CN109728355A - 全固态电池及其制备方法 - Google Patents

全固态电池及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109728355A
CN109728355A CN201711262916.4A CN201711262916A CN109728355A CN 109728355 A CN109728355 A CN 109728355A CN 201711262916 A CN201711262916 A CN 201711262916A CN 109728355 A CN109728355 A CN 109728355A
Authority
CN
China
Prior art keywords
insulator
solid
cathode layer
layer
state battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201711262916.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109728355B (zh
Inventor
朴相镇
赵廷英
崔诚珉
孔信国
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hyundai Motor Co
Kia Corp
Original Assignee
Hyundai Motor Co
Kia Motors Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hyundai Motor Co, Kia Motors Corp filed Critical Hyundai Motor Co
Publication of CN109728355A publication Critical patent/CN109728355A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109728355B publication Critical patent/CN109728355B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0486—Frames for plates or membranes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0413—Large-sized flat cells or batteries for motive or stationary systems with plate-like electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0436—Small-sized flat cells or batteries for portable equipment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0561—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of inorganic materials only
    • H01M10/0562—Solid materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0585—Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H01M50/414—Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M2010/4292—Aspects relating to capacity ratio of electrodes/electrolyte or anode/cathode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065—Solid electrolytes
    • H01M2300/0068—Solid electrolytes inorganic
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

本发明公开了全固态电池及其制备方法。该全固态电池可以具有能够更有效地得到绝缘的边缘部分。特别地，该全固态电池可以包括阴极层、阳极层、电解质层、设置在阴极层的边缘处的第一绝缘体以及设置在阴极层与第一绝缘体之间的第二绝缘体，从而形成第二绝缘体的隔膜以用于防止在压制时阴极层与阳极层之间的接触。

Description

全固态电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种全固态电池以及用于制备该全固态电池的方法。
背景技术
随着使用电能的车辆的发展和普及，安全性增强的二次电池已经逐渐推广。商业化锂离子二次电池包含的液体电解质易挥发且易受热损害，所以锂离子二次电池越来越需要高能量密度。因此，锂离子二次电池总是具有着火和爆炸的可能性。因此，已经推广爆炸可能性较小并且热安全性高的全固态电池。
在现有技术中，将压制(pressing)应用于制备全固态电池的工艺中以改进电解质与电极之间的接触，但是在高压下进行压制的过程中电极边缘会破裂，这可能导致电池短路。因此，在制备工艺中可能会需要在全固态电池的边缘确保绝缘。
在现有技术中，例如，已经公开了在边缘插入绝缘体以用于在全固态电池的边缘处确保绝缘的技术。然而，即使在这种情况下，也会存在以下问题：当在制备工艺中压制电池时，边缘会破裂并且绝缘体会破损。此外，固态电解质层可能流入绝缘体与阴极之间的空间，导致固态电解质层可能会坍塌。因此，仅通过插入绝缘体不能从根本上解决在边缘处的短路问题。
发明内容
在优选的方面中，本发明可以提供一种制备全固态电池的方法以及通过该方法制备的全固态电池，以有效地使全固态电池的边缘绝缘。
如本文所述的术语“全固态电池”是指包括仅固态成分或基本上固态的成分(例如固态电极(例如阳极和阴极)和固态电解质)的电池单元或电池。因此，在优选的方面中，全固态电池将不包括流体和/或可流动的电解质组分作为材料。
在一方面中，提供一种制备全固态电池的方法。该方法可以包括：形成阴极层；形成面积大于阴极层的面积的阳极层；在阴极层与阳极层之间形成固态电解质层；在阴极层的外侧或边缘处设置第一绝缘体；在阴极层与第一绝缘体之间设置第二绝缘体；通过堆叠阴极层、阳极层、固态电解质层、第一绝缘体和第二绝缘体来形成电池单元；以及通过压制电池单元而在阴极层与第一绝缘体之间形成第二绝缘体的隔膜。在某些优选的方面中，阳极层可以具有比阴极层面积大至少约1、2、3、4、5、8、10、15、20或25个百分比，或大30、40或50个百分比的面积。
这里使用的阴极或阳极的“面积”是指可以沿着堆叠方向与固态电解质接触的表面积。例如，阴极的面积是指可以与固态电解质的第一侧接触的表面积，而阳极的面积是指可以与固态电解质的第二侧接触的阳极的表面。
优选地，第二绝缘体可以适当地与第一绝缘体、阴极层和固态电解质层接触。
优选地，在第一绝缘体与阴极层的外侧或边缘之间可以存在或出现间隙，并且当压制电池单元时，至少一部分第二绝缘体可以流入所述间隙中。在第一绝缘体与阴极层边缘之间合适的间隙可以形成为例如至少在约0.1mm和3.0mm之间，典型地在约0.1mm和1.0mm之间。第二绝缘体可以包含第二绝缘材料，其可以以浆料或带状物形式形成。可以通过在阴极层与第一绝缘体之间施加包含第二绝缘材料的浆料来设置第二绝缘体。或者，可以将以带状物形式形成的第二绝缘体附接在阴极层与第一绝缘体之间。例如，这里使用的“带状物”是指具有可以包裹或覆盖其它表面的较大延伸长度的柔性薄层。
第二绝缘体可以包含第二绝缘材料，所述第二绝缘材料具有比第一绝缘体的熔点小的熔点和比第一绝缘体的转变温度小的转变温度。例如，第一绝缘体的熔点可以大于约700℃，或者在约100℃至约800℃的范围，或在约200℃至约750℃的范围。此外，第二绝缘体的熔点可以大于约50℃，或者优选地在约50℃至约200℃的范围。
第一绝缘体可以适当地包含聚酰亚胺，并且第二绝缘体可以适当地包含聚环氧乙烷(PEO)、聚偏二氟乙烯(PVDF)或聚偏二氟乙烯共聚物。
优选地，可以在小于第二绝缘体的熔点并且大于第二绝缘体的转变温度的温度下压制电池单元。例如，压制温度可以比第二绝缘体的熔点小约5℃或更多、约10℃或更多、约15℃或更多、约20℃或更多、约30℃或更多、约40℃或更多或约50℃或更多。此外，压制温度可以比第二绝缘体的转变温度大约5℃或更多、约10℃或更多、约15℃或更多、约20℃或更多、约30℃或更多、约40℃或更多或约50℃或更多。
或者，可以在大于第二绝缘体的熔点的温度下压制电池单元。
第二绝缘体可以适当地为具有约90℃至200℃的熔点的聚合物，并且可以在室温下通过冷等静压来压制第二绝缘体。此外，第二绝缘体可以适当地为具有约60℃至90℃的熔点的聚合物，并且可以通过在约90℃或更大的温度下热等静压或者在约90℃或更小的温度下温等静压来压制电池单元。
在一方面中，提供一种全固态电池，其包括阴极层，比阴极层具有更大的面积的阳极层，在阴极层与阳极层之间的固态电解质层，设置在阴极层的外侧或边缘处的第一绝缘体，以及设置在阴极层与第一绝缘体之间的第二绝缘体。特别地，对阴极层、阳极层、固态电解质、第一绝缘体和第二绝缘体进行堆叠以形成电池单元，并且通过压制电池单元，第二绝缘体的隔膜可以形成在阴极层与第一绝缘体之间。
优选地，第二绝缘体可以适当地与第一绝缘体、阴极层和固态电解质层接触。
优选地，在第一绝缘体与阴极的外侧或边缘之间可以存在或出现间隙，并且当电池单元被压制时，第二绝缘体可以适当地熔化，并且至少一部分第二绝缘体可以通过流入间隙而形成隔膜。
第二绝缘体可以包含熔点比第一绝缘体的熔点小并且转变温度比第一绝缘体的转变温度小的第二绝缘材料。例如，第一绝缘体的熔点可以大于约700℃，或者在约100℃至约800℃的范围，或在约200℃至约750℃的范围。此外，第二绝缘体的熔点可以大于约50℃，或者优选地在约50℃至约200℃的范围。
第一绝缘体可以适当地包含聚酰亚胺，并且第二绝缘体可以适当地包含聚环氧乙烷(PEO)、聚偏二氟乙烯(PVDF)或聚偏二氟乙烯共聚物。
优选地，第二绝缘体的熔点可以大于压制时的温度，并且第二绝缘体的转变温度小于压制时的温度。或者，第二绝缘体的熔点可以小于压制时的温度。
在本文中进一步提供一种包括如本文所述的全固态电池的车辆。
本发明的其它方面在下文中公开。
根据本发明，由于通过在阴极的外侧或边缘处设置第一绝缘体，在第一绝缘体和阴极附近设置包含不同材料的第二绝缘体并且随后压制它们来制备电池单元，所以可以防止电解质膜由于压制而坍塌，并因此可以防止在电池中产生短路。
此外，由于第一绝缘体与阴极之间的间隙可以有效地由第二绝缘体的隔膜填充，因此可以自由地选择第一绝缘体的尺寸和形状。
特别地，由于电池单元可以通过堆叠第一绝缘体和第二绝缘体并在对温度进行调节的情况下进行一次性压制来制得，因此可以改进生产率。
附图说明
现在将参考附图中所示的某些示例性实施方案来详细描述本发明的上述和其它特征，这些示例性实施方案在下文仅以说明的方式给出，因此不限制本发明，并且其中：
图1为根据本发明的示例性实施方案的在边缘处具有绝缘体的示例性全固态电池的截面视图；
图2描绘出在压制之前图1中的示例性全固态电池的一部分；
图3A和图3B描绘出在压制之后示例性全固态电池的变化；
图4为根据本发明示例性实施方案的示例性全固态电池的截面视图；
图5描绘出在压制之前图4中的全固态电池的一部分；
图6A和图6B描绘出在压制之后全固态电池的变化；以及
图7A至图7F依次示出根据本发明示例性实施方案制备示例性全固态电池的示例性方法的各个步骤。
具体实施方式
在本文中使用的术语仅是为了描述特定的实施方案的目的，而并非旨在进行限制。如在本文中所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一”和“该”旨在也包括复数形式。还应理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”、“包含”、“具有”等说明所述的特征、区域、整数、步骤、操作、元件和/或成分的存在，但是不排除一个或多个其它特征、区域、整数、步骤、操作、元件、成分和/或其组合的存在或添加。
应当理解，如在本文中所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(SUV)、大客车、卡车、各种商用车辆的乘用车辆，包括各种舟艇和船舶的船只，航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、可插式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如源于非石油的能源的燃料)。正如本文中所指代的那样，混合动力车辆是具有两个或更多个动力源的车辆，例如具有汽油动力和电力动力的车辆。
此外，除非特别说明或从上下文中可明显看出，否则如在本文中所使用的，术语“约”应理解为在本领域的正常公差范围内，例如在平均值的两个标准差内。“约”可以理解为在所述值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％内。除非上下文另外明示，否则在本文中提供的所有数值均由术语“约”修饰。
在下文中，将参考附图来详细地描述本发明的实施方案。
在一个优选的实施方案中，全固态电池可以通过并联堆叠两个或更多个电池单元来形成，每个单元电池包括阳极集电体(collector)(基底)，在阳极集电体5上的阳极层4，在阳极层4上的固态电解质层，阴极集电体(基底)，以及阴极集电体3上的阴极层2。
示例性的电池结构示于图1中，其示出了具有两个并联堆叠的电池单元的全固态电池1的示例。具体而言，在图1的全固态电池1中，阳极层4可以具有比阴极层2的面积大的面积以抑制锂的抽出(extraction)并使电池的能量效率最大化，并且绝缘层可以设置在阴极层2的外侧或边缘处以解决在电池边缘处短路的问题。
但是，当在该构造上进行图2中所示的压制时，电池结构可以如图3A和图3B中那样进行变形，并且在边缘处可能发生短路。
例如，当压制电池时，如在图3A中所示，固态电解质层6可能坍塌，并且可能使得阳极和阴极彼此接触，从而在位置A处可能发生短路。在压制之后，根据绝缘体或阴极层2的厚度的减小程度，在绝缘体与阴极之间可能存在错位(例如厚度差异)。特别地，固态电解质层6可能由于错位而坍塌，使得阳极层4和阴极层可能彼此接触。
同时，如在图3B中所示，当间隙可能形成在阴极层2与绝缘体之间时，固态电解质可以流入该间隙，并且固态电解质层6可能在位置B处坍塌。
本发明的实施方案的特征可以在于额外地将另一个绝缘体附接在预定位置处。
优选地，除了设置在阴极层2的外侧或边缘处的第一绝缘体7之外，电池还可以进一步包括设置在阴极层2与第一绝缘体7之间的第二绝缘体8。优选地，第二绝缘体8可以适当地设置成与第一绝缘体7、阴极层2和固态电解质层6全都接触。第二绝缘体8可以通过防止固态电解质层6在第一绝缘体7与阴极层2之间坍塌来防止示例性电池中的短路。
优选地，第二绝缘体8可以包含与第一绝缘体7的材料不同的材料。特别地，第一绝缘体7和第二绝缘体8可以包含使得第二绝缘体8的熔点和转变温度可以小于第一绝缘体7的熔点和转变温度的不导电的材料。
例如，第一绝缘体7可以包含不具有导电性的材料，可以具有较高的熔点和转变温度，并因此可以在高温和高压下不会熔化或严重变形。由此，可以防止因错位而引起固态电解质层坍塌，所述错位是由于第一绝缘体在高压压制时变形而在第一绝缘体7与阴极之间形成的。例如，第一绝缘体7可以为包含聚酰亚胺、SBR(苯乙烯-丁二烯橡胶)、Nafion(四氟乙烯)、Teflon(聚四氟乙烯，PEFE)、PAA(聚丙烯酸)或PVA(聚乙烯醇)的膜。
第二绝缘体8也可以包含不具有导电性的材料，并且可以由于低熔点和转变温度(Tg)而在高温和高压下容易变形。例如，第二绝缘体8可以在用于压制的高温和高压下适当地变形，从而可以容易地在期望的位置处形成隔膜(membrane)。优选地，第二绝缘体8可以不含脆性玻璃质聚合物，而包含柔性结晶聚合物。
因此，第二绝缘体可以包含因为其在高温和高压下变形而易于形成隔膜的材料，例如聚环氧乙烷(PEO)、聚偏二氟乙烯(PVDF)或聚偏二氟乙烯共聚物。
下表1示出了可以用于第一绝缘体7和第二绝缘体8的材料的转变温度和熔点。
表1
聚酰亚胺 PEO PVdF PVdF-HFP
转变温度(℃) 633～683 -67 -40 -40或更小
熔点(℃) 700或更大 66.2 162 143
包括第一绝缘体7和第二绝缘体8的全固态电池1的详细结构示于图5中，并且除了第二绝缘体8之外与图1的结构相同。
如在图5中所示，第一绝缘体7可以设置在阴极层2的外侧或边缘处，并且第二绝缘体8可以设置在阴极层2与第一绝缘体7之间，因此当压制电池时，第二绝缘体8可以在阴极层2与第一绝缘体7之间形成隔膜。
在图6A至图6B中示出了可以在压制时形成第二绝缘体8的隔膜的示例。
图6A示意性地示出第二绝缘体8的隔膜可以形成于因错位而引起的电解质层6的坍塌位置处，由此防止短路。
特别地，在本发明的示例性实施方案中，在压制过程中，第二绝缘体8可以变形并且在阴极层2、第一绝缘体7和固态电解质层6之间的结合处形成隔膜。
因此，即使固态电解质层6由于阴极层2与第一绝缘体7之间的错位而坍塌，第二绝缘体8的隔膜也可以防止阴极层2与阳极层4之间的直接接触，从而防止在电池中产生短路。
例如，在图6A-6B的示例中，不同于图3A-3B，由于第二绝缘体8在固态电解质层6的坍塌位置处形成隔膜，所以可以防止阴极与阳极之间的直接接触。
优选地，第二绝缘体8可以包含使得熔点可以大于压制时的温度而转变温度可以小于压制时的温度的聚合物。
例如，压制时的温度范围可以为第二绝缘体8的转变温度或更大，并且可以为第二绝缘体8的熔点或更小。例如，压制温度可以大于约-30℃。此外，压制温度可以小于约60℃。在这些温度范围内，第二绝缘体8可以不熔化并且保持聚合物的柔性和延展性质，从而可以有效地在阴极和第二绝缘体之间形成隔膜。
第二绝缘体8可以适当地包含熔点为约200℃或更小，或者特别地为约90℃至200℃的聚偏二氟乙烯(PVDF)或聚偏二氟乙烯共聚物，并且可以在室温下进行冷等静压(coldisostatic pressing)。
同时，图6B示出了在阴极层2与第一绝缘体7之间存在的间隙，并且第二绝缘体8可以用作防止固态电解质层6流入间隙的隔膜。
在这种情况中，第二绝缘体8的熔点可以大于压制时的温度，从而使得在压制过程中，第二绝缘体8可以熔化以具有流动性并流入阴极层2与第一绝缘体7之间的间隙。因此，间隙可以基本上由第二绝缘体8填充，由此防止固态电解质层6由于间隙而坍塌。
第二绝缘体8可以适当地包含熔点为约90℃或更小，或者特别地为约60℃至90℃的例如聚环氧乙烷(PEO)的聚合物，并且压制可以为在约90℃或更大的温度下的热等静压(hot isostatic pressing)或者在约90℃或更小的温度下的温等静压(warm isostaticpressing)。其它适用于第二绝缘体的材料可以包含例如具有约67℃的熔点的反式-1,4-聚异戊二烯或具有约76℃的熔点的聚环氧丙烷。
图7A至图7F示出根据本发明示例性实施方案制备全固态电池1的示例性方法的步骤。
首先，如在图7A中所示，阴极层2可以在以阴极集电体3作为基底的情况下形成。阴极层2可以在基底的两侧平行地形成。
阴极层2可以通过利用复合阴极浆料涂布作为基底的由金属制成的集电体而形成。复合阴极浆料可以包括阴极活性材料，其可以为二次电池中通常使用的NCM类材料、LCO类材料、NCA类材料和LFP类材料。
阴极复合物可以适当地为阴极活性材料、导电材料和粘合剂的复合物，并且优选地，这种阴极复合物可以以浆料状态涂布在阴极集电体3上。
接下来，如在图7B中所示，可以将第一绝缘体7附接到阴极层2的外侧或边缘。第一绝缘体7可以固定在阴极集电体3或基底上，并且可以考虑由压制引起的第一绝缘体7和阴极层2的厚度变化来确定第一绝缘体7的厚度。优选地，第一绝缘体7可以具有使得在压制之后在第一绝缘体7与阴极层2之间不会形成错位的较大的厚度。
图7C示出了主要压制阴极层2和绝缘层的预压制。优选地，可以以将阴极层2和绝缘层压制为使得层可以对齐。
预压制之后，如在图7D中所示，第二绝缘体8可以设置在阴极层2与第一绝缘体7之间。与第一绝缘体7相比，第二绝缘体8可以包含具有低的熔点和转变温度的聚合物。
优选地，通过制备包含第二绝缘体8的浆料，将浆料施加在阴极层2与第一绝缘体7之间，然后将其干燥，可以如在图7D中所示地设置第二绝缘体8。
或者，可以以带状物形式制成第二绝缘体8，然后将它们附接在阴极层2与第一绝缘体7之间。
在将第二绝缘体8设置在预定位置之后，如在图7E中所示，可以堆叠固态电解质层6和阳极层4。
阳极层4可以在将阴极集电体5作为基底的情况下通过涂布而形成。例如，可以通过利用复合阳极浆料涂布作为基底的由金属制成的集电体来形成阳极层4，并且复合阳极浆料可以包含通常用于二次电池中的阳极活性材料，例如硅(Si)、锡(Sn)和石墨。阴极复合物可以适当地为包含阳极活性材料、导电材料和粘合剂的复合物，并且优选地，这种阳极复合物可以以浆液状态进行涂布。
固态电解质层6可以通过涂布或层压由硫化物类材料或氧化物类材料制成的固态电解质而形成。
在阴极层2、阳极层4和固态电解质层6可以全部堆叠之后，可以进行主压制，如在图7F中所示。在主压制中，第二绝缘体8可以通过变形或熔化并流入阴极层2与第一绝缘体7之间的间隙而形成隔膜。
因此，即使固态电解质层6在压制时坍塌，也可以通过第二绝缘体8来防止阴极层2与阳极层4之间的直接接触，从而能够防止电池中的短路。
尽管参考实施方案而描述了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，本领域技术人员可以以各种方式改变和修改本发明。此外，在不脱离本发明的必要范围的情况下，可以以各种方式改变具体情形或材料。因此，本发明并不限于基于实施方案的详细说明，并且可以包括权利要求内的所有实施方案。

Claims (19)

1.一种制备全固态电池的方法，其包括：
形成阴极层；
形成面积大于阴极层的面积的阳极层；
在阴极层与阳极层之间形成固态电解质层；
在阴极层的至少边缘处设置第一绝缘体；
在阴极层与第一绝缘体之间设置第二绝缘体；
通过堆叠阴极层、阳极层、固态电解质层、第一绝缘体和第二绝缘体来形成电池单元；以及
通过压制电池单元而在阴极层与第一绝缘体之间形成第二绝缘体的隔膜。
2.根据权利要求1所述的制备全固态电池的方法，其中，第二绝缘体与第一绝缘体、阴极层和固态电解质层接触。
3.根据权利要求1所述的制备全固态电池的方法，其中，在第一绝缘体与阴极层的边缘之间存在间隙，并且当压制电池单元时，至少一部分第二绝缘体流入所述间隙中。
4.根据权利要求1所述的制备全固态电池的方法，其中，通过在阴极层与第一绝缘体之间施加包含第二绝缘材料的浆料来设置第二绝缘体。
5.根据权利要求1所述的制备全固态电池的方法，其中，通过将以带状物形式形成的第二绝缘材料附接在阴极层与第一绝缘体之间来设置第二绝缘体。
6.根据权利要求1所述的制备全固态电池的方法，其中，第二绝缘体包含第二绝缘材料，所述第二绝缘材料具有比第一绝缘体的熔点小的熔点以及比第一绝缘体的转变温度小的转变温度。
7.根据权利要求1所述的制备全固态电池的方法，其中第一绝缘体包含选自聚酰亚胺、苯乙烯-丁二烯橡胶、四氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯酸和聚乙烯醇中的一种材料，并且第二绝缘体由选自聚环氧乙烷、聚偏二氟乙烯和聚偏二氟乙烯共聚物中的一种材料制成。
8.根据权利要求1所述的制备全固态电池的方法，其中，在小于第二绝缘体的熔点并大于第二绝缘体的转变温度的温度下压制电池单元。
9.根据权利要求1所述的制备全固态电池的方法，其中，在大于第二绝缘体的熔点的温度下压制电池。
10.根据权利要求6所述的制备全固态电池的方法，其中，第二绝缘体包含熔点为90℃至200℃的聚合物，并且在室温下通过冷等静压来压制第二绝缘体。
11.根据权利要求6所述的制备全固态电池的方法，其中，第二绝缘体包含熔点为60℃至90℃的聚合物，并且通过在90℃或更大的温度下的热等静压，或者通过在90℃或更小的温度下的温等静压来压制电池。
12.一种全固态电池，其包括：
阴极层，
阳极层，其面积大于阴极层的面积，
固态电解质层，其设置在阴极层与阳极层之间，
第一绝缘体，其设置在阴极层的边缘处，以及
第二绝缘体，其设置在阴极层与第一绝缘体之间，
其中，对阴极层、阳极层、固态电解质层、第一绝缘体和第二绝缘体进行堆叠以形成电池单元，
通过压制电池单元而在阴极层与第一绝缘体之间形成第二绝缘体的隔膜。
13.根据权利要求12所述的全固态电池，其中，第二绝缘体与第一绝缘体、阴极层和固态电解质层接触。
14.根据权利要求12所述的全固态电池，其中，在第一绝缘体与阴极层的边缘之间存在间隙，并且当压制经堆叠的电池时，第二绝缘体熔化，并且至少一部分第二绝缘体通过流入所述间隙中而形成第二绝缘体的隔膜。
15.根据权利要求12所述的全固态电池，其中，第二绝缘体包含第二绝缘材料，所述第二绝缘材料具有比第一绝缘体的熔点小的熔点以及比第一绝缘体的转变温度小的转变温度。
16.根据权利要求12所述的全固态电池，其中，第一绝缘体包含选自聚酰亚胺、苯乙烯-丁二烯橡胶、四氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯酸和聚乙烯醇中的一种材料，并且第二绝缘体由选自聚环氧乙烷、聚偏二氟乙烯和聚偏二氟乙烯共聚物中的一种材料制成。
17.根据权利要求15所述的全固态电池，其中，第二绝缘体的熔点大于压制时的温度，并且第二绝缘体的转变温度小于压制时的温度。
18.根据权利要求15所述的全固态电池，其中第二绝缘体的熔点小于压制时的温度。
19.一种车辆，其包括根据权利要求12所述的全固态电池。
CN201711262916.4A 2017-10-31 2017-12-04 全固态电池及其制备方法 Active CN109728355B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2017-0143166 2017-10-31
KR1020170143166A KR102518686B1 (ko) 2017-10-31 2017-10-31 전고체 전지의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 전고체 전지

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109728355A true CN109728355A (zh) 2019-05-07
CN109728355B CN109728355B (zh) 2022-07-22

Family

ID=66243296

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711262916.4A Active CN109728355B (zh) 2017-10-31 2017-12-04 全固态电池及其制备方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10581047B2 (zh)
KR (1) KR102518686B1 (zh)
CN (1) CN109728355B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115084620A (zh) * 2021-03-11 2022-09-20 本田技研工业株式会社 固体电池

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11881560B2 (en) 2016-10-12 2024-01-23 Prologium Technology Co., Ltd. Lithium battery structure and electrode layer thereof
KR102509769B1 (ko) * 2017-03-06 2023-03-14 가부시키가이샤 리코 박막 전극, 수지층 형성 잉크, 무기층 형성 잉크, 및 전극 인쇄 장치
KR102529492B1 (ko) * 2017-11-17 2023-05-04 현대자동차주식회사 전고체 전지의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 전고체 전지
JP7046185B2 (ja) * 2018-07-18 2022-04-01 本田技研工業株式会社 固体電池用正極、固体電池用正極の製造方法、および固体電池
KR102201338B1 (ko) * 2019-06-26 2021-01-12 한국생산기술연구원 전고체전지 단위셀, 그를 포함하는 바이폴라 전고체전지 및 그의 제조방법
US11715845B2 (en) * 2019-09-02 2023-08-01 Samsung Electronics Co., Ltd. All solid battery
JP7276689B2 (ja) * 2019-10-02 2023-05-18 トヨタ自動車株式会社 積層電池およびその製造方法
CN112786969B (zh) * 2019-11-08 2023-08-29 辉能科技股份有限公司 锂电池结构及其极层结构
US20230163415A1 (en) * 2020-04-06 2023-05-25 Lg Energy Solution, Ltd. All-solid-state battery and method for manufacturing all-solid-state battery
WO2022050534A1 (ko) * 2020-09-07 2022-03-10 삼성에스디아이 주식회사 전고체 이차전지, 적층 전고체 이차전지 및 이것들의 제조 방법
KR102485801B1 (ko) * 2020-09-28 2023-01-09 한국생산기술연구원 고로딩 전극을 적용한 모노폴라 전고체전지 단위셀, 그를 포함하는 모노폴라 전고체전지 및 그의 제조방법
KR20220060186A (ko) * 2020-11-04 2022-05-11 주식회사 엘지에너지솔루션 음극보다 면적이 넓은 양극을 포함하는 전고체전지 및 이의 제조방법
KR20220096936A (ko) * 2020-12-31 2022-07-07 삼성전기주식회사 전고체 전지
WO2023080216A1 (ja) * 2021-11-04 2023-05-11 大日本印刷株式会社 絶縁性フィルム、全固体電池、全固体電池の製造方法
KR20230084671A (ko) * 2021-12-06 2023-06-13 삼성전기주식회사 전고체 전지 및 전고체 전지의 제조방법
KR20230150058A (ko) * 2022-04-21 2023-10-30 삼성에스디아이 주식회사 전고체 이차전지, 전고체 이차전지 구조체, 및 전고체 이차전지 제조방법
WO2023211132A1 (ko) * 2022-04-26 2023-11-02 삼성에스디아이 주식회사 전고체 전지 및 그 제조장비와 제조방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102903923A (zh) * 2011-04-12 2013-01-30 美国电化学动力公司 一种全固态储能装置
US20130344357A1 (en) * 2011-03-17 2013-12-26 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Solid battery and method for manufacturing solid battery
US20150147629A1 (en) * 2013-11-27 2015-05-28 Lg Chem, Ltd. Electrode assembly and electrochemical device including the same
CN106816640A (zh) * 2015-12-02 2017-06-09 丰田自动车株式会社 层叠型全固体电池

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5494338B2 (ja) * 2010-08-03 2014-05-14 トヨタ自動車株式会社 電極体の製造方法及び電極体
JP2015076272A (ja) 2013-10-09 2015-04-20 トヨタ自動車株式会社 全固体電池
JP2015125893A (ja) 2013-12-26 2015-07-06 トヨタ自動車株式会社 全固体電池の製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130344357A1 (en) * 2011-03-17 2013-12-26 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Solid battery and method for manufacturing solid battery
CN102903923A (zh) * 2011-04-12 2013-01-30 美国电化学动力公司 一种全固态储能装置
US20150147629A1 (en) * 2013-11-27 2015-05-28 Lg Chem, Ltd. Electrode assembly and electrochemical device including the same
CN106816640A (zh) * 2015-12-02 2017-06-09 丰田自动车株式会社 层叠型全固体电池

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115084620A (zh) * 2021-03-11 2022-09-20 本田技研工业株式会社 固体电池

Also Published As

Publication number Publication date
KR102518686B1 (ko) 2023-04-05
CN109728355B (zh) 2022-07-22
US10581047B2 (en) 2020-03-03
US20190131603A1 (en) 2019-05-02
KR20190048312A (ko) 2019-05-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109728355A (zh) 全固态电池及其制备方法
JP5131283B2 (ja) 固体電池の製造方法及び固体電池
US10177387B2 (en) Bipolar battery current collector that contracts to interrupt a flow of electric current in a direction thereof and bipolar battery
JP6538023B2 (ja) 折曲げ電極を含む電気化学電池、その構成成分、該電気化学電池を含むバッテリー、および当該電池等を形成する方法
US20150303484A1 (en) Current collector, electrode, secondary battery, and capacitor
EP3043406A1 (en) Solid-state batteries and methods for fabrication
CN104541401A (zh) 固态电池组的制造
CN110100344B (zh) 全固态电池用电极组件及其制造方法
KR102440683B1 (ko) 전고체 전지의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 전고체 전지
JP6683165B2 (ja) 全固体電池の製造方法
US20210036360A1 (en) Sulfide-impregnated solid-state battery
CN109988522B (zh) 胶带、含有该胶带的电化学装置
US20160315314A1 (en) Lithium electrode for a lithium-ion battery, and method for the production thereof
CN110998951A (zh) 电极片制造方法、全固态电池以及全固态电池制造方法
CN109216754B (zh) 全固态电池及其制造方法
CN107819103B (zh) 具有提高的活性材料份额的电极
WO2016067851A1 (ja) 蓄電デバイス及び蓄電デバイスの製造方法
US11942605B2 (en) Solid-state battery
JP6264780B2 (ja) 電極製造方法および電極製造装置
KR20160113409A (ko) 인쇄가능한 겔 타입 하이브리드 전해질을 포함한 리튬이차전지 제조방법
US20200280089A1 (en) Flexible battery
JP2010251018A (ja) 電池用電極の製造方法および製造装置
JP2018195523A (ja) 全固体型二次電池及び全固体型二次電池の製造方法
CN220367968U (zh) 一种储能装置
JP6993277B2 (ja) 絶縁層形成用組成物、電気化学素子用電極体、および電気化学素子

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant