[發明專利]能量密度提高的全固體電池及其制造方法

有效

• 申請號: 201711258485.4
• 申請日: 2017-11-30
• 公開（公告）號: CN108258296B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 權五珉;尹龍燮;閔泓錫;吳必建;鄭允晳;南榮鎮;鄭成厚;吳大洋
• 申請（專利權）人: 現代自動車株式會社;起亞自動車株式會社;蔚山科學技術院
• 主分類號: H01M10/052
• 分類號: H01M10/052;H01M10/058;H01M4/62
• 代理公司: 北京尚誠知識產權代理有限公司 11322
• 代理人: 龍淳

公開了一種全固體電池，其包括：正極層，其包括正極活性材料、固體電解質和涂有絕緣體涂層的導電材料；電解質層；和負極層，并公開了該全固體電池的制造方法。具體地，該方法包括，通過原子層沉積(ALD)將導電材料用絕緣體涂布，形成被絕緣體涂層包圍的導電材料；制造正極層，其包括涂有絕緣體層涂層的導電材料、正極活性材料和固體電解質；和將上述制造的正極層、電解質層和負極層堆疊并壓制。全固體電池可以抑制導電材料和固體電解質之間的副反應，從而基于初始充電/放電效率的提高有利地使能量密度最大化，并提高壽命和功率。

發明領域

本發明涉及能量密度提高的全固體電池及其制造方法。全固體電池可以基于初始充電/放電效率的提高使能量密度最大化，并表現出壽命和功率的提高。

背景技術

全固體電池可以是使用固體電解質的鋰二次電池，它是預期滿足穩定性和能量密度二者的有潛力的下一代二次電池。這樣的全固體電池具有以下結構：其中在其兩個表面上形成包括固體電解質的電解質層和包括固體電解質的正/負極復合物，每個電極上均結合有集流器。

與常規作為電池系統市售的鋰離子電池相比較，全固體電池在單電池的能量密度方面可能不具有特別的優勢。但是，全固體電池可以發揮很高的能量密度，因為通過采用常規不適用于鋰離子電子系統的高電壓高電容電極，固體具有穩定性。使用工作電壓大約為5V的高電壓正極活性材料LNMO尖晶石(5V級)可能是一種有效的方法。

同時，已經開發出抑制常規硫化物全固體電池系統中正極活性材料和固體電解質之間的電化學副反應問題(例如，Li耗盡導致的界面電阻增加)的技術。

同時，由于正極層中使用的導電材料的導電性，常規的硫化物全固體電池系統具有其他的副反應問題，例如固體電解質分解和性能劣化。但是，在相關領域中，尚沒有開發出抑制導電材料的導電性導致的固體電解質分解和性能劣化的技術。

因此，對于能夠在應用于高壓正極時抑制導電材料和固體電解質之間的副反應例如性能劣化的全固體電池方面的研究存在有需求。

該背景技術部分公開的上述信息僅僅用于增強對本發明背景的理解，因此，其可以含有不構成在該國家中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

在優選的方面，本發明提供一種全固體電池，其可以抑制導電材料和固體電解質之間的副反應，基于初始充電/放電效率的提高使能量密度最大化，并提高壽命和功率，并提供其制造方法。

如本文所用，術語“全固體電池”是指包括固體或固體型組分特別是固體電極和固體電解質的電池。

一方面，本發明提供一種全固體電池，其包括正極層，該正極層包括正極活性材料、固體電解質和導電材料。具體地，導電材料可以涂有絕緣體涂層、電解質層和負極層。

絕緣體涂層可以適當地包括選自Al₂O₃、ZrO₂和TiO₂的一種。優選地，絕緣體涂層可以包括Al₂O₃。

絕緣體涂層的厚度可以適當地為大約0.1-100nm，并且優選厚度為大約0.2-0.5nm。

相對于涂有絕緣體涂層的導電材料的總重量，絕緣體涂層可以以0.001-30wt％的量存在。此外，相對于涂有絕緣體涂層的導電材料的總重量，絕緣體涂層可以以0.01-30wt％、0.01-10wt％或優選0.1-10wt％的量存在。

固體電解質可以是Li₆PS₅Cl。

另一方面，本發明提供一種全固體電池制造方法。該方法可以包括：通過原子層沉積(ALD)將導電材料用絕緣體涂層涂覆；制造正極層，該正極層包括涂有絕緣體涂層的導電材料、正極活性材料和固體電解質；和將所述正極層、電解質層和負極層堆疊并壓制。