全固态电池用正极及包含其的全固态电池的制作方法

本发明涉及一种全固态电池用正极及包含所述正极的全固态电池。更具体地，本发明涉及一种全固态电池用正极及包含所述正极的全固态电池，其中调整了与碳类导电材料相关的组成的性质。本申请要求于2022年12月27日提交的韩国专利申请10-2022-0185956号和于2023年7月21日提交的韩国专利申请10-2023-0095018号的优先权，其公开内容通过引用全部并入本文。

背景技术：

1、正在对各种电池进行研究以克服当前的锂二次电池在容量、安全性、功率输出、大型化和小型化方面的局限。

2、例如，在学术界和产业界正在不断地研究与锂二次电池相比具有非常大的理论容量的金属-空气电池；无爆炸风险的全固态电池；功率输出方面的超级电容器；大型化方面的nas电池或氧化还原液流电池(rfb)；以及小型化方面的薄膜电池。

3、全固态电池是指将常规的锂二次电池中使用的液体电解质替换为固体电解质的电池，并且由于在电池中不使用易燃溶剂，因此不存在由于常规电解质的分解反应而引起的起火或爆炸的可能性，这可以大幅提高安全性。此外，由于可将li金属或li合金用作负极材料，因此其具有显著改善电池的单位质量和单位体积的能量密度的优点。

4、特别地，在全固态电池用固体电解质的种类中，无机固体电解质可分为硫化物类和氧化物类。目前，硫化物类固体电解质是技术上最先进的固体电解质，与其它固体电解质相比，它们具有离子电导率高和温度范围宽的优点。与常规的锂二次电池不同，由于包含硫化物类固体电解质的全固态电池不通过液体电解质传导li离子，因此在制造正极时，必须在正极内部添加小直径的硫化物类固体电解质以增加正极活性材料与电解质之间的接触界面，从而增加li离子的电导率。此外，必须添加导电材料以在活性材料与电解质和正极中的其它电池要素之间传导电子，但由于在充电和放电过程中过度的电子转移，硫化物类固体电解质可能发生劣化。

5、因此，本发明人确定了可用于全固态电池、特别是无机全固态电池用正极的碳类导电材料的性质因子，并研究了如何改善以碳类导电材料为中心的全固态电池的性能，并完成了本发明。

6、[现有技术文献]

7、[专利文献]

8、(专利文献1)韩国专利公开第10-2022-0028933号

技术实现思路

1、[技术问题]

2、为了改善全固态电池用正极的性能，本发明提供了调整与碳类导电材料相关的组成的性质的全固态电池用正极，以及包含所述正极的全固态电池。

3、[技术方案]

4、根据本发明的第一方面，本发明提供了一种全固态电池用正极，其包括：正极活性材料、碳类导电材料和无机固体电解质。

5、在本发明的一个实施方式中，所述碳类导电材料是长度为1μm至100μm的纤维状碳类导电材料。

6、在本发明的一个实施方式中，所述碳类导电材料是直径为50nm至500nm的纤维状碳类导电材料。

7、在本发明的一个实施方式中，所述碳类导电材料的bet比表面积为1m2/g至20m2/g。

8、在本发明的一个实施方式中，所述碳类导电材料在196mpa压力下的粉末电阻率等于或小于0.025ω·cm。

9、在本发明的一个实施方式中，所述碳类导电材料的密度为1g/cm3至5g/cm3。

10、在本发明的一个实施方式中，所述碳类导电材料的a值为100至500。

11、在本发明的一个实施方式中，在拉曼光谱分析中，所述碳类导电材料在石墨化前后的id/ig值之差为0.3至0.7。

12、在本发明的一个实施方式中，在xrd分析中，所述碳类导电材料在石墨化前后的石墨化程度(dog)值之差为10至50。

13、在本发明的一个实施方式中，所述正极的b值为5至50。

14、在本发明的一个实施方式中，正极活性材料选自由以下组成的组：licoo2、linio2、limno2、li2mno3、limn2o4、li(niacobmnc)o2(0<a<1，0<b<1，0<c<1，a+b+c＝1)、lini1-ycoyo2(0<y<1)、lico1-ymnyo2(0<y<1)、lini1-ymnyo2(0<y<1)、li(niacobmnc)o4(0<a<2，0<b<2，0<c<2，a+b+c＝2)、limn2-znizo4(0<z<2)、limn2-zcozo4(0<z<2)及其组合。

15、[有益效果]

16、在制造全固态电池用正极时，通过在一定范围内调整碳类导电材料的组成的性质，能够改善全固态电池用正极的性能。具体地，当以适当的比率与正极活性材料混合时，具有特定性质的纤维状碳类导电材料能够改善全固态电池的初始放电效率，并且改善在高于0.5c的高倍率放电下的容量保持率。

技术特征：

1.一种全固态电池用正极，其包括：

2.如权利要求1所述的全固态电池用正极，其中，所述碳类导电材料是直径为50nm至500nm的纤维状碳类导电材料。

3.如权利要求1所述的全固态电池用正极，其中，所述碳类导电材料的bet比表面积为1m2/g至20m2/g。

4.如权利要求1所述的全固态电池用正极，其中，所述碳类导电材料在196mpa压力下的粉末电阻率等于或小于0.025ω·cm。

5.如权利要求1所述的全固态电池用正极，其中，所述碳类导电材料的密度为1g/cm3至5g/cm3。

6.如权利要求1所述的全固态电池用正极，其中，所述碳类导电材料的a值为100至500，其中，所述a值通过等式1计算：

7.如权利要求1所述的全固态电池用正极，其中，在拉曼光谱分析中，所述碳类导电材料在石墨化前后的id/ig值之差为0.3至0.7。

8.如权利要求1所述的全固态电池用正极，其中，在xrd分析中，所述碳类导电材料在石墨化前后的石墨化程度(dog)值之差为10至50。

9.如权利要求6所述的全固态电池用正极，其中，所述正极的b值为5至50，其中，所述b值通过以下等式2计算：

10.如权利要求1所述的全固态电池用正极，其中，所述正极活性材料选自由以下组成的组：licoo2；linio2；limno2；li2mno3；limn2o4；li(niacobmnc)o2，其中0<a<1，0<b<1，0<c<1，a+b+c＝1；lini1-ycoyo2，其中0<y<1；lico1-ymnyo2，其中0<y<1；lini1-ymnyo2，其中0<y<1；li(niacobmnc)o4，其中0<a<2，0<b<2，0<c<2，a+b+c＝2；limn2-znizo4，其中0<z<2；limn2-zcozo4，其中0<z<2；及其组合。

技术总结本发明提供了全固态电池用正极及包含所述正极的全固态电池，所述正极具有经调整的与碳类导电材料相关的组成的性质。所述全固态电池用正极包含正极活性材料、碳类导电材料、粘合剂和无机固体电解质，其中，所述碳类导电材料是长度为1μm至100μm的纤维状碳类导电材料。当与正极活性材料以适当的比率混合时，所述纤维状碳类导电材料能够提高所述全固态电池的初始放电效率，并且在高于0.5C的高倍率放电下提高容量保持率。技术研发人员：李忠炫,金泰坤,金奇泰,金明洙受保护的技术使用者：株式会社LG新能源技术研发日：技术公布日：2024/12/2