全固态锂二次电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种全固态锂二次电池及其制备方法。所述全固态锂二次电池包含正极活性材料层、负极活性材料层和设置在所述正极活性材料层与所述负极活性材料层之间的固体电解质层，其中，所述负极活性材料层包含碳结构体和银纳米颗粒，所述碳结构体包含至少一个中空型颗粒，并且所述中空型颗粒包含中空部和围绕所述中空部的碳质壳。述中空部的碳质壳。述中空部的碳质壳。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】全固态锂二次电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种全固态锂二次电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]二次电池主要应用于如移动设备和笔记本电脑等小型设备领域，但近年来其应用方向已扩展到中大型设备领域，例如需要高能量和高输出的领域，如储能系统(ESS)和电动汽车(EV)。
[0003]近来，对全固态锂二次电池的兴趣趋于增加。全固态锂二次电池是使用不易燃的无机固体电解质代替液态电解质的二次电池，其中，全固态锂二次电池因其比使用液态电解质的锂二次电池具有更高的热稳定性、具有极低的由于过充过程中的泄漏而爆炸的风险且无需增加设备来预防爆炸风险而受到关注。
[0004]然而，由于全固态锂二次电池使用体积较大的固态电解质，因此有许多尝试来提高电池的能量密度。为此，使用能够与锂如锂金属等形成合金的金属层作为负极活性材料层。然而，如果使用金属层，则由于在金属层上析出的锂被离子化和溶解的情况下在固体电解质和金属层之间产生孔隙，因此它不利地影响电池工作。此外，由于在全固态锂二次电池放电过程中锂金属在金属层的表面上以枝晶形式析出，因此全固态锂二次电池的寿命和安全性降低。
[0005]为了解决这样的问题，传统上也使用通过在正极或负极上设置用于防止产生孔隙的端板来施加高外压的方法。然而，由于当使用施加外压的端板时全固态锂二次电池的体积过度增加，所以存在全固态锂二次电池的能量密度降低的问题。
[0006]因此，需要一种能够改善全固态锂二次电池的寿命和安全性的新方法。

技术实现思路

[0007]技术问题
[0008]本专利技术的一个方面提供了一种全固态锂二次电池，其中，通过在充电期间还原锂离子可以有效地储存锂金属，可以提高首次充电/放电效率，并且可以改善寿命特性。
[0009]本专利技术的另一方面提供通过了减少银纳米颗粒的用量而具有价格竞争力的全固态锂二次电池。
[0010]本专利技术的另一方面提供了一种制备上述全固态锂二次电池的方法。
[0011]技术方案
[0012]根据本专利技术的一个方面，提供了一种全固态锂二次电池，其包含正极活性材料层、负极活性材料层和设置在所述正极活性材料层与所述负极活性材料层之间的固体电解质层，其中，所述负极活性材料层包含碳结构体和银纳米颗粒，所述碳结构体包含至少一个中空型颗粒，并且所述中空型颗粒包含中空部和围绕所述中空部的碳质壳。
[0013]根据本专利技术的另一个方面，提供了一种制备全固态锂二次电池的方法，其包括：通过还原银离子和碳结构体的混合物中的银离子形成包含所述碳结构体和设置在所述碳结
构体上的银纳米颗粒的干混粉末的第一步；以及由包含所述干混粉末的负极混合物在负极集电体上形成负极活性材料层的第二步。
[0014]有利效果
[0015]对于本专利技术的全固态锂二次电池，由于负极活性材料层含有本说明书中记载的碳结构体以及银纳米颗粒，因此在充电期间锂离子被负极活性材料层还原并析出，于是锂离子可以有效地储存在负极中。此外，由于在放电期间储存的锂可以以锂离子形式溶解，所以锂离子可以移动到正极。所述碳结构体可以通过提高锂离子的迁移率来改善电池的首次充电/放电效率和寿命特性。此外，在使用所述碳结构体时，由于即使使用少量的银纳米颗粒，上述锂离子也可以有效地移动，因此可以提高制备的全固态锂二次电池的价格竞争力。
附图说明
[0016]图1是说明本专利技术的实施方式的全固态锂二次电池的示意图。
[0017]图2是说明本专利技术的实施方式的全固态锂二次电池的示意图。
[0018]图3是说明本专利技术中提到的碳结构体包含的中空颗粒的截面示意图。
[0019]图4是说明本专利技术中提到的碳结构体的截面示意图。
[0020]图5和6是本专利技术的实施例1中使用的碳结构体的透射电子显微镜(TEM)图像。
[0021]图7和8是本专利技术的实施例6中使用的碳结构体的TEM图像。
[0022]图9是本专利技术的实施例1中使用的碳结构体和所述碳结构体上设置的银纳米颗粒的TEM图像。
具体实施方式
[0023]将理解的是，说明书和权利要求书中使用的词语或术语不应解释为常用词典中定义的含义，并且还将理解，基于专利技术人可以适当地定义词语或术语的含义以最好地解释本专利技术的原则，词语或术语应被解释为具有与其在相关技术和本专利技术的技术思想的语境中的含义一致的含义。
[0024]本文所使用的术语仅出于描述具体示例性实施方式的目的，而并非意图限制本专利技术。在说明书中，除非有相反提及，否则单数形式的术语可包括复数形式。
[0025]将进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包含”、“包括”或“具有”指定所陈述的特征、数字、步骤、要素或其组合的存在，但不排除存在或加入一个或多个其他特征、数字、步骤、要素或其组合。
[0026]在本说明书中，表述“比表面积”通过Brunauer
‑
Emmett
‑
Teller(BET)法测量，其中，具体而言，比表面积可以使用Bell Japan Inc.的BELSORP
‑
mini II由液氮温度(77K)下的氮气吸附量算出。
[0027]本说明书的I
D
/I
G
(比率)可以在拉曼光谱测量期间从波长
‑
峰值图测量。具体而言，在通过设置基线来拟合图形从而可以区分D峰和G峰后，可以通过将D峰强度除以G峰强度来确定I
D
/I
G
(使用内置软件，NRS
‑
2000B，Jasco)。在拉曼光谱中，在1590cm
‑1附近的G峰是由于碳的sp2键的E
2g
振动模式所致，在1350cm
‑1附近的D峰在碳的sp2键中存在缺陷时出现。
[0028]本说明书中的银纳米颗粒的平均粒径对应于当用透射电子显微镜(TEM)以
×
1,000,000放大倍率观察制备的包含银纳米颗粒的碳结构体或负极活性材料层的碳结构体时
具有较大粒径的前50个银纳米颗粒的粒径和后50个银纳米颗粒的粒径的平均值。
[0029]本说明书中的壳的厚度可以通过JEOL Ltd.的JEM
‑
2100仪器来确定。
[0030]本说明书中的中空型颗粒的平均粒径对应于当用TEM以
×
250,000放大倍率观察负极活性材料层时按最大粒径排序的前50个中空型颗粒的粒径和后50个中空型颗粒的粒径的平均值。
[0031]在下文中，将详细说明本专利技术。
[0032]全固态锂二次电池
[0033]本专利技术的实施方式的全固态锂二次电池包含正极活性材料层、负极活性材料层和设置在所述正极活性材料层与所述负极活性材料层之间的固体电解质层，其中，所述负极活性材料层包含碳结构体和银纳米颗粒，所述碳结构体包含至少一个中空型颗粒，并且所述中空型颗粒可以包含中空部和围绕所述中空部本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种全固态锂二次电池，其包含：正极活性材料层、负极活性材料层和设置在所述正极活性材料层与所述负极活性材料层之间的固体电解质层，其中，所述负极活性材料层包含碳结构体和银纳米颗粒，所述碳结构体包含至少一个中空型颗粒，并且所述中空型颗粒包含中空部和围绕所述中空部的碳质壳。2.如权利要求1所述的全固态锂二次电池，其中，所述银纳米颗粒设置在所述碳结构体的表面上。3.如权利要求1所述的全固态锂二次电池，其中，所述壳的厚度为1nm至15nm。4.如权利要求1所述的全固态锂二次电池，其中，所述碳结构体的比表面积为10m2/g至300m2/g。5.如权利要求1所述的全固态锂二次电池，其中，所述中空型颗粒的平均粒径为5nm至100nm。6.如权利要求1所述的全固态锂二次电池，其中，在所述碳结构体的拉曼光谱测量中，所述碳结构体的I
D
/I
G
为0.1至1.5。7.如权利要求1所述的全固态锂二次电池，其中，所述碳结构体具有多个中空型颗粒相互结合的二次颗粒形状。8.如权利要求1所述的全固态锂二次电池，其中，所述碳结构体在所述负极活性材料层中的含...

【专利技术属性】
技术研发人员：金泰坤，李东灿，李廷范，S，
申请(专利权)人：株式会社LG新能源，
类型：发明
国别省市：