一种全溶性固态电池正极复合极片及其制备方法和应用与流程

本发明属于电化学储能领域，具体涉及一种全溶性固态电池正极复合极片，以及其制备方法和用于锂电池。

背景技术：

1、在全球能源革命的大背景下，锂电池因其高能量密度、长循环寿命、低自放电率等显著优势，已成为电动汽车、智能手机、无人机等电子产品中不可或缺的能源储存装置。

2、然而，随着锂电池技术的深入研究和广泛应用，其正极集流体铝箔的局限性也逐渐显现，特别是在特定领域的应用中，铝箔的溶解性、电池自毁性以及活性物质回收的复杂性等问题亟待解决。

3、铝箔作为正极极片的集流体，在特定领域不能实现电池完全自毁。在一些特殊应用场景下，如军事领域、航空领域等，要求电池在受到损坏或触发特定条件时能够完全自毁，以防止信息泄露或引发安全事故。

4、然而，由于铝箔的溶解性差和稳定性强，难以实现电池的完全自毁。这可能导致电池在受到损坏后仍然具有潜在的安全风险，从而无法满足特定领域对电池安全性的要求。

5、铝箔作为正极集流体增加了锂电池活性物质回收的复杂性。在锂电池的回收过程中，需要将正极、负极、电解液等各个部分进行分离和回收。由于铝箔与正极材料、电解液等之间的结合紧密，分离过程较为复杂，增加了回收的难度和成本。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的之一是提供一种全溶性固态电池正极复合极片，采用可溶性铝基复合材料作为集流体，然后在上面涂覆正极活性层，制备得到，首次验证了该复合极片可以实现正常的正极极片功能，可以和固态电解质以及对应的负极极片组装成可全溶解性固态电池，并且由于采用全溶解性方案设计，该电池方便回收，利于回收活性物质。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种全溶性固态电池正极复合极片，由铝基复合集流体和涂覆在铝基复合集流体上的正极材料活性层构成；所述的铝基复合集流体是采用铝粉、水溶性粘结剂聚乙烯醇（聚乙烯醇）和导电剂制备而成的可溶性铝基复合材料，铝基复合集流体包含铝粉50～70份，聚乙烯醇25～40份和导电剂5～10；按照重量份数计算，所述的正极材料活性层包含磷酸铁锂75～85份、聚乙烯醇5～10份、复合固态电解质li7o2br3 5～10份和石墨烯2～5份。由于正极集流体采用的是可溶性铝基复合材料，采用聚乙烯醇作为粘结剂成型，该正极极片的集流体和正极材料所用的水溶性粘结剂相同，集流体和正极材料界面相容性好，并且正极集流体和正极活性层均可以很好的溶解于水中，可在特殊领域中使用，也方便进行活性物质的回收再生。

3、进一步，所述的铝粉粒径为0.1～10μm；优选为2～8μm，所述的导电剂粉末粒径为0.1～1.2μm，通过铝粉和导电剂粉末有效的粒径配合使用，可以使铝基复合材料的导电性能达到铝箔集流体相当的性能，并且还兼具有良好的水溶解性能。

4、进一步，所述的复合固态电解质li7o2br3是以li2o和libr为原料，经球磨和加压烧结后得到，加压烧结的压力为4-10gpa，烧结温度为550～900℃。复合固态电解质li7o2br3不是纯净的化合物，复合固态电解质的制备方法参考现有技术进行制备获得，具体的参见cn116190771a李等采用的合成方法。采用上述方法获得的在加压条件下进行烧结，能够获得li7o2br3的纯度达到61～72％的反钙钛矿固态电解质，能够提高反钙钛矿固态电解质的离子电导率。

5、进一步，所述的导电剂为炭黑、碳纳米管、石墨、superp、super s、科琴黑、乙炔黑中的一种或多种。

6、进一步，所述的正极材料活性层包含磷酸铁锂83份，聚乙烯醇8份、复合固态电解质li7o2br3 7份和石墨烯2.5份。

7、本发明的目的之二是提供上述全溶性固态电池正极复合极片的制备方法，包括如下步骤：

8、步骤1，称取27.5份聚乙烯醇，溶解到1～1.5倍重量的乙醇中，搅拌形成粘结剂有机溶液；称取63.5份铝粉，分三批次加入粘结剂有机溶液中，不断超声和搅拌，使得铝粉和粘结剂充分混合均匀，然后加入9份导电剂，继续搅拌和超声，获得均匀的混合液，将有机溶剂挥发处理，得到预处理后的混合物；

9、步骤2，将预处理后的混合物放入热压机中，在热压温度35～60℃，压力500kg～1000kg下，热压1～2h后自然冷却，获得可溶性铝基复合材料；

10、步骤3，称取83份磷酸铁锂、7份li7o2br3和2.5石墨烯混合，并进行干混，将各组分混合均匀，加入少量n-甲基吡咯烷酮混合球磨，得到原始浆料；称取8份聚乙烯醇加入到原始浆料中，继续使用球磨机以自转速率350～4000r/min、公转速率2～5r/min球磨8～12 h混合，使用高剪切分乳化机进行高速搅拌，得到正极活性浆料；

11、步骤4，将正极活性浆料涂布在步骤2中获得的可溶性铝基复合材料上40～80℃烘干，在上述烘干温度可以促进正极活性层和铝基复合集流体界面融合完整，减少空隙，使用辊压机对烘干后的极片进行辊压，控制整个极片厚度在50μm，获得全溶性固态电池正极复合极片。

12、本发明的有益效果是：本发明采用可溶性铝基复合材料作为集流体，然后在上面涂覆正极活性层，制备得到全溶性固态电池正极复合极片，首次验证了该复合极片可以实现正常的正极极片功能，可以和固态电解质以及对应的负极极片组装成可全溶解性固态电池，并且由于采用全溶解性方案设计，该电池方便回收，利于回收活性物质。

13、本发明提供的全溶性固态电池正极复合极片进一步拓展了锂离子电池的特殊用途，并且由于正极集流体采用的是可溶性铝基复合材料，采用聚乙烯醇作为粘结剂成型，该正极极片的集流体和正极材料所用的粘结剂相同，集流体和正极材料界面相容性好，减少界面阻抗。

技术特征：

1.一种全溶性固态电池正极复合极片，其特征在于：由铝基复合集流体（2）和涂覆在铝基复合集流体（2）上的正极材料活性层（1）构成；所述的铝基复合集流体（2）是采用50～70份铝粉、25～40份聚乙烯醇和5～10份导电剂制备而成的可溶性铝基复合材料；所述的正极材料活性层（1）包含磷酸铁锂75～85份、聚乙烯醇5～10份、li7o2br3 5～10份和石墨烯2～5份。

2.根据权利要求1所述的一种全溶性固态电池正极复合极片，其特征在于，所述的铝粉粒径为0.1～10μm；所述的导电剂粉末粒径为0.1～1.2μm。

3.根据权利要求1所述的一种全溶性固态电池正极复合极片，其特征在于，所述的复合固态电解质li7o2br3是以li2o和libr为原料，经球磨和加压烧结后得到，加压烧结的压力为4-10gpa，烧结温度为550～900℃。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种全溶性固态电池正极复合极片，其特征在于，所述的导电剂为炭黑、碳纳米管、石墨、superp、super s、科琴黑、乙炔黑中的一种或多种。

5.根据权利要求4所述的一种全溶性固态电池正极复合极片，其特征在于，所述的正极材料活性层（1）包含磷酸铁锂83份，聚乙烯醇8份、li7o2br3 7份和石墨烯2.5份。

6.一种如权利要求1所述全溶性固态电池正极复合极片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

7.如权利要求1所述的一种全溶性固态电池正极复合极片用于锂电池。

技术总结本发明公开了一种全溶性固态电池正极复合极片，由铝基复合集流体和涂覆在铝基复合集流体上的正极材料活性层构成；所述的铝基复合集流体是采用铝粉、水溶性粘结剂和导电剂制备而成的可溶性铝基复合材料；所述的正极材料活性层包含磷酸铁锂75～85份、聚乙烯醇5～10份、复合固态电解质Li<subgt;7</subgt;O<subgt;2</subgt;Br<subgt;3</subgt; 5～10份和石墨烯2～5份；还公开了制备方法和用于电池；本发明复合极片可以实现正常的正极极片功能，可以和固态电解质以及对应的负极极片组装成可全溶解性固态电池，并且由于采用全溶解性方案设计，该电池方便回收，利于回收活性物质。技术研发人员：张丹,魏冰歆,张祥功,周思思,王洋洋受保护的技术使用者：武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶集团有限公司第七一二研究所）技术研发日：技术公布日：2024/9/12