[發(fā)明專利]制備固態(tài)電解質薄膜的方法、制備全固態(tài)電池的方法以及全固態(tài)電池

有效

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• 申請日: 2012-10-30
• 公開（公告）號: CN107834103B
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發(fā)明（設計）人: 法比安·加邦;弗雷德里克·布耶;布魯諾·維耶曼
• 申請（專利權）人: I-TEN公司
• 主分類號: H01M10/0525
• 分類號: H01M10/0525;H01M10/0562;H01M10/058
• 代理公司: 北京天昊聯(lián)合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 丁業(yè)平;高釗

本發(fā)明提供了用于制備全固態(tài)鋰離子電池用固態(tài)電解質薄膜的方法，其包括以下步驟：a)提供可導電基底膜，該基底膜可涂覆有陽極膜或陰極膜，b)在所述基底和/或所述預先形成的陽極膜或陰極膜上，通過電泳由電解質材料顆粒的懸浮液沉積形成電解質薄膜，c)干燥由此獲得的膜，d)通過機械壓縮和/或熱處理對前述步驟中獲得的膜進行固結。所述的方法能夠制備用于全固態(tài)鋰離子電池的電解質薄膜，該薄膜沒有缺陷或孔，并且該薄膜能夠覆蓋三維表面以及避免內部短路或自放電的風險。本發(fā)明還提供了利用上述方法制備全固態(tài)電池的方法以及所制得的全固態(tài)電池。

技術領域

本發(fā)明涉及電池領域，具體而言涉及鋰離子電池領域。最具體而言，其涉及全固態(tài)鋰離子電池，特別是涉及用于這種電池的固態(tài)電解質薄膜的新的制造方法。

背景技術

用于向獨立的電子設備(例如電話和膝上型輕便電腦、便攜式工具、獨立的傳感器)供電或用于牽引電動汽車的理想的電池應當具有長的壽命，能夠儲存大量的能量和電量，并且不存在任何過熱或爆炸的風險。

目前，這些電子設備主要是由鋰離子電池(本文稱為Li-ion電池)供電，在所提出的多種儲存技術中，這種電池具有最好的能量密度。但是，可以采用不同的工藝制備鋰離子電池，以及制備具有不同化學組成的電極的鋰離子電池

很多論文和專利中都記載了制備鋰離子電池的方法，“Advances in Lithium-IonBatteries”(W.Van Schalkwijk和B.Scrosati著，Kluever Academic/Plenum Publishers出版)一書中給出了這些方法的詳細目錄。

可以采用涂覆技術(例如采用諸如輥式涂布、刮涂、流延成型等技術)來制備鋰離子電池的電極。這些技術可以用于制備介于50至400μm厚的沉積物。所述電池的電量和能量可以通過改變沉積物的厚度、孔隙率和活性顆粒的尺寸加以調整。沉積在電極上的油墨(或糊狀物)包含活性物質的顆粒，還包含粘合劑(有機的)、碳粉(使得顆粒之間發(fā)生電接觸)和溶劑(在電極干燥步驟中蒸發(fā)掉)。

對所述電池進行壓延成型步驟以提高顆粒之間電接觸的質量并且使所述沉積物變得致密。經過該壓縮步驟，電極中活性顆粒通常占約60體積％，這意味著在顆粒之間通常存在40％的空隙，其中填充有電解質。該電解質在顆粒間傳遞鋰離子(在電極厚度范圍內分散鋰)。液體(其中溶解有鋰鹽的疏質子性溶劑)或浸漬有鋰鹽的聚合物的形式可能是相當不利的。油墨制劑中所用的粘合劑也有助于鋰離子的傳遞。

這些電池還包括位于陰極和陽極之間的隔離物。其為約20μm厚的多孔聚合物膜。在最后組裝電池的過程中，當將陰極和陽極與介于它們之間的隔離物堆疊或卷繞在一起時，加入電解質。所述電解質遷移至隔離物和電極所含的孔中，從而在兩個電極之間提供離子導電。

電池的電量和能量會隨著沉積物的厚度、以及油墨中所含的活性顆粒的尺寸和密度的變化而變化。采用這些工藝，能量密度的增加必然會損害功率密度。高能電池需要具有小直徑顆粒的薄電極，而增加能量密度需要增加其厚度。

此外，當嘗試制備高能電池時，應當提高隔離膜的孔隙度從而降低鋰離子在兩個電極之間傳遞的阻力。但是，由于金屬鋰會沉積在這些孔中，因此，這種孔隙度的增加往往會加大電池內部短路的風險。相似地，如果電極顆粒過小，其會從電極上脫離并遷移到這些孔中。

在高電勢和/或高溫和過度潮濕的情況下，基于有機溶劑和鋰鹽的電解質往往會更快地氧化。當電池被暴露在溫和的外部環(huán)境中，這種劣化(老化)可能是緩慢的和連續(xù)的，但是其可能在過熱或過載的情況下變快和突然發(fā)生。隨后，這種電解質的蒸發(fā)和氧化可能會誘發(fā)劇烈的反應，從而導致電池爆炸。