合正极包括正极活性物质、硫化物固态电解质、导电添加剂；其特征在于，所述的正极活性物质为硫化锂，并通过液相法利用乙醇溶剂与氧化石墨烯结合实现改性。

2.根据权利要求1所述的一种用于全固态电池的石墨烯改性复合正极片的制备方法，其特征在于所述硫化物固体电解质为li6ps5cl、li2s-p2s5、lgps中的一种，导电添加剂为导电石墨、导电炭黑、碳纤维等的一种。

3.根据权利要求1所述的一种用于全固态电池的石墨烯改性复合正极片的制备方法，其特征在于正极活性物质的质量占比为50-90％，硫化物固体电解质质量比例为5-40％，导电添加剂的质量比例为1-10％。

4.根据权利要求1所述的一种用于全固态电池的石墨烯改性复合正极片的制备方法，其特征在于所述正极材料片的质量为1.5-2mg。

5.一种根据权利要求1-4中任一项所述全固态锂电池复合正极片的制备方法，其特征在于：s1：将聚乙烯吡咯烷酮（pvp）溶解到乙醇之中，再将氧化石墨烯粉末加入到上述溶液中进行搅拌溶解，进行超声混合；最后加入硫化锂粉末，进行磁力搅拌混合；最后在真空干燥箱中蒸干乙醇。s2：按配方量所述正极活性物质、硫化物固态电解质和导电添加剂混合；混合好的物料 放入氧化锆球磨罐中，加入氧化锆球后使用行星球磨机进行高速球磨；s3：将步骤s2得到的球磨材料通过压力模具组装，在上压头与下压头之间加入复合正极以及固态电解质粉末加压组装压力模具，卸压取片。

6.根据权利要求5所述的一种用于全固态电池的石墨烯改性复合正极片的制备方法，其特征在于：s1所述的超声机功率为600w以上，超声分散的时间为2小时以上，其中每超声30分钟需间隔30分钟以上。

7.根据权利要求5所述的一种用于全固态电池的石墨烯改性复合正极片的制备方法，s1中所述的磁力搅拌的转速为1200rpm，时间为30分钟以上。真空干燥的温度为80-90℃，真空干燥的时间为10-20h。

8. 根据权利要求5所述的一种用于全固态电池的石墨烯改性复合正极片的制备方法，其特征在于，所述球磨机转速为510-610 rpm。

9.根据权利要求5所述的一种用于全固态电池的石墨烯改性复合正极片的制备方法，其特征在于，所述球磨时间为10-20 h。

10.根据权利要求5所述的一种用于全固态电池的石墨烯改性复合正极片的制备方法，其特征在于，所述球磨材料与球磨氧化锆球的质量比为1:30或1:25。

11.根据权利要求5所述的一种用于全固态电池的石墨烯改性复合正极片的制备方法，其特征在于，所述压力模具加压为2 t。

12.根据权利要求5所述的一种用于全固态电池的石墨烯改性复合正极片的制备方法，其特征在于，所述所有制备步骤均在氩气气体保护下进行（水分和氧气含量均小于0.1ppm）。

技术总结本发明公开一种用于全固态电池的石墨烯改性复合正极片的制备方法；所述全固态电池的石墨烯改性复合正极片包括正极活性物质、硫化物固体电解质、导电添加剂。所述活性物质通过液相法与氧化石墨烯结合提高导电能力。导电添加剂和硫化物固体电解质能够帮助复合正极构建导电通路和离子通道，提高复合正极的电子和离子导电性。技术研发人员：武建飞,高源受保护的技术使用者：中国科学院青岛生物能源与过程研究所技术研发日：技术公布日：2024/7/25