[發明專利]用于制造具有固體電解質濃度梯度的全固體電極的方法

有效

• 申請號: 201410837992.3
• 申請日: 2014-12-29
• 公開（公告）號: CN105280884B
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發明（設計）人: 金東熺;金兌映;柳京漢
• 申請（專利權）人: 現代自動車株式會社
• 主分類號: H01M4/139
• 分類號: H01M4/139
• 代理公司: 北京尚誠知識產權代理有限公司 11322
• 代理人: 龍淳

提供一種具有固體電解質濃度梯度的全固體電極結構，并且通過改進的離子擴散提供提高輸出特性和獲得高容量電池的方法，該方法通過將具有連續濃度梯度的陽極或陰極設置為隨著靠近固體電解質界面而具有較大固體電解質比，以及隨著靠近集電體界面而具有較大活性材料比實現。通過使用氣溶膠沉積方法的單個過程，陽極活性材料層和陰極活性材料層的活性材料/固體電解質比具有濃度梯度。

技術領域

本發明涉及具有固體電解質濃度梯度的全固體電極結構，并且涉及因改進的離子擴散而提高全固體電極的輸出性能以及獲得高容量電池的方法，其通過將具有連續濃度梯度的陽極或陰極設置為較靠近固體電解質界面而具有較大的固體電解質比且較靠近集電體界面而具有較大的活性材料比，使得通過使用氣溶膠沉積方法經單個工藝，陽極活性材料層和陰極活性材料層上的活性材料和固體電解質之比具有濃度梯度。

背景技術

目前市售的鋰電池使用包括可燃有機溶劑的電解質，因此，可能需要安裝在短路時抑制溫度升高的安全裝置、改進用于防止短路的結構以及改進用于結構改進的材料。因此，已考慮在電池結構中不使用可燃有機溶劑的全固體電池，以提供簡化的安全裝置和改進的生產率。

全固體鋰電池的電極通常使用固體電解質材料的混合物以增加鋰離子的導電性。例如，在相關技術中，通過將陽極、固體電解質層(SE)以及陰極按序層疊在板狀陽極集電體的兩側上來提供固體電解質鋰二次電池，其中在陽極中陽極復合片層包含陽極活性材料粉末和固體電解質粉末。因此，在電池內可提供在陽極與陰極之間具有高粘合性的固體電解質，并且可減少伴隨充電和放電而發生的陽極和陰極的膨脹和收縮所導致的電池彎曲或開裂。

許多固體鋰電池可以是需要很高容量和高輸出的下一代電池中的一種。在一個實例中，可加厚電極活性材料層以獲得較高的容量。然而，輸出特性可能因加厚致使阻力增加而劣化。

同時，在相關技術中，已開發出通過組成分布而減小鋰離子的擴散阻力來提高輸出特性的固體電池，其中活性材料體積比基于厚度方向隨著靠近固體電解質界面而增加。例如，如圖1所示，一種電極，其中陽極活性材料層被分為兩個區段并且陽極活性材料層2具有比陽極活性材料層1更高的固體電解質比。在該實例中，制備具有不同材料比的電極的方法可經歷若干步驟以增加電極密度，諸如可以在涂覆具有不同材料比的各層后執行的軋制工藝，然后可重復該軋制工藝。具體地，當形成兩個層時，這些層可被限制為具有高陽極材料比的層和具有高固體電解質材料比的層。另外，可對這些層施加連續的濃度變化，但是至今尚未提出具體的實例或制備方法建議。

上述在該背景技術部分公開的信息僅用于增強對本發明背景的理解，因此其可能含有不構成在該國本領域普通技術人員已經知曉的現有技術的信息。

發明內容

本發明提供相關技術中上述技術困難的技術方案。因此，本發明提供一種制造電極的方法，該電極具有改進全固體電池的輸出特性的結構。特別地，該方法可包括氣溶膠沉積方法。

在一方面，本發明提供制造全固體電池的電極的方法。全固體電池可通過層疊陰極集電體、陰極活性材料層、固體電解質層、陽極活性材料層以及陽極集電體而形成。陰極活性材料層可包括陰極活性材料、固體電解質和導體；并且陽極活性材料層可包括陽極活性材料和固體電解質。特別地，在陰極活性材料層中，較靠近陰極集電體的陰極活性材料的濃度可以大于較靠近固體電解質層的陰極活性材料的濃度。此外，在陽極活性材料層中，較靠近陽極集電體的陽極活性材料的濃度可以大于較靠近固體電解質層的陽極活性材料的濃度。因此，各個陽極或陰極活性材料的濃度水平可以處于連續的梯度。

在某些示例性實施方式中，活性材料可通過注射而被引入，而濃度水平通過調節一個或多個具有不同濃度的活性材料的氣溶膠罐中的流量來控制。另外，可以下列等式表示的活性材料體積比(Vra)在固體電解質界面中可以在約0.1至約0.5的范圍內，并且在集電體界面中可以在約0.5至約0.9的范圍內。

附圖說明