[發明專利]具有高能量密度和穩定運行能力的全固態電池

在審

• 申請號: 202011303284.3
• 申請日: 2020-11-19
• 公開（公告）號: CN113782821A
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發明（設計）人: 權兌榮;林栽敏;石薰;李尚憲;金箱謨
• 申請（專利權）人: 現代自動車株式會社;起亞自動車株式會社
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562;H01M10/058;H01M10/0525;H01M4/66
• 代理公司: 北京尚誠知識產權代理有限公司 11322
• 代理人: 龍淳

本發明公開了一種無負極型全固態電池，該電池具有高能量密度并且能夠穩定運行。

技術領域

本發明涉及一種結構新穎的無負極型全固態電池，其具有高能量密度，并且能夠穩定運行。

背景技術

可再充電二次電池不僅用于諸如移動電話、膝上型計算機等的小型電子設備，而且還用于諸如混合動力車輛、電動車輛等的大型運輸車輛。因此，需要開發具有更高的穩定性和能量密度的二次電池。

常規的二次電池大多構造成使用有機溶劑(有機液體電解質)構成電池，因此在可以提高其穩定性和能量密度的程度上顯示出局限性。

同時，近來使用無機固體電解質而不使用有機溶劑的全固態電池受到了極大的關注，因此可以以更安全、更簡單的方式制造電池。

然而，全固態電池的問題在于其能量密度和功率輸出性能不如使用液體電解質的常規鋰離子電池的能量密度和功率輸出性能低。為了解決上述問題，正在進行深入研究以改善全固態電池的電極。

特別地，用于全固態電池的負極主要由石墨形成。在這種情況下，為了確保離子電導率，與石墨一起過量添加具有大比重的固體電解質，因此與鋰離子電池相比，每單位重量的能量密度非常低。而且，在使用鋰金屬作為負極的情況下，在價格競爭力和大規模實施方面存在技術限制。

當前正在對具有高能量密度的全固態電池進行深入研究，其中之一是無負極型全固態電池。無負極型全固態電池是其中鋰沉淀在負極集電體上的電池，而不是使用諸如石墨或鋰金屬的負極活性物質的電池。

從理論上講，無負極型全固態電池可以實現高能量密度，但是由于鋰不均勻沉淀而可能會導致短路并且由于不可逆反應增加而導致電池性能下降。

發明內容

在優選的方面，提供了一種具有高能量密度并且能夠穩定運行的無負極型全固態電池。

本文所用的術語“無負極型全固態電池”是指一種全固態電池，其缺少兼容、平行和/或結構相似外觀的正極的對電極組件，即負極。相反，無負極型全固態電池可包括類似或等效地用作常規負極的功能組件。在某些實施例中，負極集電體層可以用作無負極型全固態電池中的正極的對電極，而不包括負極層(例如，缺少負極活性物質層或鋰層)并且形成與正極不匹配或不對稱的結構。

本發明的目的不限于上述目的，并且通過下面的描述將能夠被清楚地理解，并且能夠通過權利要求中描述的手段及其組合來實現

在一方面，提供了一種全固態電池，包括：負極集電體層；多孔層，其設置在負極集電體層上并具有包含纖維材料的多孔結構；電解質層，其設置在多孔層上；以及復合正極層，其設置在電解質層上，其中纖維材料的至少一部分表面涂覆有固體電解質。

優選地，纖維材料在三維上相互連接，例如形成網狀結構。

如本文所用，“多孔結構”是指形成為一定形狀并包括多種形狀的無論均勻形成還是無規則形成的孔(例如，圓形或非圓形)、洞、腔(例如，微腔)、迷宮、通道等的多孔材料。示例性的多孔結構可以包括在從亞微米至微米尺寸范圍內的預定尺寸內的孔(例如，閉合的或敞開的孔)，其通過孔的最大直徑來測量。

纖維材料可以適當地包括選自由碳納米纖維、碳納米管和氣相生長的碳纖維組成的組中的一種或多種，或其他合適的材料。

固體電解質可以適當地具有約0.1μm至20μm的厚度。

固體電解質可以適當地包括硫化物固體電解質。

多孔層可以適當地具有約100μm至500μm的厚度。

多孔層可以適當地具有約10％至80％的孔隙率。

多孔層可以包括：第一區域，其從負極集電體層的一個表面延伸到預定深度；以及第二區域，第二區域是除第一區域之外的其余部分。