全固体二次电池和制备全固体二次电池的方法技术

本发明专利技术涉及全固体二次电池和制备全固体二次电池的方法。全固体二次电池包括：包括正极活性材料的正极层；包括负极集流体和第一负极活性材料层的负极层；以及在所述正极层和所述负极层之间的固体电解质层，所述固体电解质包括固体电解质，其中所述第一负极活性材料层与所述固体电解质层相邻，所述第一负极活性材料层包括多组分金属复合物包括M1、M2、M3和X，所述多组分金属复合物中的M2M3X对M1M2M3X的原子比在约0.5

【技术实现步骤摘要】
全固体二次电池和制备全固体二次电池的方法
[0001]对相关申请的交叉引用
[0002]本申请基于2022年5月31日在美国专利商标局提交的美国临时申请No.63/347,148和2022年7月8日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10
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2022
‑
0084617并且要求其优先权、以及由其产生的所有权益，将其两者的内容全部通过引用引入本文中。


[0003]公开内容涉及全固体二次电池和制备所述全固体二次电池的方法。

技术介绍

[0004]近来，由于工业需求，具有高的能量密度和优异的安全性的电池已经被积极地开发。例如，锂离子电池已经不仅在信息相关设备和通信设备领域中、而且在汽车领域中被投入实际使用。在汽车领域中，安全性是尤其重要的，因为其涉及生命。
[0005]目前市场上可得到的锂离子电池使用含有可燃有机溶剂的电解质溶液，且因此，当短路发生时，存在过热和发生着火的可能性。因此，已经提出固体电解质代替电解质溶液的全固体二次电池。
[0006]由于全固体二次电池不使用可燃有机溶剂，因此即使短路发生，引起着火或爆炸的可能性也可大大减小。因此，与使用电解质溶液的锂离子电池相比，这样的全固体二次电池可大大改善安全性。
[0007]在相关领域的全固体二次电池中，由于电解质是固体，因此锂局部地沉淀在固体电解质层和负极层之间的界面处，并且锂生长，且结果穿透固体电解质层，导致电池的短路。另外，由于固体电解质层和负极层简单地堆叠，因此在固体电解质层和负极层之间的有效界面面积变得小于实际接触面积。因此，由于在固体电解质层和负极层之间的界面处的界面电阻的增加，电池的内阻增加，且结果，电池的循环特性可恶化。

技术实现思路

[0008]提供具有改善的循环特性的全固体二次电池，其中在充电和放电期间防止短路。
[0009]提供制备所述全固体二次电池的方法。
[0010]另外的方面将部分地在随后的描述中阐明，且部分地将由所述描述明晰，或者可通过公开内容的所呈现的实施方式的实践获悉。
[0011]根据公开内容的一个方面，全固体二次电池可包括：包括正极活性材料的正极层、包括负极集流体和第一负极活性材料层的负极层、以及在所述正极层和所述负极层之间的固体电解质层，并且所述固体电解质层包括固体电解质，其中所述第一负极活性材料层与所述固体电解质层相邻，所述第一负极活性材料层包括多组分(成分)金属复合物，所述多组分金属复合物包括M1、M2、M3和X，所述多组分金属复合物中的M2M3X对M1M2M3X的原子比在约0.5
‑
约0.85的范围内，M2M3X对M1离子的原子比在约1
‑
约5.51的范围内，M1为第1族元素、第2族元素、或其组合，M2为Sc、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Al、Ge、Y、Zr、Hf、Nb、Tc、
Rh、Cd、In、B、Si、P、F、Cl、Br、I、S、As、Re、Hg、Tl、Pb、或其组合，以及任选地C、N、或其组合，M3为Ti、Nb、Sb、Bi、Ta、Mo、Ru、Pd、Ag、Sn、Se、Te、W、Os、Ir、Pt、Au、或其组合，且X为O、N、P、或其组合。
[0012]根据公开内容的另一方面，提供制备全固体二次电池的方法，所述方法包括：提供固体电解质层，在所述固体电解质层的第一表面上设置预第一负极活性材料层，将所述预第一负极活性材料层在小于600℃的温度下热处理以制备第一负极活性材料层，在所述第一负极活性材料层上设置负极集流体，和在所述固体电解质层的第二表面上设置正极活性材料层。
附图说明
[0013]由结合附图考虑的以下描述，公开内容的一些实施方式的以上和其它方面、特征和优势将更明晰，其中：
[0014]图1A为用于全固体二次电池的负极结构体的一种实施方式的横截面图；
[0015]图1B为用于全固体二次电池的负极结构体的另一实施方式的横截面图；
[0016]图2为全固体二次电池的实施方式的横截面图；
[0017]图3为显示奈奎斯特(Nyquist)图的虚部阻抗(Z”，欧姆
·
平方厘米，Ω
·
cm2)对实部阻抗(Z'，Ω
·
cm2)的图，所述奈奎斯特图显示在实施例1和2以及对比例1中制备的全固体二次电池的阻抗测量的结果；
[0018]图4为电位(E，伏，相对于Li
+
/Li)对面积容量(mAh/cm2)的图并且显示对比例1A的全固体二次电池在室温下的充电和放电特性；
[0019]图5为面积容量(mAh/cm2)对循环数的图并且显示实施例1和2的全固体二次电池在室温下的充电和放电特性；和
[0020]图6为面积容量(mAh/cm2)对循环数的图并且显示实施例3和4以及对比例2的全固体二次电池在室温下的充电和放电特性。
具体实施方式
[0021]现在将对实施方式详细地进行介绍，其实例说明于附图中，其中在整个说明书中相同的附图标记指的是相同的元件。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多个方面。提供这些实施方式，使得本公开内容将是彻底和完整的，并且将向本领域技术人员充分地传达本专利技术的范围。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。
[0022]将理解，当一个元件被称作“在”另外的元件“上”时，其可直接在所述另外的元件上或者其间可存在中间元件。相反，当一个元件被称作“直接在”另外的元件“上”时，不存在中间元件。
[0023]将理解，尽管术语“第一”、“第二”、“第三”等可在本文中用于描述各种元件、组分、区域、层和/或部分，但这些元件、组分、区域、层和/或部分不应被这些术语限制。这些术语仅用于使一个元件、组分、区域、层或部分区别于另外的元件、组分、区域、层或部分。因此，
在不背离本文中的教导的情况下，下面讨论的“第一元件”、“组分”、“区域”、“层”或“部分”可称为第二元件、组分、区域、层或部分。
[0024]本文中使用的术语仅用于描述具体实施方式的目的且不意图为限制性的。如本文中使用的，“一个(种)(不定冠词)(a，an)”、“所述(该)”和“至少一个(种)”不表示量的限制，且意图包括单数和复数两者，除非上下文清楚地另外指明。例如，“元件”具有与“至少一个元件”相同的含义，除非上下文清楚地另外指明。“至少一个(种)”将不被解释为限制“一个(种)”。“或”意味着“和/或”。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。将进一步理解，术语“包含”或“包括”当用在本说明书中时，表明存在所陈述的特征、区域、整体、步骤、操作、元件和/或组分，但是不排除存在或添加一种或多种另外本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.全固体二次电池，包括：包括正极活性材料的正极层；包括负极集流体和第一负极活性材料层的负极层；以及在所述正极层和所述负极层之间的固体电解质层，所述固体电解质层包括固体电解质，其中所述第一负极活性材料层与所述固体电解质层相邻，所述第一负极活性材料层包括多组分金属复合物，所述多组分金属复合物包括M1、M2、M3和X，所述多组分金属复合物中的M2M3X对M1M2M3X的原子比在0.5
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0.85的范围内，M2M3X对M1离子的原子比在1
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5.51的范围内，M1为第1族元素、第2族元素、或其组合，M2为如下的元素：Sc、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Al、Ge、Y、Zr、Hf、Nb、Tc、Rh、Cd、In、B、Si、P、F、Cl、Br、I、S、As、Re、Hg、Tl、Pb、Bi、Au、Ag、Pd、Mo、Sn、Nb、Sr、Mo、Pd、或其组合，以及任选地C、N、或其组合，M3与M2不同地选择，且为Ti、Nb、Sb、Bi、Ta、Mo、Ru、Pd、Ag、Sn、Se、Te、W、Os、Ir、Pt、Au、或其组合，和X为O、N、P、或其组合。2.如权利要求1所述的全固体二次电池，其中所述多组分金属复合物为由式1表示的化合物：式1(M1)
a
(M2)
b
(M3)
c
(X)
d
其中，在式1中，M1为Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、或其组合，M2为如下的元素：Sc、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Al、Ge、Y、Zr、Hf、Nb、Tc、Rh、Cd、In、B、Si、P、F、Cl、Br、I、S、As、Re、Hg、Tl、Pb、或其组合，以及任选地C、N、或其组合，M3为Ti、Nb、Sb、Bi、Ta、Mo、Ru、Pd、Ag、Sn、Se、Te、W、Os、Ir、Pt、Au、或其组合，X为O、N、P、或其组合，和0.1≤a≤1，0<b≤3，0<c≤2，且0.5≤d≤2。3.如权利要求2所述的全固体二次电池，其中，在式1中，M1为Li，M2为Ge、Ga、Cu、或其组合，M3为Te、Nb、Sb、Bi、Ta、Se、或其组合，和X为O、N、P、或其组合。4.如权利要求1所述的全固体二次电池，其中所述第一负极活性材料层为不具有孔的致密层。5.如权利要求1所述的全固体二次电池，其中所述多组分金属复合物中的M1M2M3对X离子的原子比为1.2或更大。6.如权利要求2所述的全固体二次电池，其中式1的化合物包括：Li
a
Ge
b
Te
c
O
d
，其中0.1≤a≤1，0<b≤3，0<c≤2，且0.5≤d≤2；Li
a
Cu
b
Te
c
O
d
，其中0.1≤a≤1，0<b≤3，0<c≤2，且0.5≤d≤2；Li
a
Sb
b
Te
c
O
d
，其中0.1≤a≤1，0<b≤3，0<c≤2，且0.5≤d≤2；Li
a
Ge
b
Se
c
O
d
，其中0.1≤a
≤1，0<b≤3，0<c≤2，且0.5≤d≤2；Li
a
Ga
b
Te
c
O
d
，其中0.1≤a≤1，0<b≤3，0<c≤2，且0.5≤d≤2；Li
a
Zn
b
Te
c
O
d
，其中0.1≤a≤1，0<b≤3，0<c≤2，且0.5≤d≤2；Li
a
Bi
b
Te
c
O
d
，其中0.1≤a≤1，0<b≤3，0<c≤2，且0.5≤d≤2；Li
a
Bi
b
Te
c
O
d
，其中0.1≤a≤1，0<b≤3，0<c≤2，且0.5≤d≤2；Li
a
Au
b
Te
c
O
d
，其中0.1≤a≤1，0<b≤2，0<c≤1，且0.5≤d≤2；Li
a
As
b
Te
c
O
d
，其中0.1≤a≤1，0<b≤3，0<c≤2，且0.5≤d≤2；Li
a
Sn
b
Te
c
O
d
，其中0.1≤a≤1，0<b≤1，0<c≤1，且0.5≤d≤2；Li
a
Sr
b
Te
c
O
d
，其中0.1≤a≤1，0<b≤1，0<c≤1，且0.5≤d≤2；Li
a
Y
b
Te
c
O
d
，其中0.1≤a≤1，0<b≤3，0<c≤2，且0.5≤d≤2；Li
a
Zr
b
Te
c
O
d
，其中0.1≤a≤1，0<b≤5，0<c≤1，且0.5≤d≤2；Li
a
Nb
b
Te
c
O
d
，其中0.1≤a≤1，0<b≤2，0<c≤1，且0.5≤d≤2；Li
a
Mo
b
Te
c
O
d
，其中0.1≤a≤1，0<b≤2，0<c≤1，且0.5≤d≤2；Li
a
Ag
b
Te
c
O
d
，其中0.1≤a≤1，0<b≤3，0<c≤2，且0.5≤d≤2；Li
a
In
b
Te
c
O
d
，其中0.1≤a≤1，0<b≤3，0<c≤2，且0.5≤d≤2；Li
a
Pd
b
Te
c
O
d
，其中0.1≤a≤1，0<b≤2，0<c≤1，且0.5≤d≤2；或其组合。7.如权利要求2所述的全固体二次电池，其中式1的化合物包括式2的化合物或式3的化合物：式2Li
a
Ge
b
Te
c
O
d
其中，在式2中，0.1≤a≤1，0<b≤3，0<c≤2，且0.5≤d≤2，和式3Li
a
Cu
b
Te
c
O
d
其中，在式3中，0.1≤a≤1，0<b≤3，0<c≤2，且0.5≤d≤2。8.如权利要求2所述的全固体二次电池，其中式1的化合物为Li1Ge
0.79
Te
0.53
O
1.81
、Li1Ge
1.25
Te
1.39
O
1.39
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明镇，金柱植，金呤希，金世元，M，
申请(专利权)人：康宁公司，
类型：发明
国别省市：