[發明專利]制備全固態電池的方法以及固態電池

在審

• 申請號: 201810797645.0
• 申請日: 2018-07-19
• 公開（公告）號: CN108987819A
• 公開（公告）日: 2018-12-11
• 發明（設計）人: 孫建平;葉張軍;張玉花;張文魁;周曉政
• 申請（專利權）人: 浙江谷神能源科技股份有限公司
• 主分類號: H01M10/0585
• 分類號: H01M10/0585;H01M4/62;H01M10/0525;H01M10/0565
• 代理公司: 杭州千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 趙芳

本發明公開了制備全固態電池的方法以及固態電池，該制備方法包括如下步驟：制備正極電極；制備負極電極；制備固態電解質；組裝，按照正極電極、固態電解質、負極電極的順序疊片組裝后，用電池殼體密封得到固態鋰離子電池。本發明設計合理，電池的工作性能高，用固態電池替代傳統鋰離子電池，克服電解質易燃、易爆等安全性問題，提高安全性。

技術領域

本發明屬于固態電池技術領域，具體涉及制備全固態電池的方法以及固態電池。

背景技術

全固態鋰電池是相對液態鋰電池而言，是指結構中不含液體，所有材料都以固態形式存在的儲能器件。具體來說，它由正極材料+負極材料和電解質組成，而液態鋰電池則由正極材料+負極材料+電解液和隔膜組成。

在固態離子學中，固態電池是一種使用固體電極和固體電解液的電池。固態電池一般功率密度較低，能量密度較高，功率重量比較高，因此是電動汽車很理想的電池。

傳統的液態鋰電池又被科學家們形象地稱為“搖椅式電池”，搖椅的兩端為電池的正負兩極，中間為電解質(液態)。而鋰離子就像優秀的運動員，在搖椅的兩端來回奔跑，在鋰離子從正極到負極再到正極的運動過程中，電池的充放電過程便完成了。

固態電池的原理與之相同，只不過其電解質為固態，具有的密度以及結構可以讓更多帶電離子聚集在一端，傳導更大的電流，進而提升電池容量。因此，同樣的電量，固態電池體積將變得更小。不僅如此，固態電池中由于沒有電解液，封存將會變得更加容易，在汽車等大型設備上使用時，也不需要再額外增加冷卻管、電子控件等，不僅節約了成本，還能有效減輕重量。

相比于傳統的鋰離子電池，固態鋰電池具有顯著優點：

(1)高安全性能：傳統鋰離子電池采用有機液體電解液，在過度充電、內部短路等異常的情況下，電池容易發熱，造成電解液氣脹、自燃甚至爆炸，存在嚴重的安全隱患。而很多無機固態電解質材料不可燃、無腐蝕、不揮發、不存在漏液問題，聚合物固體電解質相比于含有可燃溶劑的液態電解液，電池安全性也大幅提高。

(2)高能量密度：固態鋰電池負極可采用金屬鋰，電池能量密度有望達到300～400Wh/kg甚至更高；其電化學穩定窗口可達5V以上，可匹配高電壓電極材料，進一步提升質量能量密度；沒有液態電解質和隔膜，減輕電池重量，壓縮電池內部空間，提高體積能量密度；安全性提高，電池外殼及冷卻系統模塊得到簡化，提高系統能量密度。

(3)循環壽命長：有望避免液態電解質在充放電過程中持續形成和生長SEI膜的問題和鋰枝晶刺穿隔膜問題，大大提升金屬鋰電池的循環性和使用壽命。

(4)工作溫度范圍寬：固態鋰電池針刺和高溫穩定性極好，如全部采用無機固體電解質，最高操作溫度有望達到300℃，從而避免正負極材料在高溫下與電解液反應可能導致的熱失控。

(5)生產效率提高：無需封裝液體，支持串行疊加排列和雙極機構，可減少電池組中無效空間，提高生產效率。

(6)具備柔性優勢：全固態鋰電池可以制備成薄膜電池和柔性電池，相對于柔性液態電解質鋰電池，封裝更為容易、安全，未來可應用于智能穿戴和可植入式醫療設備等。

電解質材料的性能很大程度上決定了電池的功率密度、循環穩定性、安全性能、高低溫性能及使用壽命。常見的固態電解質可分為聚合物類電解質和無機物電解質兩大類。

聚合物固態電解質

由于聚氧乙烯(PEO)相比于其它聚合物基體具有更強的解離鋰鹽的能力，且對鋰穩定，因此目前研究熱點以PEO及其衍生物為主。