包括两种固体电解质层的全固态电池制造技术

本发明专利技术涉及一种具有改进的安全性和低电阻的全固态电池，其包括正极、负极以及置于所述正极和所述负极之间的固体电解质，其中，所述固体电解质包括包含粘合剂的第一固体电解质层和不含粘合剂的第二固体电解质层，并且第二固体电解质层面对所述负极。二固体电解质层面对所述负极。二固体电解质层面对所述负极。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括两种固体电解质层的全固态电池


[0001]本申请要求于2021年3月30日提交的韩国专利申请第2021
‑
0041332号的优先权，其公开内容通过援引整体并入本文。
[0002]本专利技术涉及一种包括两种固体电解质层的全固态电池。更具体而言，本专利技术涉及一种包括两种固体电解质层的全固态电池，其中固体电解质层和负极的粘附面增大，由此降低全固态电池的短路危险。

技术介绍

[0003]可充电且具有高能量密度的锂二次电池作为一种具有环保特性的新能源而备受关注，因为锂二次电池不仅显著减少了化石燃料的使用，而且不因使用能源而产生副产物。
[0004]锂二次电池还作为具有高输出和高能量密度的设备(例如电动车辆)以及可穿戴设备或便携式设备的能源而备受关注。结果，对具有高工作电压和能量密度的锂二次电池的研究速度很快。
[0005]作为一种锂二次电池，包含电解液和隔膜的锂离子二次电池具有电解液泄漏和火灾爆发的危险性高的缺点。作为其替代方案，已经提出了一种全固态电池，其使用不易燃的固体作为电解质，由此火灾爆发和爆炸的危险性低。
[0006]全固态电池的优点在于安全性提高，由于使用固体电解质，锂离子的移动速度高，并且负极的厚度减小，由此能量密度增加。
[0007]作为用于提高全固态电池的能量密度的手段，已经提出了不包括负极混合物层而仅由集流体构成的负极。
[0008]当对如上所述配置的全固态电池进行充电时，在负极集流体与固体电解质层彼此接触的部分，锂被镀覆在负极集流体上，并且当对全固态电池进行放电时，镀覆在负极集流体上的锂发生退镀(stripping)。作为重复充电和放电的结果，镀覆在负极集流体上的锂的尺寸可以逐渐增大，由此锂枝晶可以生长。锂枝晶可能导致电池短路或者可能降低电池容量。
[0009]即，当负极集流体与固体电解质层的接触面较小时，锂镀覆局部发生，由此锂枝晶生长的可能性可进一步增加。
[0010]与此相关，图1是常规高能量密度全固态电池中的固体电解质层和负极的截面图。
[0011]参考图1，固体电解质层120形成在负极140的一个表面上。固体电解质层120被构造成固体电解质颗粒110通过粘合剂130而粘合的状态，并且设置在负极140的一个表面上。
[0012]通过固体电解质颗粒110移动到负极140的锂被镀覆在负极140的表面上；然而，位于固体电解质颗粒110和负极140之间的粘合剂130使得锂不能移动到负极。
[0013]在图1中，在接触负极的固体电解质颗粒中，允许锂移动通过的固体电解质颗粒由箭头表示，因粘合剂130而堵塞了锂移动路径的固体电解质颗粒用无箭头表示。
[0014]如上所述，如果锂由于粘合剂而不能移动，或者锂的移动速度降低，则全固态电池的电阻增加。
[0015]因此，需要开发一种全固态电池，其被配置成使得固体电解质层和负极的接触面增大，由此使电池的电阻低。
[0016]对于应用了硫化物类固体电解质的全固态电池，为了使固体电解质层的电阻最小化，可以使用在无粘合剂的情况下通过压制来制造固体电解质层的方法。然而，在这种情况下，固体电解质层被制造成固体电解质层的厚度为数百微米，这不适于制造高能量密度全固态电池。
[0017]与此相关，专利文献1涉及一种全固态电池，其被配置成在正极层和负极层之间设置电解质层，该电解质层包括第一固体电解质层和第二固体电解质层，并且在第一固体电解质层和/或第二固体电解质层中含有粘合剂。
[0018]专利文献1的全固态电池包含硫化物类固体电解质，并且公开了包含粘合剂，由此可以获得确保硫化物类固体电解质颗粒的分散力的效果，并且固体电解质层的厚度较薄，由此可以降低电阻。
[0019]专利文献2涉及一种全固态电池用电解质层，其被配置成两个以上的电解质层堆叠并且所述两个以上的电解质层具有不同的粘合剂含量，并且公开了当使用层压方法时基材从电解质层顺利剥离，并且适当地调节电解质层的厚度，由此可以使电极层和电解质层之间的界面电阻最小化。
[0020]然而，专利文献1和专利文献2没有提出因包含在固体电解质层中的粘合剂而使全固态电池的电阻增加的问题的解决方法。
[0021](现有技术文献)
[0022](专利文献1)日本注册专利公报第5930035号(2016.06.08)
[0023](专利文献2)韩国专利申请公开第2017
‑
0055325号(2017.05.19)

技术实现思路

[0024][技术问题][0025]本专利技术是鉴于上述问题而做出的，并且本专利技术的目的在于提供一种包括两种固体电解质层的全固态电池，其被配置成防止锂枝晶在负极表面上的生长，由此可以确保全固态电池的安全性。
[0026][技术方案][0027]用于实现上述目的的本专利技术的全固态电池包括正极、负极以及置于所述正极和所述负极之间的固体电解质，其中，所述固体电解质由包含粘合剂的第一固体电解质层和不包含粘合剂的第二固体电解质层构成，并且第二固体电解质层面对所述负极。
[0028]粘合剂可以是选自由聚四氟乙烯、聚环氧乙烷、聚乙二醇、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚环氧丙烷、聚磷腈、聚硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、聚偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯
‑
六氟丙烯共聚物(PVDF
‑
HFP)、聚偏二氟乙烯
‑
氯三氟乙烯共聚物(PVDF
‑
CTFE)、聚偏二氟乙烯
‑
四氟乙烯共聚物(PVDF
‑
TFE)、聚碳酸亚乙烯酯、聚乙烯吡咯烷酮、丁苯橡胶、丁腈橡胶和氢化丁腈橡胶组成的组的至少一种。
[0029]第一固体电解质层和第二固体电解质层的除粘合剂以外的其他成分可以相同。
[0030]第一固体电解质层的厚度可以等于或大于第二固体电解质层的厚度。
[0031]粘合剂可以包含在第一固体电解质层中，占包含在第一固体电解质层中的总固体
组分的重量的0.2重量％至15重量％。
[0032]第一固体电解质层和第二固体电解质层可以处于彼此粘附的状态。
[0033]负极可以不包括负极混合物层。
[0034]负极可以包括涂层和离子传输层。
[0035]位于第二固体电解质层的表面的固体电解质颗粒可以与负极接触。
[0036]本专利技术提供一种包括该全固态电池作为单元电芯的电池模块。
[0037]另外，本专利技术可以提供上述解决方法的各种组合。
[0038][有益效果][0039]从以上描述可以明显看出，在本专利技术的全固态电池中，固体电解质层和负极在其界面处的接触面增大，由此可以防止负极表面上的局部锂镀覆。
[0040]因此，可以抑制锂枝晶在负极表面上的生长。
[0041]结果，全固态电池短路的危险降低，由此可以提高全固态电池的安全性。
[0042]另外，大范围地确保了锂移动路径，由此可以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种全固态电池，其包括：正极；负极；以及置于所述正极和所述负极之间的固体电解质，其中，所述固体电解质由包含粘合剂的第一固体电解质层和不含粘合剂的第二固体电解质层构成，并且第二固体电解质层面对所述负极。2.如权利要求1所述的全固态电池，其中，所述粘合剂是选自由聚四氟乙烯、聚环氧乙烷、聚乙二醇、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚环氧丙烷、聚磷腈、聚硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、聚偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯
‑
六氟丙烯共聚物(PVDF
‑
HFP)、聚偏二氟乙烯
‑
氯三氟乙烯共聚物(PVDF
‑
CTFE)、聚偏二氟乙烯
‑
四氟乙烯共聚物(PVDF
‑
TFE)、聚碳酸亚乙烯酯、聚乙烯吡咯烷酮、丁苯橡胶、丁腈橡胶和氢化丁腈橡胶组成的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李廷弼，崔洛永，
申请(专利权)人：株式会社LG新能源，
类型：发明
国别省市：