全固态电池及其制造方法与流程

本技术要求于2022年10月26日提交的韩国专利申请10-2022-0139084号和2023年10月18日提交的韩国专利申请10-2023-0139649号的优先权，其全部公开内容通过引用合并于此。本发明涉及一种全固态电池及其制造方法。

背景技术：

1、二次电池是将外部电能转换成化学能并储存以在需要时发电的装置。因为可以多次充电，所以也被称为可再充电电池。常规的二次电池类型包括铅酸电池、镍镉电池(nicd)、镍氢电池(nimh)和锂二次电池。与使用一次就丢弃的一次电池相比，二次电池具有经济优势以及环保优势。

2、另一方面，随着无线通信技术的持续发展，对轻量化、薄型化、小型化的便携式设备和汽车配件的需求不断增加，对用作这些设备能源的二次电池的需求也在增加。特别地，随着混合动力车辆和电动车辆在防止环境污染方面变得实用，在这些下一代车辆的电池中使用二次电池以降低制造成本和重量并延长其寿命的研究正在兴起。在各种二次电池中，锂二次电池重量轻、表现出较高的能量密度和工作电位，具有较长的循环寿命，近期备受关注。

3、通常，锂二次电池通过将由负极、正极和隔膜组成的电极层压体安装在金属罐或铝层压片的袋型壳体(例如圆柱形或角形)内，并将电解质注入电极层压体中来制造。

4、过去，锂二次电池的电解质主要是由溶解在非水有机溶剂中的锂盐制成的液体电解质。然而，这些液体电解质容易出现电极材料降解和有机溶剂挥发，以及由于环境温度升高和电池本身温度升高而导致燃烧或爆炸，以及泄露，从而难以实现各类具有高安全性的锂二次电池。

5、另一方面，使用固体电解质的全固态电池具有排除有机溶剂的优点，因此可以以安全简单的形式制造电极堆叠体。

6、根据固体电解质的原料，全固态电池可划分为氧化物、聚合物和硫化物。与其他类型的电池相比，硫化物基全固态电池因其优异的锂离子电导率而备受关注。然而，尽管它们具有优异的特性，但是与液体电池相比，它们的离子电导率更高，正负极之间的电阻更高，从而导致其寿命和功率输出低于使用液体电解质的常规电池。

7、为了改善单元电池的寿命和输出，可能需要考虑使用不同的正极或负极，不同类型的固体电解质或不同的组装方法。

8、在硫化物基全固态电池的情况下，当电极和固体电解质以辊对辊的方式加压时，例如在常规锂离子电池(lib)中，电池的内部会变得多孔，界面接触会变得困难。因此，它是通过流体静压的三维加压方法制造的。在该流体静压方法中，可加压的电池的尺寸受到诸如cip和wip等静压加压设备的室尺寸的限制，从而可能限制全固态电池生产规模的扩大。

9、此外，通过将电极活性材料涂覆到集流体(例如通过外涂覆)而制造的电极具有较高的表面电阻，这可能导致全固态电池的劣化。

10、因此，需要研究能够解决这些问题的全固态电池及其制造方法。

11、[现有技术]

12、[专利文献]

13、(专利文献1)韩国专利公开10-2021-0119140号

14、(专利文献2)韩国专利公开10-2020-0129381号

技术实现思路

1、[技术问题]

2、本发明旨在通过在构成单元电池的正极和负极中降低与固体电解质层相接触的正极和与固体电解质层相接触的负极的表面电阻，从而改善全固态电池的性能。

3、此外，本发明的目的是提供一种用于制造全固态电池的方法，其中与固体电解质层相接触的正极和与固体电解质层相接触的负极的表面电阻较低，电极之间容易对准，制造方法简便。

4、[技术方案]

5、为了实现这些目的，本发明提供了一种全固态电池，其包含：第一单元电池，其包含依次堆叠的集流体、负极、固体电解质层和正极；以及第二单元电池，其包含依次堆叠的集流体、正极、固体电解质层和负极，其中第一单元电池和第二单元电池交替堆叠，使得相同极性的电极位于所述集流体的两侧，其中，在第一单元电池和第二单元电池中，与固体电解质层相接触的负极和与固体电解质层相接触的正极的表面电阻为3mω/cm2以下。

6、在本发明的一个实施方式中，固体电解质层可以包含硫化物基固体电解质。

7、在本发明的一个实施方式中，集流体可以形成在位于最外层的电极上。

8、在本发明的一个实施方式中，在第一单元电池和第二单元电池中，与固体电解质层相接触的负极和与固体电解质层相接触的正极的表面电阻可以是0.3mω/cm2以下。

9、在一个实施方式中，集流体的厚度和负极的厚度相加的总厚度可以为20μm至80μm，集流体的厚度和正极的厚度相加的总厚度可以为100μm至200μm。

10、本发明还提供了一种用于制造全固态电池的方法，其包括：(1)通过依次堆叠第一离型膜、负极和第二离型膜来制造负极层压体；(2)通过依次堆叠第一离型膜、正极和第二离型膜来制造正极层压体；(3)剥离负极层压体的第二离型膜以及正极层压体的第二离型膜；(4)在层压在第一离型膜上的负极与层压在第一离型膜上的正极之间插入固体电解质层；(5)剥离负极的第一离型膜以及正极的第一离型膜，将它们冲压成特定尺寸，并制造多个包含负极、固体电解质层和正极的单元电池；(6)在一个单元电池和另一单元电池之间插入集流体，在集流体的两侧设置相同极性的电极；以及(7)将集流体层压在位于最外层的电极上。

11、在本发明的一个实施方式中，该方法可以进一步包括：对步骤(1)的负极层压体加压以及对步骤(2)的正极层压体加压。

12、在本发明的一个实施方式中，加压的负极层压体的厚度可以是加压之前的负极层压体厚度的50％至90％，加压的正极层压体的厚度可以是加压之前的正极层压体厚度的50％至90％。

13、在本发明的一个实施方式中，固体电解质层可以通过以下方式制造：(a)依次层压第一离型膜、固体电解质层和第二离型膜，以形成固体电解质层压体；(b)对固体电解质层压体加压；以及(c)剥离加压的固体电解质层压体的第一离型膜和第二离型膜。

14、在本发明的一个实施方式中，可以通过在正极或负极上涂覆固体电解质层形成用组合物来制造固体电解质层。

15、在本发明的一个实施方式中，该方法还可以包括在步骤(4)之后但在步骤(5)之前进行加压。

16、在本发明的一个实施方式中，在步骤(5)中与固体电解质层相接触的负极和与固体电解质层相接触的正极的表面电阻可以为3mω/cm2以下。

17、在本发明的一个实施方式中，在步骤(5)中与固体电解质层相接触的负极和与固体电解质层相接触的正极的表面电阻可以为0.3mω/cm2以下。

18、在本发明的一个实施方式中，集流体的厚度与负极的厚度相加的总厚度可以为20μm至80μm，集流体的厚度与正极的厚度相加的总厚度可以为100μm至200μm。

19、在本发明的一个实施方式中，可以重复步骤(6)。

20、在本发明的一个实施方式中，固体电解质层可以包含硫化物基固体电解质。

21、[有益效果]

22、本发明的全固态电池的与固体电解质层相接触的正极的表面电阻较低，与固体电解质层相接触的负极的表面电阻较低，从而能够改善全固态电池的性能。

23、此外，本发明的全固态电池制造方法可以通过使用离型膜制造单元电池来降低表面电阻，从而能够均匀地制造单元电池中包含的负极和正极的界面。此外，制造工序简便，易于实现电极之间的对准。