全固体二次电池制造技术

提供全固体二次电池，其包括正极；负极；以及在所述正极和所述负极之间的固体电解质层，其中所述负极包括天然石墨，并且所述天然石墨具有在大于约10μm至约20μm或更小的范围内的平均颗粒直径(D50)且包括无定形碳包覆层。的平均颗粒直径(D50)且包括无定形碳包覆层。的平均颗粒直径(D50)且包括无定形碳包覆层。

【技术实现步骤摘要】
全固体二次电池
[0001]对相关申请的交叉引用
[0002]本申请基于在韩国知识产权局于2020年2月25日提交的韩国专利申请No.10
‑
2020
‑
0022999并且要求其优先权，将其公开内容全部通过引用引入本文中。


[0003]一种或多种实施方式涉及全固体二次电池。

技术介绍

[0004]使用液体电解质的相关领域的锂二次电池已经由于在暴露于空气中的水分时容易着火而具有稳定性问题。随着电动汽车正变得流行，这样的关于稳定性的问题变得突出。因此，为了改善安全性，目前正在进行对于使用由无机材料构成的固体电解质的全固体二次电池的透彻的研究。具有稳定性、高的能量密度、高的功率输出、长的寿命、简单的制造过程、大的/小的尺寸、和低的价格的全固体二次电池作为下一代二次电池正在引起注意。
[0005]全固体二次电池被配置成包括正极、固体电解质、和负极，并且要求固体电解质具有高的离子传导性和低的电子传导性。全固体二次电池的固体电解质的实例可包括基于硫化物的固体电解质和基于氧化物的固体电解质。基于硫化物的固体电解质当在高温和高压条件下被压制时活化。然而，在所述压制期间，界面电阻由于回弹现象而显著增加，其使得难以实现电池容量。
[0006]此外，全固体二次电池的电极板(电极片)包括活性材料和固体电解质，并且在活性材料和固体电解质之间的界面电阻是使电池性能恶化的最显著的原因。
[0007]常规地，为了降低界面电阻，主要进行了关于压力的施加的研究，但效果不是非常好。
[0008]因此，对于降低界面电阻的研究存在高的需求。

技术实现思路

[0009]一种或多种实施方式包括新型结构的全固体二次电池。
[0010]另外的方面将在随后的描述中部分地阐明，且部分地将由所述描述明晰，或者可通过本公开内容的所呈现的实施方式的实践而获悉。
[0011]根据一种或多种实施方式，全固体二次电池包括
[0012]正极；
[0013]负极；以及
[0014]在所述正极和所述负极之间的固体电解质层，
[0015]其中所述负极包括天然石墨，和
[0016]所述天然石墨具有在大于约10μm至约20μm或更小的范围内的平均颗粒直径(D50)并且包括无定形碳包覆层。
附图说明
[0017]由结合附图考虑的以下描述，本公开内容的一些实施方式的以上和其它方面、特征和优点将变得更加明晰，其中：
[0018]图1显示根据实施方式的全固体二次电池的结构；
[0019]图2A为显示测量关于实施例1中使用的天然石墨和对比例1中使用的中间相碳微球(MCMB)的体积变化的结果的图；
[0020]图2B为显示测量在将基于硫化物的固体电解质与实施例1中使用的天然石墨和对比例1中使用的MCMB各自混合之后的体积变化的结果的图；
[0021]图3为显示对于实施例6以及对比例4和5的电池的充电/放电特性的测量结果的图；
[0022]图4为显示实施例6和对比例6的电池的界面电阻的测量结果的图；
[0023]图5为测量实施例6和对比例6的电池的充电/放电特性的图；和
[0024]图6为测量实施例6和对比例6的电池的寿命特性的图。
具体实施方式
[0025]现在将对实施方式详细地进行介绍，其实例说明于附图中，其中相同的附图标记始终指的是相同的元件。在这点上，本实施方式可具有不同的形式并且不应被解释为限于本文中阐明的描述。因此，下面仅通过参考附图描述实施方式以说明本描述的方面。如本文中使用的，术语“和/或”包括相关列举项目的一个或多个的任何和全部组合。表述例如“的至少一个(种)”当在要素列表之前或之后时，修饰整个要素列表且不修饰所述列表的单独要素。
[0026]下文中，由于本专利技术构思容许多种变化和许多实施方式，因此将在附图中说明且在书面描述中详细地描述具体实施方式。然而，这不意图将本专利技术构思限于具体的实践模式，并且将理解，不背离精神和技术范围的所有变化、等同物、和替换物被涵盖在本专利技术构思中。
[0027]本文中使用的术语仅用于描述具体实施方式，且不意图限制本专利技术构思。以单数使用的表述涵盖复数的表述，除非其在上下文中具有明显不同的含义。如本文中使用的，将理解，术语例如“包括”、“具有”和“包含”意图表明本说明书中公开的特征、数值、步骤、动作、组分(部件)、部分、成分、材料、或其组合的存在，并且不意图排除如下可能性：一种或多种另外的特征、数值、步骤、动作、组分(部件)、部分、成分、材料、或其组合可存在或者可被添加。本文中使用的符号“/”可根据上下文被解释为“和”或者“或”。
[0028]在附图中，为了清楚，层和区域的厚度被放大或缩小。附图中的相同的附图标记表示相同的元件。在整个说明书中，将理解，当一个部件例如层、膜、区域、或板被称为“在”另外的部件“上”时，所述一个部件可直接在所述另外的部件上或者在其间可存在中间部件。在整个说明书中，尽管如“第一”、“第二”等这样的术语可用于描述多种部件，但是这样的部件不能限于以上术语。以上术语仅用于使一个部件区别于另一个。在本说明书和附图中，具有基本上相同的功能构造的构成要素将用相同的附图标记表示，由此省略冗余的描述。
[0029]下文中，根据一种或多种实施方式，将详细地描述全固体二次电池。
[0030]根据实施方式，全固体二次电池包括：正极；负极；以及在所述正极和所述负极之
间的固体电解质层，其中所述负极包括天然石墨，并且所述天然石墨具有在大于约10μm至约20μm的范围内的平均颗粒直径(D50)且包括无定形碳包覆层。
[0031]所述天然石墨为结晶碳。当作为结晶碳的所述天然石墨包括所述无定形碳包覆层时，Li离子的移动性(迁移率)可增加，并且可呈现出抑制副反应的效果。
[0032]当具有在以上范围内的平均颗粒直径并且包括无定形碳包覆层的所述天然石墨用作负极活性材料时，即使当向其施加高的压力时，在所述负极活性材料和所述固体电解质之间的电阻也是低的，且因此所述电池可具有高的电池容量。
[0033]在一些实施方式中，所述天然石墨可为通过集合(组装)鳞片状石墨一次颗粒而获得的球形二次颗粒。
[0034]在一些实施方式中，所述天然石墨的平均颗粒直径(D50)可在约14μm至约20μm的范围内。例如，所述天然石墨的平均颗粒直径(D50)可在约14μm至约18μm的范围内。所述天然石墨的平均颗粒直径(D50)可在约14μm至约17μm的范围内。
[0035]当所述天然石墨的平均颗粒直径(D50)在这些范围之外且小于约14μm或大于约20μm时，Li离子的移动性可被限制，其可导致所述电池的容量降低和倍率特性的恶化。
[0036]在一些实施方式中，所述天然石墨的片密度(圆片密度，粉体压实密度，pellet density)可为约1.9g/cm3或更高。例如，所述天然石墨的片密度可在约1.9本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.全固体二次电池，包括：正极；负极；以及在所述正极和所述负极之间的固体电解质层，其中所述负极包括天然石墨，和所述天然石墨具有在大于约10μm至约20μm或更小的范围内的平均颗粒直径(D50)且包括无定形碳包覆层。2.如权利要求1所述的全固体二次电池，其中所述天然石墨由通过集合鳞片状石墨一次颗粒而获得的球形石墨二次颗粒形成。3.如权利要求1所述的全固体二次电池，其中所述天然石墨的平均颗粒直径(D50)在约14μm至约20μm的范围内。4.如权利要求1所述的全固体二次电池，其中所述天然石墨的片密度为约1.9g/cm3或更高。5.如权利要求1所述的全固体二次电池，其中所述天然石墨的纵横比在约0.5至约2的范围内。6.如权利要求1所述的全固体二次电池，其中所述天然石墨的纵横比在约0.7至约1.4的范围内。7.如权利要求1所述的全固体二次电池，其中所述负极进一步包括具有高于约
‑
55℃的玻璃化转变温度(T
g
)的粘结剂。8.如权利要求7所述的全固体二次电池，其中所述粘结剂包括苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)。9.如权利要求1所述的全固体二次电池，其中所述负极进一步包括固体电解质。10.如权利要求9所述的全固体二次电池，其中所述固体电解质的平均颗粒直径(D50)在约0.1μm至约3μm的范围内。11.如权利要求9所述的全固体二次电池，其中所述固体电解质为基于硫化物的固体电解质。12.如权利要求11所述的全固体二次电池，其中所述基于硫化物的固体电解质为选自如下的至少一种：Li2S
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P2S5；Li2S
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P2S5‑
LiX，其中X为卤素；Li2S
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P2S5‑
Li2O；Li2S
‑
P2S5‑
Li2O
‑
LiI；Li2S
‑
SiS2；Li2S
‑
SiS2‑
LiI；Li2S
‑
SiS2‑
LiBr；Li2S
‑
SiS2‑
LiCl；Li2...

【专利技术属性】
技术研发人员：金秦圭，李揆璘，李正惠，赵柄奎，韩相日，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：