[發明專利]一種全固態電池及其制備方法

在審

• 申請號: 202110872879.9
• 申請日: 2021-07-30
• 公開（公告）號: CN113611819A
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發明（設計）人: 陳少杰;李瑞杰;黃海強;王磊;曹曉菊
• 申請（專利權）人: 蜂巢能源科技(無錫)有限公司
• 主分類號: H01M4/13
• 分類號: H01M4/13;H01M4/139;H01M10/0562;H01M10/42;H01M10/058
• 代理公司: 北京遠智匯知識產權代理有限公司 11659
• 代理人: 王巖

本發明提供了一種全固態電池及其制備方法。所述全固態電池包括正極、固態電解質膜和負極；正極包括鹵化物固態電解質和/或共混型固態電解質；固態電解質膜包括至少一層固態電解質層，共混型固態電解質的化學式為xLiM?GaF₃，1≤x≤4，M包括Cl、Br、O或OH中的任意一種或至少兩種的組合。本發明通過采用不同類型和功能的固體電解質材料組成的固態電解質膜，提升了全固態電池的循環性能和倍率性能。

技術領域

本發明屬于固態電池技術領域，涉及一種全固態電池及其制備方法。

背景技術

現在各類新型電池體系中，固態電池是距離產業化最近的下一代技術，這已成為產業與科學界的共識。不可燃的固態電解質替換可燃性的有機液態電解質，不僅大幅提升了電池系統安全性，同時能夠更好地適配高能量正負極，實現能量密度同步提升。

然而固態電池技術還存在以下三方面的技術短板：①當前固態電解質體相離子電導率遠低于液態電解質的水平，往往相差多個數量級。按照材料的選擇，固態電解質可以分為聚合物、氧化物、硫化物、鹵化物、共混型五種體系，而無論哪一種類別，均無法回避離子傳導的問題。低的離子電導率意味著電解質差的導鋰能力，使鋰離子不能順利在電池正負極之間運動。聚合物體系的室溫電導率約10^-7-10^-5S/cm，氧化物體系室溫下電導率為10^-6-10^-3S/cm，目前，硫化物、鹵化物和共混型三類電解質體系表現出較高的電導率，室溫約10^-3-10^-2S/cm。②固態電解質具有高界面阻抗。在電極與電解質界面上，傳統液態電解質與正、負極的接觸方式為液/固接觸，界面潤濕性良好，界面之間不會產生大的阻抗，相比較之下，固態電解質與正負極之間以固/固界面的方式接觸，接觸面積小，與極片的接觸緊密性較差，界面阻抗較高，鋰離子在界面之間的傳輸受阻。③低離子電導率與高界面阻抗導致了固態電池的高內阻，鋰離子在電池內部傳輸效率低，在高倍率大電流下的運動能力更差，直接影響電池的能量密度與功率密度。

目前固態鋰電池通常采用無機氧化物電解質或聚合物電解質與液態電解質相互混合的方式進行界面改善和制備，但由于本身無機氧化物類電解質和聚合物電解質本身的離子電導率比較低，因此需要加入比較多的液態電解質才能改善整個電池的內阻和電導率，較多液態電解質的加入不利于固態鋰電池整體安全性的提高。理論上，不含任何電解液成分的全固態鋰電池具有最高的安全性，但全固態體系由于全部都是無機顆粒形成的顆粒之間的固固接觸會導致整體存在比較大的界面問題，需要外加非常大的壓力，直接影響電池使用工況和電池倍率和循環性能。

CN108695547A公開了一種有機-無機復合電解質膜的制備，通過在有機聚合物電解質中添加無機固態電解質作為固體填料，提高復合電解質膜的機械性能和離子電導率。但是由于這種有機-無機復合電解膜厚度需要較厚，過薄易出現復合電解質薄膜機械強度差被鋰枝晶刺穿導致電池短路。

CN107887639A公開了一種復合固態電解質和固態電池，該復合固態電解質包括陰離子型離子液體聚合物和無機固態電解質。該文獻中的金屬鋰電極和固態電解質直接接觸，這種屬于固固接觸，界面阻抗較大。在充電過程中，鋰離子從正極材料中脫出嵌入負極金屬鋰，固態電解質表面物質會被消耗形成固態電解質界面層，甚至在負極上產生鋰沉積。進而導致該類復合電解質化學穩定性較差，0.2C循環100次保持率約為88％，難以為電池提供長效循環性能。

因此如何改善界面同時保持高的電化學性能，是全固態電池中亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種全固態電池及其制備方法。本發明通過采用不同類型和功能的固體電解質材料組成的固態電解質膜作為抗氧化型、鋰離子傳導和界面修飾材料，搭配特定的正極，達到了改善電池界面接觸，提升離子遷移能力的目的，提升了全固態電池的循環性能和倍率性能。

為達到此發明目的，本發明采用以下技術方案：