一种全固态电芯及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及电池技术领域，具体涉及一种全固态电芯及其制备方法和应用。全固态电芯包括层叠交替的复合正极片和复合负极片；复合正极片包括正极片基体以及设置于所述正极片基体至少一侧表面的第一电解质层；正极片基体包括正极集流体、正极材料层和第一陶瓷层；复合负极片包括负极片包括负极片基体以及设置于所述负极片基体至少一侧表面的第二电解质层；负极片基体包括负极集流体、负极材料层和第二陶瓷层；所述第一电解质层和所述第二电解质层相连；第一电解质层的面积＝第二电解质层的面积>负极材料层的面积>正极材料层的面积。本发明专利技术的全固态电芯可有效改善安时级大容量大面积全固态硫化物电芯的循环性能、安全性及成品率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
一种全固态电芯及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及电池
，具体而言，涉及一种全固态电芯及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]固态电池采用不可燃的固态电解质替换了可燃性的有机液态电解质，大幅提升了电池系统的安全性，实现能量密度同步提升。在各类新型电池体系中，固态电池是距离产业化最近的下一代技术，这已成为产业与科学界的共识。其中，硫化物电解质具有比较高的锂离子电导率，同时具有热稳定高、安全性能好、电化学稳定窗口宽(达5V以上)的特点，在高安全、高能量密度以及高低温固态电池方面优势突出。在动力电池新一轮的竞赛中，固态电池已经成为关注热点。
[0003]固态电池制备工艺比较复杂，存在溶剂兼容性，工艺连续性等一系列问题，目前关于全固态软包电池的制作没有统一的标准设备和制作工艺。当采用硫化物固体电解质制备全固态电芯体系时,由于硫化物电解质属于陶瓷类材料,颗粒与颗粒之间粘合力差，形状不规则，不易制成有韧性的低孔隙率的独立电解质膜，而且为了使得制备的电解质膜有较高的电导率，使用的粘结剂含量越少越好，这就使得想制备一张既有高电导率又有好的机械强度的电解质膜形成了自身的矛盾，且硫化无电解质膜属于陶瓷类隔膜，膜韧性和强度差，抗剪切力能力低，全固态电池各层内部和各层之间均为固
‑
固接触，为减小固
‑
固接触及充放电过程体积膨胀对带来的影响，连续化进行电池制作，需要重新设计硫化物电解质全固态体系的电池制作流程。
[0004]有鉴于此，特提出本专利技术。
专利技术内容
[0005]本专利技术的一个目的在于提供一种全固态电芯，可有效增加安时级大容量大面积全固态硫化物电芯的循环性能、安全性和成品率。
[0006]本专利技术的另一个目的在于提供一种所述的全固态电芯的制备方法，简单易行，高效。
[0007]本专利技术的另一个目的在于提供一种所述的全固态电池，成品率高、循环性能优异。
[0008]为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：
[0009]一种全固态电芯，包括层叠交替的复合正极片和复合负极片；
[0010]所述复合正极片包括正极片基体以及设置于所述正极片基体至少一侧表面的第一电解质层；所述正极片基体包括正极集流体、正极材料层和第一陶瓷层，沿所述正极集流体的宽度方向上，所述正极集流体的至少一侧表面依次设置第一留白区、正极活性区和第二留白区，所述正极活性区设置所述正极材料层，所述第一留白区和所述第二留白区分别设置所述第一陶瓷层；
[0011]所述复合负极片包括负极片包括负极片基体以及设置于所述负极片基体至少一侧表面的第二电解质层；所述负极片基体包括负极集流体、负极材料层和第二陶瓷层，沿所
述负极集流体的宽度方向上，所述负极集流体的至少一侧表面依次设置第三留白区、负极活性区和第四留白区，所述负极活性区设置所述负极材料层，所述第三留白区和所述第四留白区分别设置所述第二陶瓷层；
[0012]所述第一电解质层和所述第二电解质层相连；
[0013]所述第一电解质层的面积＝所述第二电解质层的面积>所述负极材料层的面积>所述正极材料层的面积。
[0014]优选地，所述第一留白区和第二留白区的宽度分别为2～10mm；
[0015]优选地，所述正极材料层和所述负极材料层的长度相同，所述负极材料层的宽度比所述正极材料层的宽度大1～9mm；
[0016]优选地，沿所述电芯的厚度方向上，所述第一电解质层、所述第二电解质层、所述正极集流体和所述负极集流体的投影重合。
[0017]优选地，所述正极材料层的宽度为100～1000mm；
[0018]优选地，所述正极材料层的厚度为20～150μm；
[0019]优选地，所述正极集流体的厚度为10～17μm；
[0020]优选地，所述第一电解质层和所述第二电解质层的厚度分别为10～30μm；
[0021]优选地，所述负极材料层的厚度为20～100μm。
[0022]优选地，以质量百分比计，所述正极材料层包括：正极活性材料70％～88％、正极导电剂1％～5％、正极粘结剂1％～3％和正极电解质10％～22％；
[0023]优选地，所述正极活性材料包括正极活性基材以及包覆于所述正极活性基材表面的离子导体层，所述正极活性基材的化学通式包括：LiNi
x
Co
y
M
z
O2，其中，x≥0，y≥0，z≥0，且x+y+z＝1，M选自V、Mg、Mn、Ti、Al、Zr、Fe或Mo中的至少一种；
[0024]优选地，所述离子导体层包括铌酸锂、钛酸锂、偏磷酸铝、磷酸锂、硼酸锂、钴酸锂、锆酸锂、锰酸锂、偏磷酸镧和偏磷酸钠中的至少一种；
[0025]优选地，所述离子导体层的厚度为1～10nm；
[0026]优选地，所述正极粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯的共聚物、丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、丁苯橡胶、苯乙烯
‑
丁二烯
‑
苯乙烯嵌段共聚物和聚四氟乙烯的至少一种。
[0027]优选地，以质量百分比计，所述负极材料层包括：负极活性材料70％～95％、负极粘结剂1％～2％、负极导电剂1％～3％和负极电解质0％～28％；
[0028]优选地，所述负极活性材料包括合金负极活性材料、碳材料和氧化物负极材料中的至少一种；
[0029]优选地，所述正极剂和所述负极导电剂分别包括零维导电剂、一维导电剂和二维导电剂中的至少一种；
[0030]优选地，所述正极电解质和所述负极电解质分别包括硫化物电解质和/或卤化物电解质；
[0031]优选地，所述硫化物电解质包括Li2S
‑
SiS2、thio
‑
LISICON、Li
10
GeP2S
12
、Li2S
‑
P2S5、Li6PS5Cl、LiI
‑
LiBr
‑
Li2S
‑
P2S5、Li
10
SnP2S
12
和Li2S
‑
B2S3中的至少一种；所述卤化物电解质包括Li
2.5
Y
0.5
Zr
0.5
Cl6、Li3YCl6、Li3BrY6、Li3ErCl6、Li3ErI6和Li3YbCl6中的至少一种；
[0032]优选地，所述负极粘结剂包括聚丙烯酸、聚丙烯酸锂、聚四氟乙烯、聚氧化乙烯、丁
苯橡胶、丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、苯乙烯
‑
丁二烯
‑
苯乙烯嵌段共聚物中的至少一种。
[0033]优选地，所述第一电解质层和所述第二电解质层分别包括硫化物电解质；
[0034]优选地，所述硫化物电解质包括thio
‑
LISICON、Li2S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全固态电芯，其特征在于，包括层叠交替的复合正极片和复合负极片；所述复合正极片包括正极片基体以及设置于所述正极片基体至少一侧表面的第一电解质层；所述正极片基体包括正极集流体、正极材料层和第一陶瓷层，沿所述正极集流体的宽度方向上，所述正极集流体的至少一侧表面依次设置第一留白区、正极活性区和第二留白区，所述正极活性区设置所述正极材料层，所述第一留白区和所述第二留白区分别设置所述第一陶瓷层；所述复合负极片包括负极片包括负极片基体以及设置于所述负极片基体至少一侧表面的第二电解质层；所述负极片基体包括负极集流体、负极材料层和第二陶瓷层，沿所述负极集流体的宽度方向上，所述负极集流体的至少一侧表面依次设置第三留白区、负极活性区和第四留白区，所述负极活性区设置所述负极材料层，所述第三留白区和所述第四留白区分别设置所述第二陶瓷层；所述第一电解质层和所述第二电解质层相连；所述第一电解质层的面积＝所述第二电解质层的面积>所述负极材料层的面积>所述正极材料层的面积。2.根据权利要求1所述的全固态电芯，其特征在于，所述第一留白区和第二留白区的宽度分别为2～10mm；优选地，所述正极材料层和所述负极材料层的长度相同，所述负极材料层的宽度比所述正极材料层的宽度大1～9mm；优选地，沿所述电芯的厚度方向上，所述第一电解质层、所述第二电解质层、所述正极集流体和所述负极集流体的投影重合。3.根据权利要求2所述的全固态电芯，其特征在于，所述正极材料层的宽度为100～1000mm；优选地，所述正极材料层的厚度为20～150μm；优选地，所述正极集流体的厚度为10～17μm；优选地，所述第一电解质层和所述第二电解质层的厚度分别为10～30μm；优选地，所述负极材料层的厚度为20～100μm。4.根据权利要求1所述的全固态电芯，其特征在于，以质量百分比计，所述正极材料层包括：正极活性材料70％～88％、正极导电剂1％～5％、正极粘结剂1％～3％和正极电解质10％～22％；优选地，所述正极活性材料包括正极活性基材以及包覆于所述正极活性基材表面的离子导体层，所述正极活性基材的化学通式包括：LiNi
x
Co
y
M
z
O2，其中，x≥0，y≥0，z≥0，且x+y+z＝1，M选自V、Mg、Mn、Ti、Al、Zr、Fe或Mo中的至少一种；优选地，所述离子导体层包括铌酸锂、钛酸锂、偏磷酸铝、磷酸锂、硼酸锂、钴酸锂、锆酸锂、锰酸锂、偏磷酸镧和偏磷酸钠中的至少一种；优选地，所述离子导体层的厚度为1～10nm；优选地，所述正极粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯的共聚物、丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、丁苯橡胶、苯乙烯
‑
丁二烯
‑
苯乙烯嵌段共聚物和聚四氟乙烯的至少一种。5.根据权利要求4所述的全固态电芯，其特征在于，以质量百分比计，所述负极材料层包括：负极活性材料70％～95％、负极粘结剂1％～2％、负极导电剂1％～3％和负极电解质
0％～28％；优选地，所述负极活性材料包括合金负极活性材料、碳材料和氧化物负极材料中的至少一种；优选地，所述正极剂和所述负极导电剂分别包括零维导电剂、一维导电剂和二维导电剂中的至少一种；优选地，所述正极电解质和所述负极电解质分别包括硫化物电解质和/或卤化物电解质；优选地，所述硫化物电解质包括Li2S
‑
SiS2、thio
‑
LISICON、Li
10
GeP2S
12...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈少杰，王磊，黄海强，李瑞杰，袁文森，王志文，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技无锡有限公司，
类型：发明
国别省市：