活性材料复合颗粒、包括其的电极复合物及其制造方法技术

本公开提供一种活性材料复合颗粒，其用作全固态电池的电极的活性材料。活性材料复合颗粒包括裸电极活性材料和经由固体粘合剂结合到裸电极活性材料的表面的细粒度固体电解质。本发明专利技术还公开了其他实施例。

【技术实现步骤摘要】
活性材料复合颗粒、包括其的电极复合物及其制造方法
本公开涉及一种由活性材料和固体电解质组成且在其之间形成有稳定界面的活性材料复合颗粒、包括该活性材料复合颗粒的电极复合物、该电极复合物的制造方法以及包括该电极复合物的全固态电池。
技术介绍
寻找用于包括移动电话、膝上型计算机、家用电器、汽车、大型电池储能系统等的各种电子设备和机器的电源的应用，对锂二次电池的需求急剧增加，并且需要其更高的性能。正在进行积极的研究以满足这一要求。目前大多数锂二次电池使用的电解质是含有机物的液体类型。然而，这样的液体电解质虽然在离子传导性方面性能优越，但是因为其在高温下火灾和爆炸的高风险，所以需要改善其安全性。安全问题的一个解决方案是固体电解质。为了促进固体电解质和电极活性材料之间的锂离子传输，固体电解质和电极活性材料之间需要大的接触面积。迄今为止，大多数全固态电池使用其中电极活性材料和固体电极之间的接触通过加压实现的单轴压力成型法制造。然而，因为与液体电解质不同，固体电解质是硬的，即其具有稳定的形态，所以通过简单的加压可增加接触面积的程度是有限的。图1a和图1b是常规电极复合物的结构的示意图。如图所示，电极活性材料1与固体电解质2a或2b混合，并将该混合物压力成型为电极复合物。因为图1a的电极复合物包括具有大颗粒尺寸的固体电解质2a，所以电极活性材料1和固体电解质2a之间的接触面积不足以让电池的性能最大化。这个问题可通过使用具有小颗粒尺寸的固体电解质2b来克服，其导致电极活性材料1和固体电解质2b之间的接触面积增加。然而，当电极活性材料的体积膨胀时，细粒度固体电解质2b存在发生破裂或分层的缺点。因此，近来已经进行了包括减小电极活性材料的粒度、使用两种不同颗粒的电极活性材料以及在电极活性材料上形成功能性涂层的各个方面的研究以改善电极复合物的性能。
技术实现思路
本公开涉及一种由活性材料和固体电解质组成且在其之间形成有稳定的界面的活性材料复合颗粒、包括该活性材料复合颗粒的电极复合物、该电极复合物的制造方法以及包括该电极复合物的全固态电池。根据本公开的一方面，本公开提供一种活性材料复合颗粒，其作为全固态电池的电极的活性材料，其包括裸电极活性材料和经由固体粘合剂(binder)结合到裸电极活性材料的表面的细粒度固体电解质。在一个实施例中，裸电极活性材料具有3μm～30μm的颗粒尺寸，细粒度固体电解质具有1μm或更小的颗粒尺寸～，并且固体粘合剂具有10nm～1μm的颗粒尺寸，条件是固体粘合剂的颗粒尺寸等于或小于细粒度固体电解质的颗粒尺寸。在另一实施例中，固体粘合剂、裸电极活性材料和细粒度固体电解质彼此点接触。在另一实施例中，固体粘合剂是交联(cross-linked)结构。在另一实施例中，细粒度固体电解质含有锂(Li)、磷(P)和硫(S)。根据本公开的另一方面，本公开提供一种用于制备全固态电池中使用的电极活性材料的方法。在第一制备步骤中，制备裸电极活性材料、细粒度固体电解质和固体粘合剂。在第一混合步骤中，通过球磨将裸电极活性材料和细粒度固体电解质混合在一起。在结合步骤中，将固体粘合剂添加到裸电极活性材料和细粒度固体电解质的混合物中，并通过球磨混合，以经由固体粘合剂将细粒度固体电解质结合到裸电极活性材料。在一个实施例中，第一制备步骤的裸电极活性材料、细粒度固体电解质和固体粘合剂分别具有3μm～30μm、1μm或更小、和10nm～1μm的颗粒尺寸。在另一实施例中，在第一混合步骤中以80：5～10的重量比将裸电极活性材料与细粒度固体电解质混合。在另一实施例中，在结合步骤中固体粘合剂被以裸电极活性材料与固体粘合剂为80：1的重量比添加。在另一实施例中，在第一混合步骤和结合步骤的每一个中，以200rpm或更低的速度进行球磨2分钟或更短时间。根据本公开的另一方面，本公开提供一种全固态电池中使用的电极复合物，其包括活性材料复合颗粒，其中细粒度固体电解质经由固体粘合剂附着到裸电极活性材料的表面。在一个实施例中，电极复合物进一步包括导电材料，以及具有比细粒度固体电解质更大的颗粒尺寸的粗粒度固体电解质。在另一实施例中，裸电极活性材料具有3μm～30μm的颗粒尺寸，细粒度固体电解质具有1μm或更小的颗粒尺寸，固体粘合剂具有10nm～1μm的颗粒尺寸，粗粒度固体电解质具有1μm～100μm(1μm除外)的颗粒尺寸。根据本公开的另一方面，本公开提供一种用于制造全固态电池中使用的电极复合物的方法。在第一步骤中，制备基于裸电极活性材料的活性材料复合颗粒，并经由固体粘合剂将细粒度固体电解质附着于其上。在第二步骤中，将活性材料复合颗粒与粗粒度固体电解质、导电材料和粘合剂混合，并将混合物压力成型为电极复合物。在一个实施例中，第二步骤包括第二制备子步骤，其中制备具有比细粒度固体电解质更大颗粒尺寸的粗粒度固体电解质、导电材料和粘合剂；第二混合子步骤，其中将活性材料复合颗粒、导电材料和粘合剂混合在一起；以及成型子步骤，其中将活性材料复合颗粒、导电材料和粘合剂的混合物压力成型为电极复合物。根据另一实施例，在第二混合子步骤中，以一定量使用粗粒度固体电解质，使得裸电极活性材料与细粒度固体电解质和粗粒度固体电解质的总量的重量比为80：20，并且控制导电材料的量使得裸电极活性材料与导电材料的重量比为80：2。根据本公开的另一方面，本公开提供一种全固态电池，其包括：阳极复合单元，其包括基于经由固体粘合剂附着细粒度固体电解质的裸阳极活性材料的阳极活性材料复合颗粒；阴极复合单元，其包括基于经由固体粘合剂附着细粒度固体电解质的裸阴极活性材料的阴极活性材料复合颗粒；以及固体电解质单元，其中固体电解质填充在阳极复合单元和阴极复合单元之间。在实施例中，阳极复合单元和阴极复合单元中的每一个进一步包括具有比细粒度固体电解质更大的颗粒尺寸的粗粒度固体电解质以及导电材料。在另一实施例中，用于阳极复合单元的阳极裸电极活性材料和用于阴极复合单元的阴极裸电极活性材料各自具有3μm～30μm的颗粒尺寸，细粒度固体电解质具有1μm或更小的颗粒尺寸，固体粘合剂具有10nm～1μm的颗粒尺寸，粗粒度固体电解质具有1μm～100μm(1μm除外)的颗粒尺寸。在另一实施例中，阳极复合单元和阴极复合单元的细粒度固体电解质和粗粒度固体电解质由与固体电解质单元的固体电解质相同的材料制备。附图说明结合附图，从下面的详细描述中将更清楚地理解本专利技术的上述的和其它的目的、特征和其它优点，其中：图1a和1b是常规电极复合物的结构的示意图；图2是根据本公开的实施例的包括活性材料复合颗粒的电极复合物的结构的示意图；图3是示出根据本公开的实施例的用于制造包括活性材料复合颗粒的电极复合物的方法的流程图；并且图4是根据本公开的一些实施例的包括活性材料复合颗粒的全固态电池的结构的示意图。具体实施方式本文陈述的术语仅用于描述特定实施例而不限制本专利技术。本文中使用的单数术语包括复数术语，除非短语明确表示相反的含义。本文使用的术语“包括”指示具体的特定特征、区域、正数、步骤、操作、元件和/或部件，而不限制其它特定特征、区域、正数、步骤、操作、元件和/或部件的存在或添加。如果没有不同地定义，包括以下使用的技术术语和科学术语的所有术语具有与本领域技术人员本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种作为全固态电池的电极的活性材料的活性材料复合颗粒，所述活性材料复合颗粒包括：裸电极活性材料；以及细粒度固体电解质，其经由固体粘合剂结合到所述裸电极活性材料的表面。

【技术特征摘要】
2016.10.20 KR 10-2016-01365881.一种作为全固态电池的电极的活性材料的活性材料复合颗粒，所述活性材料复合颗粒包括：裸电极活性材料；以及细粒度固体电解质，其经由固体粘合剂结合到所述裸电极活性材料的表面。2.根据权利要求1所述的活性材料复合颗粒，其中所述裸电极活性材料具有3μm～30μm的颗粒尺寸，所述细粒度固体电解质具有1μm或更小的颗粒尺寸，并且所述固体粘合剂具有10nm～1μm的颗粒尺寸，其中所述固体粘合剂的颗粒尺寸等于或小于所述细粒度固体电解质的颗粒尺寸。3.根据权利要求1所述的活性材料复合颗粒，其中所述固体粘合剂、所述裸电极活性材料和所述细粒度固体电解质彼此点接触。4.根据权利要求3所述的活性材料复合颗粒，其中所述固体粘合剂具有交联结构。5.根据权利要求3所述的活性材料复合颗粒，其中所述细粒度固体电解质含有锂Li、磷P和硫S。6.一种用于制备全固态电池中使用的电极活性材料的方法，所述方法包括：制备裸电极活性材料、细粒度固体电解质和固体粘合剂；通过球磨将所述裸电极活性材料和所述细粒度固体电解质混合在一起；将固体粘合剂添加到所述裸电极活性材料和所述细粒度固体电解质的混合物；以及通过球磨将所述固体粘合剂和所述裸电极活性材料和所述细粒度固体电解质的混合物进行混合，以经由所述固体粘合剂将所述细粒度固体电解质结合到所述裸电极活性材料。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述裸电极活性材料具有3μm～30μm的颗粒尺寸，所述细粒度固体电解质具有1μm或更小的颗粒尺寸，所述固体粘合剂具有10nm～1μm的颗粒尺寸。8.根据权利要求7所述的方法，其中将所述裸电极活性材料和所述细粒度固体电解质混合包括以80：5～80：10的重量比将所述裸电极活性材料与所述细粒度固体电解质混合。9.根据权利要求7所述的方法，其中当将所述固体粘合剂和所述混合物混合时，以裸电极活性材料与固体粘合剂的重量比为80：1来添加所述固体粘合剂。10.根据权利要求6所述的方法，其中当将所述裸电极活性材料和所述细粒度固体电解质混合时，以200rpm或更低的速度进行球磨2分钟或更短时间；并且其中当将所述固体粘合剂和所述混合物混合时，以200rpm或更低的速度进行球磨2分钟或更短时间。11.一种全固态电池中使用的电极复合物，所述电极复合物包括活性材料复合颗粒，其中细粒度固体电解质经由固体粘合剂附着到裸电极活性材料的表面。12.根据权利要求11所述的电极复合物，进一步包括导...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹龙燮，闵泓锡，金敬洙，权五珉，申東彧，朴璨辉，孙承铉，
申请(专利权)人：现代自动车株式会社，汉阳大学校产学协力团，
类型：发明
国别省市：韩国,KR