包含厚度增加的阴极活性物质层的全固态电池及其制造方法技术

本公开涉及一种包含厚度增加的阴极活性物质层的全固态电池及其制造方法，阴极活性物质层包括：布置在阴极集流体上并包括纤维型导电材料和颗粒型导电材料的第一层；和布置在固体电解质层上并包括纤维型导电材料和颗粒型导电材料的第二层，其中第一层的纤维型导电材料的第一含量高于颗粒型导电材料的第一含量，并且第二层的颗粒型导电材料的第二含量高于纤维型导电材料的第二含量。根据本公开，能够获得包含具有高能量密度和高功率输出的阴极活性物质层的全固态电池。活性物质层的全固态电池。活性物质层的全固态电池。

【技术实现步骤摘要】
包含厚度增加的阴极活性物质层的全固态电池及其制造方法


[0001]本公开涉及一种包括厚度增加的阴极活性物质层的全固态电池及其制造方法。

技术介绍

[0002]全固态电池可包括布置在阴极集流体上的阴极活性物质层、布置在阳极集流体上的阳极活性物质层以及介于阴极活性物质层和阳极活性物质层之间的固体电解质层。
[0003]阴极活性物质层可包括以锂为主要成分的阴极活性物质。阴极活性物质层还可包括传导锂的固体电解质、传导电子的导电材料、以及粘接电极元件的粘合剂。
[0004]电池需要具有高能量密度、高功率输出和长寿命。特别地，为了实现高功率性能，电子必须能够容易地从阴极活性物质迁移到阴极集流体。
[0005]最近，电动汽车所需的电池需要高能量密度，因此曾有人尝试增加阴极的厚度。然而，当使用厚的阴极时，从阴极活性物质到阴极集流体的电子传导路径增加。因此，厚阴极在表现出高功率性能方面是不利的。此外，锂离子变得难以分离，致使阴极活性物质的利用率降低，因此能量密度降低。
[0006]为了弥补这一点，曾尝试增加浆料中导电材料的量。然而，过量的导电材料可能导致与固体电解质发生反应，从而使电池性能劣化。

技术实现思路

[0007]本公开的目的是提供一种全固态电池并提供其制造方法，该全固态电池包括具有增加的厚度、高能量密度和高功率输出的阴极活性物质层。
[0008]然而，本公开的目的不限于上述目的。本公开的目的将从以下描述变得更清楚，并且将通过权利要求中记载的组件和组件的组合来实现。/>[0009]在本公开的一个实施方式中，全固态电池可包括按如下顺序堆叠的阳极集流体、阳极活性物质层、固体电解质层、阴极活性物质层和阴极集流体。
[0010]阴极活性物质层可包括：第一层，其布置在阴极集流体上并包括纤维型导电材料和颗粒型导电材料；和第二层，其布置在固体电解质层上并包括纤维型导电材料和颗粒型导电材料。
[0011]第一层的纤维型导电材料的第一含量可高于颗粒型导电材料的第一含量。
[0012]第二层的颗粒型导电材料的第二含量可高于纤维型导电材料的第二含量。
[0013]纤维型导电材料的比表面积可等于或小于颗粒型导电材料比表面积的四分之一。
[0014]基于第一层中的纤维型导电材料和颗粒型导电材料的总量，第一层可包括含量为约60
‑
90重量％的纤维型导电材料和含量为约10
‑
40重量％的颗粒型导电材料。
[0015]基于第二层中的纤维型导电材料和颗粒型导电材料的总量，第二层可包括含量为约10
‑
40重量％的纤维型导电材料和含量为约60
‑
90重量％的颗粒型导电材料。
[0016]阴极活性物质层的厚度可为约100
‑
350μm。
[0017]第一层的厚度(d1)与第二层的厚度(d2)的比例(d1/d2)可以在约0.5
‑
1的范围内。
[0018]第一层的厚度可以为约50
‑
150μm。
[0019]第二层的厚度可以为约50
‑
200μm。
[0020]第一层和第二层可以成为一体而无粘合界面。
[0021]第一层还可包括粘合剂，且粘合剂的量可满足公式1。
[0022][公式1][0023]第一层中粘合剂的量[重量％]＝2[重量％]‑
相对于第一层中纤维型导电材料和颗粒型导电材料的总量的纤维型导电材料的第一含量[重量％]/100。
[0024]第二层还可包括粘合剂，且粘合剂的量可满足公式2。
[0025][公式2][0026]第二层中粘合剂的量[重量％]＝2[重量％]‑
相对于第二层中纤维型导电材料和颗粒型导电材料的总量的纤维型导电材料的第二含量[重量％]/100。
[0027]在根据本公开的一个实施方式中，全固态电池的制造方法包括：制备以预定量包含阴极活性物质、固体电解质、粘合剂、纤维型导电材料和颗粒型导电材料的第一浆料；制备以预定量包含阴极活性物质、固体电解质、粘合剂、纤维型导电材料和颗粒型导电材料的第二浆料；和将第一浆料涂覆在基底上形成第一层；以及在第一层干燥之前，将第二浆料涂覆在第一层上，形成第二层。
[0028]该方法还包括：顺序堆叠阳极集流体、阳极活性物质层、固体电解质层、包括第一层和第二层的阴极活性物质层以及阴极集流体。
[0029]根据本公开，能够获得包含具有高能量密度和高功率输出的阴极活性物质层的全固态电池。
[0030]根据本公开，能够获得如下的全固态电池，其使用比表面积小的纤维型导电材料制造以抑制固体电解质和导电材料之间的副反应、从而具有增长的寿命。
[0031]根据本公开，能够获得如下的全固态电池，其具有减少的粘合剂含量，以防止由粘合剂迁移引起的问题如性能和粘结变差以及电阻增加。
[0032]然而，本公开的优点不限于此。应理解，本公开的优点包括能从以下描述推断出的所有效果。
附图说明
[0033]根据以下结合附图的详细说明，将更清楚地理解本公开的上述及其他目的、特征及其他优点，在附图中：
[0034]图1显示根据本公开的全固态电池；
[0035]图2显示根据本公开的阴极活性物质层；
[0036]图3A显示根据本公开的阴极活性物质层的横截面的扫描电子显微镜(SEM)图像；
[0037]图3B显示根据比较例1的阴极活性物质层的横截面的SEM图像；
[0038]图3C显示根据比较例2的阴极活性物质层的SEM图像；
[0039]图4中显示根据实施例、比较例1和比较例2的全固态电池的寿命；
[0040]图5显示根据实施例、比较例1和比较例2的全固态电池在20次充电和放电循环后电阻的增加；且
[0041]图6显示根据实施例的阴极活性物质层的电极电阻值以及第一层和第二层的电阻
值之和。
具体实施方式
[0042]通过以下结合附图的优选实施方式，将容易地理解本公开的上述目的、其他目的、特征和优点。然而，本公开不限于在此描述的实施方式，并且可以以其他形式具体化。提供在此描述的实施方式是为了使本公开更透彻完整并将本公开的精神充分传递给本领域技术人员。
[0043]在整个附图中，相似的元件由相似的参考数字表示。在附图中，为使本公开清楚，结构的尺寸大于实际尺寸。说明书中使用的术语“第一”、“第二”等可用于描述各种组件，但组件不应被解释为限于这些术语。这些术语仅用于将一个组件与另一个组件区分开的目的。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一组件可以被称为第二组件，并且第二组件也可以被称为第一组件。如本文所用，单数形式“一种/个(a/an)”和“该(the)”旨在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有说明。
[0044]还将理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”、“包含”或“具备”等指示所陈述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全固态电池，包括依次堆叠的阳极集流体、阳极活性物质层、固体电解质层、阴极活性物质层和阴极集流体，其中所述阴极活性物质层包括：布置在所述阴极集流体上并包括纤维型导电材料和颗粒型导电材料的第一层；和布置在所述固体电解质层上并包括纤维型导电材料和颗粒型导电材料的第二层，且其中所述第一层的纤维型导电材料的第一含量高于颗粒型导电材料的第一含量，并且所述第二层的颗粒型导电材料的第二含量高于纤维型导电材料的第二含量。2.根据权利要求1所述的全固态电池，其中所述纤维型导电材料的比表面积等于或小于所述颗粒型导电材料的比表面积的四分之一。3.根据权利要求1所述的全固态电池，其中基于所述第一层中的所述纤维型导电材料和所述颗粒型导电材料的总量，所述第一层包括含量为60
‑
90重量％的所述纤维型导电材料和含量为10
‑
40重量％的所述颗粒型导电材料。4.根据权利要求1所述的全固态电池，其中基于所述第二层中的所述纤维型导电材料和所述颗粒型导电材料的总量，所述第二层包括含量为10
‑
40重量％的所述纤维型导电材料和含量为6
‑
90重量％的所述颗粒型导电材料。5.根据权利要求1所述的全固态电池，其中所述阴极活性物质层的厚度为100
‑
350μm。6.根据权利要求1所述的全固态电池，其中所述第一层的厚度d1与所述第二层的厚度d2之比d1/d2在0.5
‑
1的范围内。7.根据权利要求1所述的全固态电池，其中所述第一层的厚度为50
‑
150μm。8.根据权利要求1所述的全固态电池，其中所述第二层的厚度约为50
‑
200μm。9.根据权利要求1所述的全固态电池，其中所述阴极活性物质层在所述第一层和所述第二层之间不包含粘合界面。10.根据权利要求1所述的全固态电池，其中所述第一层还包括粘合剂，且所述粘合剂的量满足公式1：[公式1]所述第一层中所述粘合剂的量[重量％]＝2[重量％]
‑
相对于所述第一层中所述纤维型导电材料和所述颗粒型导电材料的总量的所述纤维型导电材料的第一含量[重量％]/100。11.根据权利要求1所述的全固态电池，其中所述第二层还包括粘合剂，且所述粘合剂的量满足公式2：[公式2]所述第二层中所述粘合剂的量[重量％]＝2[重量％]
‑
相对于所述第二层中所述纤维型导电材料和所述颗粒型导电材料的总量的所述纤维型导电材料的第二含量[重量％]/100。12.一种制造全固态电池的方法，所述方法包括以下步骤：制备包括第一预定量的阴极活性物质、...

【专利技术属性】
技术研发人员：李注妍，权兑荣，南荣镇，郑京俊，金钟鼎，韩允宰，金箱谟，郑成厚，
申请(专利权)人：起亚株式会社，
类型：发明
国别省市：