固体电解质电池和包含该固体电解质电池的电池模块及电池组制造技术

本发明专利技术涉及一种固体电解质电池及包含所述固体电解质电池的电池模块，所述固体电解质电池包括正极、负极和置于正极和负极之间的隔膜，其中，负极包括：负极集流体；形成于所述负极集流体的至少一个表面上并包含第一负极活性材料、第一固体电解质和第一电解质盐的第一负极活性材料层；以及形成于第一负极活性材料层上并包含第二负极活性材料、第二固体电解质、第二电解质盐和熔点为30℃至130℃的增塑剂的第二负极活性材料层，所述固体电解质电池在所述增塑剂的熔点和130℃之间的温度下被激活，并在第二负极活性材料的表面上形成固体电解质界面(SEI)层。

The solid electrolyte battery and the battery module and battery pack containing the solid electrolyte battery

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】固体电解质电池和包含该固体电解质电池的电池模块及电池组
本专利技术涉及固体电解质电池和包含该固体电解质电池的电池模块。更具体而言，本专利技术涉及能够降低负极活性材料层与隔膜之间的界面电阻、同时提高与负极集流体的粘附力的固体电解质电池和包含该固体电解质电池的电池模块。本申请要求于2018年4月26日在韩国提交的韩国专利申请10-2018-0048585的优先权，将其公开内容(包括说明书和附图)通过援引并入本文。
技术介绍
使用液体电解质的锂离子电池具有负极和正极由隔膜限定的结构，因此当隔膜因变形或外部冲击而损坏时，可能导致短路，从而造成诸如过热或爆炸等危险。因此，可以说开发能够确保安全性的固体电解质是锂离子二次电池领域中非常重要的问题。使用固体电解质的锂二次电池具有增强的安全性，防止电解液的泄漏以提高电池的可靠性，并有助于制造薄电池。另外，锂金属可用作负极以提高能量密度。因此，这种使用固体电解质的锂二次电池有望应用于电动车辆的大容量二次电池以及小型二次电池，并作为下一代电池而备受瞩目。同时，在使用固体电解质的电池的情况下，其电极和聚合物基隔膜(膜)全部处于固态，并且不包括液体电解质。因此，在电极和隔膜之间的界面处产生的空隙作为死区(deadspace)存在。特别是，当电极表面因活性材料的形状、导电材料的凝集和粘合剂的膨胀而不规则时，会产生更多的空隙，从而导致电极和隔膜之间的电阻增加，因此对电池的寿命特性产生不利影响。特别是，当使用石墨基负极活性材料时，活性材料的体积在充电/放电过程中发生显著变化，并且这些空隙在循环过程中产生得更多，从而加速寿命的劣化。另外，已知在常规锂离子电池的初始充电过程中形成的固体电解质界面层(SEI层)是保护负极活性材料在电池循环过程中免受副反应影响的重要保护层。形成这种SEI层的主要来源包括非水性电解质的溶剂或诸如碳酸亚乙烯酯(VC)等添加剂。然而，在使用固体电解质的固体电解质电池的情况下，与使用液体电解质的电池不同，固体电解质电池没有溶剂或添加剂，因此难以在负极活性材料的表面上形成SEI层。因此，当固体电解质电池重复循环时，副反应不断发生，从而加速负极活性材料的劣化，并导致电池寿命的缩短。为解决上述问题，已经进行了许多尝试来在固体电解质电池中加入液体离子导电材料(或电解质)，以使其可以充满电极与隔膜之间的界面。为使用这种液体材料，应在组装电芯之后进行液体注入步骤。然而，缺点在于，应注入过量的液体材料以使其可以存在于隔膜和电极之间的界面处。为克服这一点，可以使诸如电解液或添加剂等液体材料预先吸收至聚合物基隔膜中。然后，可以使吸收有电解液的聚合物基隔膜软化，从而降低隔膜和电极之间的界面电阻。然而，软化的隔膜机械性能差，从而难以进行组装，并且使电极活性材料与集流体之间的粘附力减弱。因此，上述方法在实际应用中存在困难。
技术实现思路
[技术问题]设计本专利技术以解决相关技术的问题，因此本专利技术旨在提供一种固体电解质电池或全固态电池，该电池使液体材料仅存在于电极中以便软化隔膜，而没有单独的电解液体注入步骤，从而通过保持电极活性材料与集流体之间的粘附力同时降低隔膜与电极之间的界面电阻来提高电池的性能，并且即使在固体电解质电池系统中，也能够像在液体电解质电池中一样在负极活性材料的表面上形成SEI层。本专利技术也旨在提供包含该电池的电池模块。[技术方案]在本专利技术的一个方面中，提供了根据以下实施方式中任一项的固体电解质电池。根据第一实施方式，提供了一种固体电解质电池，所述固体电解质电池包括正极、负极和置于所述正极和所述负极之间的隔膜，其中，所述负极包括：负极集流体；第一负极活性材料层，其形成于所述负极集流体的至少一个表面上并包含第一负极活性材料、第一固体电解质和第一电解质盐；以及第二负极活性材料层，其形成于第一负极活性材料层上并包含第二负极活性材料、第二固体电解质、第二电解质盐和熔点为30℃至130℃的增塑剂，所述固体电解质电池在所述增塑剂的熔点和130℃之间的温度下被激活，并且在第二负极活性材料的表面上形成固体电解质界面(SEI)层。根据第二实施方式，提供了如第一实施方式中限定的固体电解质电池，其中，所述增塑剂的熔点为35℃至65℃。根据第三实施方式，提供了如第一或第二实施方式中限定的固体电解质电池，其中，所述增塑剂是碳酸亚乙酯(EC)、重均分子量为1,000以上的聚乙二醇(PEG)、丁二腈(SN)、环状磷酸酯(CP)或其中的至少两种。根据第四实施方式，提供了如第一至第三实施方式中任一项限定的固体电解质电池，其中，基于第二负极活性材料层的总重量，所述增塑剂的用量为0.1重量％至30重量％。根据第五实施方式，提供了如第一至第四实施方式中任一项限定的固体电解质电池，其中，第一负极活性材料层和第二负极活性材料层各自还包含导电材料和粘合剂。根据第六实施方式，提供了如第一至第五实施方式中任一项限定的固体电解质电池，其中，第一负极活性材料层与第二负极活性材料层的重量比为1:99至99:1。根据第七实施方式，提供了如第一至第六实施方式中任一项限定的固体电解质电池，其中，在所述固体电解质电池被激活后所述增塑剂以液态存在。根据第八实施方式，提供了如第一至第七实施方式中任一项限定的固体电解质电池，其中，第一负极活性材料和第二负极活性材料各自是石墨基负极活性材料。根据第九实施方式，提供了如第一至第八实施方式中任一项限定的固体电解质电池，其中，第二负极活性材料层中的空隙被液态的所述增塑剂填充。根据第十实施方式，提供了如第一至第九实施方式中任一项限定的固体电解质电池，其中，所述隔膜包含固体电解质膜。根据第十一实施方式，提供了如第一至第十实施方式中任一项限定的固体电解质电池，其中，所述固体电解质膜包含聚合物固体电解质、氧化物基固体电解质、硫化物基固体电解质或其中的至少两种。根据第十二实施方式，提供了如第八实施方式中限定的固体电解质电池，其中，所述石墨基负极活性材料包含天然石墨、人造石墨、中间相碳微球(MCMB)、碳纤维、炭黑、软碳、硬碳或其中的至少两种。在本专利技术的另一方面中，还提供了根据以下实施方式的电池模块。根据第十三实施方式，提供了一种电池模块，所述电池模块包括如第一至第十二实施方式中任一项限定的固体电解质电池作为单位电芯。在本专利技术的又一方面中，提供了根据以下实施方式的电池组。根据第十四实施方式，提供了一种电池组，所述电池组包括如第十三实施方式中限定的电池模块。[有利效果]根据本专利技术的实施方式，由于面向负极集流体的第一负极活性材料层不包含增塑剂，因此不会发生固体电解质的软化，从而可以保持活性材料层的机械性能，并且可以保持与负极集流体的粘附力。另外，由于面向隔膜的第二负极活性材料层包含增塑剂，因此发生固体电解质的软化，从而降低活性材料层与隔膜之间的界面电阻。此外，在该固体电解质电池的初始充电期间，第二负极活性材本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固体电解质电池，所述固体电解质电池包括正极、负极和置于正极和负极之间的隔膜，/n其中，负极包括：负极集流体；第一负极活性材料层，其形成于所述负极集流体的至少一个表面上并包含第一负极活性材料、第一固体电解质和第一电解质盐；以及第二负极活性材料层，其形成于第一负极活性材料层上并包含第二负极活性材料、第二固体电解质、第二电解质盐和熔点为30℃至130℃的增塑剂，/n所述固体电解质电池在所述增塑剂的熔点和130℃之间的温度下被激活，并且/n在第二负极活性材料的表面上形成固体电解质界面(SEI)层。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180426 KR 10-2018-00485851.一种固体电解质电池，所述固体电解质电池包括正极、负极和置于正极和负极之间的隔膜，
其中，负极包括：负极集流体；第一负极活性材料层，其形成于所述负极集流体的至少一个表面上并包含第一负极活性材料、第一固体电解质和第一电解质盐；以及第二负极活性材料层，其形成于第一负极活性材料层上并包含第二负极活性材料、第二固体电解质、第二电解质盐和熔点为30℃至130℃的增塑剂，
所述固体电解质电池在所述增塑剂的熔点和130℃之间的温度下被激活，并且
在第二负极活性材料的表面上形成固体电解质界面(SEI)层。


2.如权利要求1所述的固体电解质电池，其中，所述增塑剂的熔点为35℃至65℃。


3.如权利要求1所述的固体电解质电池，其中，所述增塑剂是碳酸亚乙酯(EC)、重均分子量为1,000以上的聚乙二醇(PEG)、丁二腈(SN)或环状磷酸酯(CP)，或其中的至少两种。


4.如权利要求1所述的固体电解质电池，其中，基于第二负极活性材料层的总重量，所述增塑剂的用量为0.1重量％至30重量％。


5.如权利要求1所述的固体电解质电池，其中，第一负极活性材料层或第二负极活性材料层...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳志勋，李廷弼，姜盛中，金恩妃，金志映，李锡佑，李在宪，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国;KR