包括多孔复合膜的全固态电池的制作方法

本发明涉及一种无阳极全固态电池，其包括代替阳极集电体的多孔复合膜。

背景技术：

1、全固态电池包括代替液体电解质的固体电解质和锂离子电池的隔膜。当锂离子电池高速充电和放电时，会产生热量，并且锂离子电池包含易燃的碳酸盐基有机溶剂作为液体电解质的组分，因此存在稳定性问题。设置隔膜是为了防止锂离子电池爆炸和起火，但是隔膜降低了锂离子电池的单位体积的能量密度。全固态电池是下一代电池，其可以防止每单位体积的能量密度的下降，同时解决由液体电解质所造成的热稳定性低的问题。

2、在全固态电池领域，已经进行了许多尝试以提高每单位体积的容量和每单位体积的能量密度。例如，开发了一种通过在集电体上镀锂而不是通过锂离子与活性材料之间的反应来储存锂离子的无阳极全固态电池，或者一种不包括集电体以减小电池体积的全固态电池。

3、然而，由于锂不均匀地沉积在集电体上，无阳极全固态电池表现出与预期相反的低能量密度。此外，随着无阳极全固态电池的充电循环的进行，不均匀沉积在集电体上的锂量增加，由此导致厚度变化，因此，无阳极全固态电池存在容量低、使用寿命短等局限性。

4、公开于该背景部分的以上信息仅用于增强对本发明的背景的理解，因此其可以包含不构成已为该国家中本领域普通技术人员所知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、在优选的方面，本发明提供了一种具有优异的容量保持率的无阳极全固态电池。

2、本文中使用的术语“全固态电池”是指可充电二次电池，其包括固态电解质，用于在电池的电极之间传输离子。

3、本文中使用的术语“无阳极型全固态电池”是指缺少阴极对电极(即阳极)的相容的、平行的和/或结构相似的外观组件的全固态电池。相反，无阳极型全固态电池可以包括类似或等效地用作常规阳极的功能组件。在某些实施方案中，阳极集电体层可以用作无阳极型全固态电池中阴极的对电极，而不包括阳极层(例如，缺少阳极活性材料层或锂层)并形成与阴极不匹配或不对称的结构。

4、还提供了一种具有高能量密度的无阳极全固态电池。

5、进一步提供了一种具有长使用寿命的无阳极全固态电池。

6、在一个方面，本发明提供了一种全固态电池，所述全固态电池包括：包括第一表面和第二表面的复合膜；设置在所述复合膜的第一表面上的第一固体电解质层；设置在所述第一固体电解质层上的第一阴极活性材料层；设置在所述第一阴极活性材料层上的第一阴极集电体；设置在所述复合膜的第二表面上的第二固体电解质层；设置在所述第二固体电解质层上的第二阴极活性材料层，以及设置在所述第二阴极活性材料层上的第二阴极集电体。

7、具体地，复合膜可以包括导电材料，复合膜可以包括孔，复合膜可以包括：配置为形成第一表面的第一层、配置为形成第二表面的第二层，以及位于第一层和第二层之间的中间层，第一层和第二层可以包括配置为可与锂合金化的金属粉末。

8、“复合膜”可以包括多种形状的孔(例如，球形或非球形)、洞、腔(例如，微腔)、迷宫、通道等，无论是均匀形成还是无规则形成。示例性复合膜可以包括在亚微米(纳米)至微米尺寸范围内的预定尺寸(其通过孔的最大直径来测量)的孔(例如，闭孔或开孔)。

9、导电材料可以包括线性碳材料。

10、线性碳材料可以包括碳纳米纤维、碳纳米管、气相生长碳纤维及其组合。

11、优选地，线性碳材料的长度可以为约0.01μm至1μm。

12、优选地，线性碳材料的直径可以为约1nm至200nm。

13、线性碳材料可以形成网状，使得复合膜包括孔，并且当全固态电池充电时，锂可以储存在孔中。

14、优选地，复合膜的孔隙率可以为约0.1％至50％。

15、复合膜的厚度可以为约1μm至200μm。

16、优选地，第一层的厚度可以为复合膜总厚度的约10％至40％，第二层的厚度可以为复合膜总厚度的约10％至40％，中间层的厚度可以为复合膜总厚度的约20％至80％。

17、金属粉末可以包括选自铝(al)、锌(zn)、铟(in)、银(ag)、金(au)、镁(mg)、硅(si)、铋(bi)、锗(ge)、铂(pt)、锑(sb)和锡(sn)中的至少一种。

18、金属粉末的中值粒径d50可以为约0.01μm至1μm。

19、以第一层的总重量计，第一层可以包含：约50重量％至99重量％的量的多孔导电材料，约0.1重量％至45重量％的量的金属粉末，和约0.1重量％至10重量％的量的粘合剂。

20、以第二层的总重量计，第二层可以包含：约50重量％至99重量％的量的多孔导电材料，约0.1重量％至45重量％的量的金属粉末，和约0.1重量％至10重量％的量的粘合剂。

21、以中间层的总重量计，中间层可以包含：约90重量％至99.9重量％的量的多孔导电材料和约0.1重量％至10重量％的量的粘合剂。

22、还提供了一种车辆，其包括如在本文中所述的全固态电池。

23、下面讨论本发明的其它方面。

技术特征：

1.一种全固态电池，其包括：

2.根据权利要求1所述的全固态电池，其中，所述导电材料包括线性碳材料。

3.根据权利要求2所述的全固态电池，其中，所述线性碳材料包括碳纳米纤维、碳纳米管、气相生长碳纤维或其组合。

4.根据权利要求2所述的全固态电池，其中，所述线性碳材料的长度为0.01μm至1μm。

5.根据权利要求2所述的全固态电池，其中，所述线性碳材料的直径为1nm至200nm。

6.根据权利要求2所述的全固态电池，其中：

7.根据权利要求1所述的全固态电池，其中，所述复合膜的孔隙率为0.1％至50％。

8.根据权利要求1所述的全固态电池，其中，所述复合膜的厚度为1μm至200μm。

9.根据权利要求1所述的全固态电池，其中：

10.根据权利要求1所述的全固态电池，其中，所述金属粉末包括选自铝、锌、铟、银、金、镁、硅、铋、锗、铂、锑和锡中的一种或多种。

11.根据权利要求1所述的全固态电池，其中，所述金属粉末的中值粒径d50为0.01μm至1μm。

12.根据权利要求1所述的全固态电池，其中，以第一层的总重量计，所述第一层包含：

13.根据权利要求1所述的全固态电池，其中，以第二层的总重量计，所述第二层包含：

14.根据权利要求1所述的全固态电池，其中，以中间层的总重量计，所述中间层包含：

15.一种车辆，其包括权利要求1所述的全固态电池。

技术总结本发明涉及一种包括多孔复合膜的全固态电池，所述全固态电池包括：包括第一表面和第二表面的复合膜；设置在所述复合膜的第一表面上的第一固体电解质层；设置在所述第一固体电解质层上的第一阴极活性材料层；设置在所述第一阴极活性材料层上的第一阴极集电体；设置在所述复合膜的第二表面上的第二固体电解质层；设置在所述第二固体电解质层上的第二阴极活性材料层，以及设置在所述第二阴极活性材料层上的第二阴极集电体。本发明的全固态电池具有优异的容量保持率、高的能量密度和长的使用寿命。技术研发人员：崔洪硕,金相完,姜煕秀,林栽敏,金善和受保护的技术使用者：现代自动车株式会社技术研发日：技术公布日：2024/7/25