固态锂电池电芯及其制备方法、电池技术

本发明专利技术提供了一种固态锂电池电芯，所述固态锂电池电芯包括依次层叠设置的正极片、固态电解质、碳化层以及负极片，所述碳化层中还渗入有导电介质，所述导电介质在所述碳化层厚度方向的长度小于所述碳化层的厚度和所述固态电解质的厚度之和，所述导电介质与所述负极片连接。本发明专利技术还提供一种固态锂电池电芯的制备方法及电池。本发明专利技术提供的固态锂电池电芯中的碳化层渗入有导电介质，提高碳化层与负极片之间的接触面积，进而可降低固态电解质与负极片的界面阻抗，进而可降低电池内阻。进而可降低电池内阻。进而可降低电池内阻。

【技术实现步骤摘要】
固态锂电池电芯及其制备方法、电池


[0001]本专利技术涉及电池领域，具体涉及一种固态锂电池电芯及其制备方法、电池。

技术介绍

[0002]随着新能源汽车的不断普及，对新能源汽车中动力电池的使用要求变得越来越高。近三十年来，相对于传统的铅蓄、镍氢等二次电池，具有高能量密度，高输出电压，环境友好的锂离子电池得到了迅速的发展和广泛的应用。在锂离子电池结构中，电解液是锂离子电池不可或缺的重要组成部分，是锂离子电池获得高电压、高循环性能等优点的必备条件。锂离子电池通常采用有机溶剂作为电解液，而这类有机溶剂极易燃烧，电池一旦由于内部短路产生高温或者火花，电解液将在瞬间被点燃并导致整个电池发生爆炸。将易燃的液态电解液，变成固态电解质，可降低因为易燃而导致的安全风险，同时也能获得更好的性能。但是固态电解质与正极和负极之间的接触阻抗过大一直以来是阻碍固态电池发展的一大难题。

技术实现思路

[0003]本申请内容旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，在本申请的第一个方面，提供一种固态锂电池电芯，所述固态锂电池电芯包括依次层叠设置的正极片、固态电解质、碳化层以及负极片，所述碳化层中渗入有导电介质，所述导电介质在所述碳化层厚度方向的长度小于所述碳化层的厚度和所述固态电解质的厚度之和，所述导电介质与所述负极片连接。
[0004]在本申请的第二个方面，提供一种固态锂电池电芯的制备方法，其特征在于，所述固态锂电池电芯的制备方法包括：
[0005]制备正极片；
[0006]将固态电解质前驱体设置在正极片上；
[0007]将熔融的导电介质前驱体涂覆在所述固态电解质前驱体远离所述正极片的表面上，所述熔融的导电介质前驱体冷却放热使得所述固态电解质前驱体远离所述正极片的表面上受热碳化形成碳化层，所述固态电解质前驱体的其余部分冷却形成固态电解质，至少部分所述熔融的导电介质前驱体渗透至所述碳化层中形成导电介质，以及在所述碳化层远离所述固态电解质的表面形成负极片。
[0008]在本申请的第三个方面，提供一种电池，所述电池包括壳体以及位于所述壳体内的如上所述的固态锂电池电芯。
[0009]本专利技术的有益效果：本专利技术提供的固态锂电池电芯中的碳化层渗入有导电介质，提高碳化层与负极片之间导电接触面积，进而可降低固态电解质与负极片的界面阻抗，进而可降低电池内阻。
附图说明
[0010]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0011]图1为本专利技术一实施例提供的固态锂电池电芯的结构示意图；
[0012]图2为本专利技术一实施例提供的固态锂电池电芯中的金属锂/原位碳化层/固态电解质层“交融型”界面SEM结构图；
[0013]图3为本专利技术一实施例提供的固态锂电池电芯中的碳化层的XPS结果分布图；
[0014]图4为本专利技术一实施例提供的固态锂电池电芯的制备方法流程图；
[0015]图5为本专利技术一实施例提供的实施例1、实施例3、实施例4与对比例1制备的电池在不同充放电循环次数下的容量保持率分布曲线。
具体实施方式
[0016]以下所述是本专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本专利技术的保护范围。
[0017]请参阅图1和图2，本专利技术一实施例提供一种固态锂电池电芯10，所述固态锂电池电芯10包括依次层叠设置的正极片100、固态电解质200、碳化层300以及负极片400。所述碳化层300中渗入有导电介质410，导电介质410在碳化层300厚度方向的长度小于碳化层300的厚度和固态电解质200的厚度之和，导电介质410与负极片400连接。其中，所述导电介质410是指具有导电性能的介质，可以为金属锂、金属钠、金属铝或者金属镁。所述负极片400可以为金属负极片或者非金属负极片，所述金属负极片包括金属锂片、金属钠片或者金属铝片，所述非金属负极片可以为石墨负极片、软碳负极片或者含硅负极片。所述导电介质410和所述负极片400可同步形成或者分步形成。将导电介质410设置渗入在碳化层300中，而导电介质410与负极片400电连接，增加了碳化层300与负极片400之间电连接的接触面积，进而可有效降低固态电解质200与负极片400的界面阻抗。并且，将导电介质410在碳化层300厚度方向的长度设置小于碳化层300的厚度和固态电解质200的厚度之和，可避免导电介质410穿过固态电解质200与正极片100连接，进而有效避免正极片100和负极片400之间电连接，造成短路。
[0018]本专利技术提供的固态锂电池电芯中的碳化层300渗入有导电介质410，提高碳化层300与负极片400之间导电接触面积，进而可降低固态电解质200与负极片400的界面阻抗，进而可降低电池内阻。
[0019]在本申请中，所述导电介质410优选为金属锂，所述负极片400优选为金属锂片。导电介质410和负极片400均为锂金属，可减少两者之间的界面阻抗。当导电介质410与负极片400均为锂金属时，两者可同时形成。
[0020]在本申请中，所述碳化层300为固态电解质前驱体朝向负极片400的表面经过受热碳化而成，碳化层300未碳化前的原料与固态电解质200未固化聚合前的原料相同。其中固态电解质前驱体用于形成固态电解质200，是指固态电解质200为固化聚合前的中间产品。
在本申请中，所述碳化层300邻近固态电解质200的一侧与固态电解质200是相互渗透交融的，两者之间没有明显的界面。所述导电介质410渗入至碳化层300中并与碳化层300交织，可提高碳化层300与负极片400之间的接触面积，以提高离子传输面积，进而可降低固态电解质200与负极片400的界面阻抗。其中，碳化层300与导电介质410交织的一面为凹凸不平状(如图2所示)。
[0021]在一些实施例中，所述导电介质410远离负极片400的一端与正极片100相间隔，进而可避免负极片400与正极片100电连接。
[0022]在一些实施例中，所述导电介质410沿碳化层300厚度方向的长度最多与所述碳化层300的厚度相同，或者所述导电介质410远离负极片400的一端位于所述碳化层300内。以使所述导电介质410与正极片100相间隔而避免两者之间电连接。在另一些实施例中，导电介质410穿过碳化层200并渗入至固态电解质200中，但未穿过固态电解质200。
[0023]在进一步的实施例中，碳化层300的厚度为5μm-10μm。在本申请中，所述碳化层300为将熔融态的金属锂涂覆在固态电解质200表面使得该表面受热碳化而成，该碳化层300的厚度在上述范围内时，可有效降低界面阻抗的同时还可将导电介质410包覆在碳化层300中而避免导电介质410的端部与正本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固态锂电池电芯，其特征在于，所述固态锂电池电芯包括依次层叠设置的正极片、固态电解质、碳化层以及负极片，所述碳化层中渗入有导电介质，所述导电介质在所述碳化层厚度方向的长度小于所述碳化层的厚度和所述固态电解质的厚度之和，所述导电介质与所述负极片连接。2.如权利要求1所述的固态锂电池电芯，其特征在于，所述负极片为金属锂片，所述导电介质为金属锂。3.如权利要求1所述的固态锂电池电芯，其特征在于，所述碳化层的厚度为5μm-10μm。4.如权利要求3所述的固态锂电池电芯，其特征在于，所述导电介质在所述碳化层厚度方向的长度为1μm-10μm。5.如权利要求1所述的固态锂电池电芯，其特征在于，所述碳化层的导电性自靠近所述负极片至远离所述负极片的方向逐渐降低。6.如权利要求1所述的固态锂电池电芯，其特征在于，所述碳化层还掺杂有氮。7.如权利要求1所述的固态锂电池电芯，其特征在于，所述正极片包括正极集流体和设置在所述正极集流体表面的正极材料层，所述正极材料层包括尖晶石正极材料。8.如权利要求7所述的固态锂电池电芯，其特征在于，所述正极材料层靠近固态电解质部分还渗有固态电解质材料。9.一种固态锂电池电芯的制备方法，其特征在于，所述固态锂电池电芯的制备方法包括：制备正极片；将固态电...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄明昊，牛棒棒，袁晓涛，陈娜，郝嵘，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：