[發(fā)明專利]鋰固體電池組和制造鋰固體電池組的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201880069565.1
• 申請(qǐng)日: 2018-10-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111226327A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-06-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: I.柯克卡姆;L.孔茨;T.胡普費(fèi)爾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號(hào): H01M2/14
• 分類號(hào): H01M2/14;H01M2/16;H01M4/38
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 章敏;邵長(zhǎng)準(zhǔn)

提出了鋰固體電池組(1)，其包括鋰陽(yáng)極(10)，陰極(20)，用于將鋰陽(yáng)極(10)與陰極(20)電隔離的第一隔膜層(30)，其中第一隔膜層(30)包含硫化物型固體電解質(zhì)，和用于將鋰陽(yáng)極(10)與陰極(20)電隔離的第二隔膜層(40)，其中第二隔膜層(40)布置在第一隔膜層(30)和鋰陽(yáng)極(10)之間，并且第二隔膜層(40)包含硫化物型固體電解質(zhì)，其中第一隔膜層(30)布置在陰極(20)和第二隔膜層(40)之間并且具有比第二隔膜層(40)更大的層厚度，特別是第一隔膜層(30)具有第二隔膜層(40)的至少兩倍大的層厚度，優(yōu)選第一隔膜層(30)具有第二隔膜層(40)的至少十倍大的層厚度，其中第二隔膜層(40)的孔隙率為約0％至約4％，優(yōu)選約0％至約3％，特別優(yōu)選約0％至約1％。

發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰固體電池組和制造鋰固體電池組的方法。

現(xiàn)有技術(shù)

當(dāng)例如將純鋰金屬用作陽(yáng)極材料時(shí)，鋰固體電池組(其是二次電池組)具有高能量密度( 400 Wh/Kg)。這類硫化物型或基于硫的固體電解質(zhì)提供高離子電導(dǎo)率，但枝晶可穿過(guò)隔膜生長(zhǎng)，特別是在高電荷密度下。穿過(guò)隔膜生長(zhǎng)的枝晶可導(dǎo)致電池組的陽(yáng)極和陰極之間短路。 因此，鋰固體電池組的電荷密度受到限制。

US 2016/285064、US 2016/344035和US 2013/017432描述了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電池組。

減少或防止枝晶穿過(guò)隔膜生長(zhǎng)的隔膜是已知的，但是足夠?qū)雍穸鹊倪@些隔膜僅可非常復(fù)雜且昂貴地制造，因此固體鋰電池組非常昂貴。

發(fā)明公開(kāi)

發(fā)明優(yōu)點(diǎn)

本發(fā)明的實(shí)施方案可以有利地實(shí)現(xiàn)鋰固體電池組，或使得能夠制造鋰固體電池組，其可以通過(guò)特別高的電荷密度充電而不使枝晶穿過(guò)隔膜生長(zhǎng)。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提出了鋰固體電池組，其包括鋰陽(yáng)極，陰極，用于將鋰陽(yáng)極與陰極電隔離的第一隔膜層，其中第一隔膜層包含硫化物型固體電解質(zhì)，和用于將鋰陽(yáng)極與陰極電隔離的第二隔膜層，其中第二隔膜層布置在第一隔膜層和鋰陽(yáng)極之間，并且第二隔膜層包含硫化物型固體電解質(zhì)，其中第一隔膜層布置在陰極和第二隔膜層之間并且具有比第二隔膜層更大的層厚度，特別是第一隔膜層具有第二隔膜層的至少兩倍大的層厚度，優(yōu)選第一隔膜層具有第二隔膜層的至少十倍大的層厚度，其中第二隔膜層的孔隙率為約0％至約4％，優(yōu)選約0％至約3％，特別優(yōu)選約0％至約1％。

其優(yōu)點(diǎn)是，所述鋰固體電池組通常可以通過(guò)特別高的電荷密度( 3C = 60/3，即該鋰固體電池組可以在20分鐘內(nèi)完全充電)來(lái)充電，而沒(méi)有枝晶穿過(guò)隔膜層生長(zhǎng)。通過(guò)第二隔膜層的低孔隙率，通常可靠地防止枝晶生長(zhǎng)。另外，該鋰固體電池組通常可特別成本有利且在技術(shù)上容易地制造，因?yàn)楦裟拥目偤穸扔蓛蓚€(gè)層厚度，即第一隔膜層和第二隔膜層的層厚度組成。特別地，鋰固體電池組通常成本有利且在技術(shù)上容易地形成，因?yàn)榈诙裟有纬蔀楸鹊谝桓裟痈　Ｒ虼耍词巩?dāng)?shù)诙裟酉鄬?duì)昂貴或在技術(shù)上復(fù)雜時(shí)，該鋰固體電池組通常也是成本有利的。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提出了制造鋰固體電池組的方法，其中該方法包括下列步驟：提供鋰陽(yáng)極；提供陰極；布置用于將鋰陽(yáng)極與陰極電隔離的第一隔膜層，以使得第一隔膜層在完成制造的鋰固體電池組中布置在鋰陽(yáng)極和陰極之間，其中第一隔膜層包含硫化物型固體電解質(zhì)；和布置用于將鋰陽(yáng)極與陰極電隔離的第二隔膜層，以使得第二隔膜層在完成制造的鋰固體電池組中布置在第一隔膜層和鋰陽(yáng)極之間，其中第二隔膜層包含硫化物型固體電解質(zhì)，其中第一隔膜層具有比第二隔膜層更大的層厚度，特別是第一隔膜層具有第二隔膜層的至少兩倍大的層厚度，優(yōu)選第一隔膜層具有第二隔膜層的至少十倍大的層厚度，其中第二隔膜層的孔隙率為約0％至約4％，優(yōu)選約0％至約3％，特別優(yōu)選約0％至約1％。