一种正极片及其制备方法、固态电池、用电设备与流程

本发明涉及新能源电池领域，尤其涉及一种正极片及其制备方法、固态电池、用电设备。

背景技术：

1、随着新能源储能与电动汽车产业的快速发展，高能量密度、高安全性的二次电池成为行业核心研发方向。固态电池采用不可燃的固态电解质替代传统液态电解液，从根本上解决了液态电池的安全隐患，同时兼容高比容量正负极材料，是下一代储能电池的主流技术路线。其中，富锂锰基正极材料具有超高的理论比容量与较低的原料成本，被认为是极具潜力的高能量密度正极体系；将其与硫化物固态电解质结合构建固态电池，有望同时实现高能量密度与高安全性，成为当前固态电池领域的研究热点。

2、然而，正极材料（如富锂锰基正极材料）在固态电池体系中面临严峻的技术瓶颈：一方面，正极活性颗粒、固态电解质颗粒之间为固-固点接触，缺乏连续的离子传导路径，电极内部离子阻抗显著增大，严重限制了倍率性能的发挥；另一方面，循环过程中正极材料（如富锂锰基材料）易发生晶格氧释放、层状相向尖晶石相转变及微裂纹扩展，进一步破坏本已脆弱的离子传输网络，导致界面剥离、离子通道中断，引发容量快速衰减。现有物理共混、表面包覆等改性手段多为单一维度优化，难以同时兼顾离子通道连续性、界面结合稳定性与抗体积形变能力，使得正极片普遍存在着界面结合力弱、离子网络易失效等问题。

3、因此，如何在固态正极中同步构建连续离子传输通道、强化界面结合强度并缓冲循环体积形变，解决固-固接触阻抗大、循环稳定性差等问题，提升电池的倍率性能和循环稳定性等性能，是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种正极片及其制备方法、固态电池、用电设备，本发明提供的正极片具有低界面阻抗、优异界面稳定性、低循环体积形变等特性，有助于提升固态电池的倍率性能和循环稳定性等性能，有效克服现有技术存在的缺陷。

2、本发明的一方面，提供一种正极片的制备方法，包括以下步骤：将包括预聚物单体和正极活性材料的正极浆料涂覆于正极集流体的至少一侧表面，经干燥处理后，形成含有离子导电聚合物和所述正极活性材料的正极活性物质层，得到所述正极片；其中，所述预聚物单体在所述干燥处理的过程中聚合形成所述离子导电聚合物。

3、根据本发明的一实施方式，所述预聚物单体由单体原料预聚而成，所述单体原料包括主单体和含有环氧基团的交联单体；和/或，所述预聚物单体的重均分子量为10000-200000。

4、根据本发明的一实施方式，所述主单体与所述交联单体的质量比为1：1~12：1；和/或，所述主单体包括咪唑类单体和/或哌啶类单体；所述哌啶类单体包括n-烯丙基-n-甲基哌啶六氟磷酸盐；所述咪唑类单体包括1-乙烯基-3-丁基咪唑三氟甲烷磺酰亚胺盐、1-乙烯基-3-乙基咪唑双（三氟甲烷磺酰）亚胺盐、1-烯丙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-烯丙基-3-丁基咪唑六氟磷酸盐、1-烯丙基-3-丁基咪唑四氟硼酸盐、1-烯丙基-3-乙基咪唑六氟磷酸盐、1-烯丙基-3-乙基咪唑四氟硼酸盐、1-烯丙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-烯丙基-3-乙烯基咪唑四氟硼酸盐中的一种或多种；和/或，所述交联单体包括环氧类单体；所述环氧类单体包括烯丙基缩水甘油醚、甲基丙烯酸缩水甘油酯、3,4-环氧-1-丁烯、新戊二醇二缩水甘油醚、三羟甲基丙烷三缩水甘油基醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、异氰尿酸三缩水甘油酯中的一种或多种；和/或，所述单体原料还包括烯基酯类单体，所述烯基酯类单体包括三丙二醇二丙烯酸酯、三乙二醇二丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸六氟丁酯、丙烯酸丁酯、己二酸二丙烯酯中的一种或多种。

5、根据本发明的一实施方式，所述预聚物单体由所述单体原料在第一引发剂存在下预聚而成，所述第一引发剂包括过氧化物类引发剂和/或偶氮类引发剂；和/或，所述预聚的反应温度为50℃~80℃，时间为9h~24h。

6、根据本发明的一实施方式，所述正极浆料还包括用于引发所述预聚物单体在所述干燥处理的过程中进行所述聚合的第二引发剂。

7、根据本发明的一实施方式，所述第二引发剂包括锂盐。

8、根据本发明的一实施方式，所述锂盐包括双(三氟甲烷)磺酰亚胺锂盐、二氟硼酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂中的一种或多种；和/或，所述正极活性物质层中，所述锂盐的质量分数为0.65%~2%。

9、根据本发明的一实施方式，所述正极活性物质层中，所述离子导电聚合物的质量分数为0.75%~5%；和/或，所述正极活性物质层中，所述正极活性材料的质量分数为60%~90%；和/或，所述正极活性材料包括富锂锰基正极活性材料。

10、根据本发明的一实施方式，所述正极浆料还包括导电剂和固态电解质。

11、根据本发明的一实施方式，所述导电剂包括单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、碳纳米纤维、石墨、碳颗粒、炭黑、碳微球、活性炭、石墨烯中的一种或多种；和/或，所述正极活性物质层中，所述导电剂的质量分数为0.5%~5%；和/或，所述固态电解质包括硫化物固态电解质，所述硫化物固态电解质包括li6ps5cl、li10gep2s12、li9.54si1.74p1.44s11.7cl0.3中的一种或多种；和/或，所述正极活性物质层中，所述固态电解质的质量分数为5%~20%。

12、本发明的另一方面，提供一种正极片，按照前述正极片的制备方法制得。

13、本发明的另一方面，提供一种固态电池，包括前述正极片。

14、本发明的另一方面，提供一种用电设备，包括前述固态电池。

15、本发明提供的正极片及其制备方法、固态电池、用电设备，通过在正极浆料中加入预聚物单体，在正极片制备过程中的干燥处理阶段原位聚合形成离子导电聚合物，能够使所制得的正极片具有低界面阻抗与优异界面稳定性，有助于提升固态电池的循环稳定性与倍率性能。

1.一种正极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的正极片的制备方法，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的正极片的制备方法，其特征在于，

4.根据权利要求2或3所述的正极片的制备方法，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的正极片的制备方法，其特征在于，所述正极浆料还包括用于引发所述预聚物单体在所述干燥处理的过程中进行所述聚合的第二引发剂。

6.根据权利要求5所述的正极片的制备方法，其特征在于，所述第二引发剂包括锂盐。

7.根据权利要求6所述的正极片的制备方法，其特征在于，

8.根据权利要求1或5所述的正极片的制备方法，其特征在于，

9.根据权利要求1或5所述的正极片的制备方法，其特征在于，

10.根据权利要求9所述的正极片的制备方法，其特征在于，

11.一种正极片，其特征在于，按照权利要求1-10任一项所述的正极片的制备方法制得。

12.一种固态电池，其特征在于，包括权利要求11所述的正极片。

13.一种用电设备，其特征在于，包括权利要求12所述的固态电池。