CN114927765A - 全固态电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种全固态电池及其制备方法，其中制备方法包括：步骤A：准备正极板，所述正极板由正极材料制成；步骤B：在所述正极板的一面上依次气相沉积导电增强薄膜和正极集电极，且在所述正极板的另一面上依次气相沉积固态电解质薄膜、负极薄膜、导电增强薄膜以及负极集电极。基于本发明的方案，提供了一种全新的连续镀膜方法，有利于优化全固态电池的制备方案及电池性能。
Description
技术领域
本发明涉及大规模储能、动力能源领域，特别是涉及全固态电池及其制备方法。
背景技术
现有的常规电池储能系统采用液态电解质，存在着易泄露、易腐蚀、服役寿命短、安全性差与可靠性低等问题，不能完全满足规模化工业储能在安全性方面的要求。
由于液态电解质多为可燃的液态材料，若电极与电解质之间的界面上产生枝晶，电池可能会因短路而发生自燃，导致安全事故。为了防止电池因枝晶的生成而导致短路，现有技术必须在电池的两极之间放置隔膜，这既增加了电池的结构复杂性，提高了生产成本和电池重量，又降低了电池的能量密度。
发明人认识到，引入薄膜制造技术制备全固态电池，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
本背景技术所公开的上述信息仅仅用于增加对本申请背景技术的理解，因此，其可能包括不构成本领域普通技术人员已知的现有技术。
发明内容
本发明的一个目的是要克服现有技术中的至少一个技术缺陷，提供一种全固态电池及其制备方法。
本发明的一个进一步的目的是提供一种全固态电池的制备方法，简化电池结构、获得良好的电池性能且提高安全性。
本发明的又一个进一步的目的是提供一种全新的镀膜方法，优化全固态电池的制备方案及电池性能。
根据本发明的一方面，提供了一种全固态电池的制备方法，包括：步骤A：准备正极板，正极板由正极材料制成；步骤B：在正极板的一面上依次气相沉积导电增强薄膜和正极集电极，且在正极板的另一面上依次气相沉积固态电解质薄膜、负极薄膜、导电增强薄膜以及负极集电极。
可选地，在步骤A之后，且在步骤B之前，还包括：将正极板输送至连续磁控溅射生产线，以在正极板的两面上分别通过溅射进行气相沉积。
可选地，在将正极板输送至连续磁控溅射生产线的步骤中，先将正极板安装至传送工装线，并利用传送工装线将正极板传送到连续磁控溅射生产线。
可选地，准备正极板的步骤包括：将正极材料烧结成板状，经平整化加工以及清洗，得到正极板。
可选地，在准备正极板的步骤中，正极材料为锂电池正极材料或钠电池正极材料。
可选地，在准备正极板的步骤中，制得的正极板的表面平整误差小于0.15μm。
可选地，在正极板的一面上气相沉积正极集电极的步骤中，沉积的正极集电极的膜层厚度为30～50μm。
可选地，在正极板的另一面上气相沉积固态电解质薄膜的步骤中，固态电解质薄膜为磷化物、氧化物和硫化物中的一种或多种，且固态电解质薄膜的膜层厚度为10～10000nm。
可选地，在正极板的另一面上气相沉积负极薄膜的步骤中，负极薄膜为合金薄膜、氧化物薄膜或硫化物薄膜，其中合金为锂及含锂的合金、钠及含钠的合金、或者过渡金属的合金；且负极薄膜的膜层的厚度为100～2000000nm。
可选地，沉积在正极板的一面的导电增强薄膜、以及沉积在正极板的另一面的导电增强薄膜分别包括石墨烯薄膜，且膜层厚度分别为1～20nm。
可选地，在正极板的另一面上气相沉积负极集电极的步骤中，负极集电极为铜膜或者铝膜，且负极集电极的膜层厚度为30～50μm。
可选地，在正极板的另一面上依次气相沉积固态电解质薄膜、负极薄膜、导电增强薄膜以及负极集电极之后，还包括：在负极集电极上气相沉积封装保护膜，封装保护膜为惰性材料的薄膜，其中，惰性材料为硅或铝的氧化物，或者为硅或铝的氮化物。
可选地，在正极板上气相沉积正极集电极的步骤中，在真空度抽到设定值后，通入Ar 150sccm～530sccm，保持真空度在0.01～0.99Pa进行溅射沉积，使得沉积的正极集电极的膜层厚度为30～50μm；
在正极板上气相沉积固态电解质薄膜的步骤中，在真空度抽到设定值后，通入Ar300sccm～580sccm，O2 50sccm～180sccm，N2 40sccm～280sccm，保持真空度在0.01～0.99Pa进行溅射沉积，使得沉积的固态电解质薄膜的膜层厚度为10～10000nm；
在正极板上气相沉积负极薄膜的步骤中，在真空度抽到设定值后，通入Ar200sccm～630sccm，保持真空度在0.01～0.99Pa进行溅射沉积，使得沉积的负极薄膜的膜层厚度为100～2000000nm；
在正极板上气相沉积导电增强薄膜的步骤中，在真空度抽到设定值后，通入Ar150sccm～530sccm，保持真空度在0.01～0.99Pa进行溅射沉积，使得沉积的导电增强薄膜的膜层厚度为1～20nm；
在正极板上气相沉积负极集电极的步骤中，在真空度抽到设定值后，通入Ar150sccm～530sccm，保持真空度在0.01～0.99Pa进行溅射沉积，使得沉积的负极集电极的膜层厚度为30～50μm；
在正极板上气相沉积封装保护膜的步骤中，在真空度抽到设定值后，通入Ar320sccm～580sccm，O2 150sccm～280sccm，N2140sccm～280sccm，保持真空度在0.01～0.99Pa进行溅射沉积，使得沉积的封装保护膜的膜层厚度为600～1500nm。
根据本发明的另一方面，还提供了一种如上述任一项的全固态电池的制备方法所制备的全固态电池。
本发明的全固态电池及其制备方法，通过在正极板的两面上气相沉积各层薄膜得到全固态电池，沉积的各层薄膜材料之间结合紧密，具有极好的界面结合性和协调性，有非常低的界面内阻，减小了接触面电阻，有利于提高电池的能量密度、比能量、比功率、能量效率以及能量保持率。制得的电池结构简单、电池性能高且安全性高。
进一步地，本发明的全固态电池及其制备方法，在将正极板输送至连续磁控溅射生产线之后，可在生产线上连续地依次沉积各层薄膜，在整个镀膜过程中，正极板无需离开生产线，成膜质量优，杂质含量低，自动化程度高，制备方法简易。因此，基于本发明的方案，提供了一种全新的连续镀膜方法，有利于优化全固态电池的制备方案及电池性能。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是根据本发明一个实施例的全固态电池的制备方法的示意图；
图2是根据本发明一个实施例的全固态电池的示意性结构图。
具体实施方式
图1是根据本发明一个实施例的全固态电池10的制备方法的示意图。全固态电池10(以下可简称“电池10”)的制备方法一般性地可包括如下步骤：
步骤A，准备正极板130，正极板130由正极材料制成。本步骤中，制得的正极板130的外形为板状，例如平板状，且其成分为正极材料。
步骤B，在正极板130的一面上依次气相沉积导电增强薄膜120和正极集电极110，且在正极板130的另一面上依次气相沉积固态电解质薄膜140、负极薄膜150、导电增强薄膜160以及负极集电极170。
由于正极板130的外形为板状，因此，其具有一正一反两个板面，可以选择正极板130的任一板面作为气相沉积导电增强薄膜120和正极集电极110的直接载体，并选择另一板面作为气相沉积固态电解质薄膜140、负极薄膜150、导电增强薄膜160以及负极集电极170的直接载体。在正极板130的两面上进行气相沉积的先后顺序可以根据实际需要进行设置，例如，既可以先在正极板130的正面进行气相沉积，也可以先在正极板130的反面进行气相沉积。
在正极板130的一面(例如，正面)上依次气相沉积导电增强薄膜120和正极集电极110是指，先在正极板130的板面上气相沉积导电增强薄膜120，然后再在导电增强薄膜120上气相沉积正极集电极110。在正极板130的另一面(例如，反面)上依次气相沉积固态电解质薄膜140、负极薄膜150、导电增强薄膜160以及负极集电极170是指，先在正极板130的另一板面上气相沉积固态电解质薄膜140，然后再在固态电解质薄膜140上气相沉积负极薄膜150，接着再在负极薄膜150上气相沉积导电增强薄膜160，而后在导电增强薄膜160上气相沉积负极集电极170。
使用上述制备方法，通过在正极板130的两面上气相沉积各层薄膜得到全固态电池10，沉积的各层薄膜材料之间结合紧密，具有极好的界面结合性和协调性，有非常低的界面内阻，减小了接触面电阻，有利于提高电池10的能量密度、比能量、比功率、能量效率以及能量保持率。制得的电池10结构简单、电池10性能高且安全性高。
需要说明的是，在气相沉积之前，通过预先准备正极板130，可以利用正极板130充当气相沉积的基体，无需再布置其他基体，并且可以按照预设的顺序气相沉积其他各层薄膜，从而形成全固态电池10。
在步骤A之后，且在步骤B之前，制备方法还可以进一步地包括：将正极板130输送至连续磁控溅射生产线，以在正极板130的两面上分别通过溅射进行气相沉积。也就是说，除了正极板130之后，全固态电池10的各层薄膜是通过磁控溅射方法沉积而成的。
在将正极板130输送至连续磁控溅射生产线之后，可在生产线上连续地依次沉积各层薄膜，在整个镀膜过程中，正极板130无需离开生产线，成膜质量优，杂质含量低，自动化程度高，制备方法简易。因此，基于本实施例的方案，提供了一种全新的连续镀膜方法，有利于优化全固态电池10的制备方案及电池10性能。
采用磁控溅射技术沉积全固态电池10的各层薄膜，可以提高各层气相沉积薄膜之间、以及气相沉积薄膜与正极板130之间的结合力，提高全固态电池10的稳定性，且能保证气相沉积薄膜的致密度和成膜均匀性，提高全固态电池10的性能。
在将正极板130输送至连续磁控溅射生产线的步骤中，连续磁控溅射生产线是指可连续溅射多个薄膜的磁控溅射生产线。连续磁控溅射生产线上安装有多个靶材，每个靶材用于溅射一个薄膜。通过控制多个靶材按照预设的顺序分别发生溅射，可在正极板130上依次沉积各个薄膜。本步骤中，例如，可先在正极板130的正面上依次气相沉积导电增强薄膜120和正极集电极110，例如通过控制导电增强薄膜靶材和正极集电极靶材依次发生溅射，可在正极板130的正面上得到依次层叠的导电增强薄膜120和正极集电极110，然后再在正极板130的反面上依次气相沉积固态电解质薄膜140、负极薄膜150、导电增强薄膜160以及负极集电极170，例如通过控制固态电解质薄膜靶材、负极薄膜靶材、导电增强薄膜靶材、负极集电极薄膜靶材依次发生溅射，可在正极板130的反面上得到依次层叠的固态电解质薄膜140、负极薄膜150、导电增强薄膜160和负极集电极。
在一些可选的实施例中，在将正极板130输送至连续磁控溅射生产线的步骤中，先将正极板130安装至传送工装线，并利用传送工装线将正极板130传送到连续磁控溅射生产线。值得说明的是，在一些实施例中，在正极板130的一面上得到依次层叠的导电增强薄膜120和正极集电极110之后，传送工装线可以将正极板130翻转180°，使正极板130的另一面裸露出来，以接收各个靶材所溅射的粒子。在另一些实施例中，当以正极板130的一面为直接载体进行气相沉积时，可将未进行气相沉积的另一面保护起来，以防污染。例如可以在传送工装线上采用遮蔽盖板进行遮蔽，或者利用传送工装线调整正极板130的角度，使未进行气相沉积的一面无法接收到各个靶材所溅射的粒子。当然，保护方法并不限于此。
采用上述传送方法，可以利用传送工装线自动地将正极板130输送至指定的位置进行气相沉积，省略人工转运操作，避免人为因素对正极板130的表面状态产生影响，提高传送过程的精度。另外，通过对传送工装线的工位进行调控，可以在连续镀膜的过程中调整正极板130的位置，保证镀膜效果。
在一些可选的实施例中，准备正极板130的步骤包括：将正极材料烧结成板状，经平整化加工以及清洗，得到正极板130。例如，正极板130可以为预先成型的正极材料，其成型过程可以在设定的工艺条件下通过烧结成型，其平整化加工过程可以在专用的机加设备上磨制到规定的尺寸形状，在平整化加工之后，再经超声清洗烘干。
在一些可选的实施例中，平整化加工以及清洗的步骤包括：采用机械加工法或者化学加工法对烧结成板状的正极材料进行处理，使正极材料的表面平整一致，然后进行超声清洗并烘干，使正极材料紧密接合无任何空隙及裂纹，并使制得的正极板130的表面平整误差小于0.15μm。
采用上述步骤，在确保加工的正极材料平面度的同时，可以减小正极材料的形变量，确保正极材料的质量和性能，使正极板130为后续沉积的各层薄膜提供优良的载体。
在一些可选的实施例中，在准备正极板130的步骤中，正极材料为锂电池正极材料或钠电池正极材料。本实施例中，锂电池正极材料是指采用通常的锂电池正极制备工艺制得的所有现有的锂电池的正极材料。例如，锂电池正极材料可以选自由磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂和三元锂组成的物质组中，但不限于此。钠电池正极材料是指采用通常的钠电池正极制备工艺制得的所有现有的钠电池的正极材料。例如，钠电池正极材料可以选自由聚阴离子型正极材料、二维层状过渡金属化合物和过渡金属磷酸盐组成的物质组中，但不限于此。
通过预先烧结正极板130，可以根据实际需要灵活地选取合适的正极材料制备正极板130，使得本实施例的制备方法适用于制备多种全固态电池10，同时可避免采用磁控溅射沉积正极，无需预置正极靶材。
在一些可选的实施例中，在正极板130的一面上气相沉积正极集电极110的步骤中，沉积的正极集电极110可以为铜膜或者铝膜，其膜层厚度为30～50μm。当然，也可以选择其他适当的正极集电极110材料。
在一些可选的实施例中，在正极板130的另一面上气相沉积固态电解质薄膜140的步骤中，固态电解质薄膜140为磷化物、氧化物和硫化物中的一种或多种。例如可以根据实际需要设置固态电解质薄膜140的靶材，从而沉积得到合适的固态电解质薄膜140。固态电解质薄膜140的膜层厚度为10～10000nm。
在正极板130的另一面上气相沉积负极薄膜150的步骤中，负极薄膜150为合金薄膜、氧化物薄膜或硫化物薄膜，其中合金为锂及含锂的合金、钠及含钠的合金、或者过渡金属的合金，其中过渡金属的合金包括锡合金以及钛合金。且负极薄膜150的膜层的厚度为100～2000000nm。
沉积在正极板130的一面的导电增强薄膜120以及沉积在正极板130的另一面的导电增强薄膜160分别包括石墨烯薄膜，且膜层厚度分别为1～20nm。例如，导电增强薄膜120、160可以分别为石墨烯薄膜。在正极板130与正极集电极110之间、以及负极薄膜150和负极集电极170之间分别气相沉积石墨烯薄膜120、160，可以提高导电性，获得极好的界面结合性和协调性，降低界面内阻，减小接触面电阻，有利于提高全固态电池10的能量密度、比能量、比功率、能量效率以及能量保持率，还有利于提高全固态电池10的结构稳定性，减少或避免全固态电池10的内部结构开裂，延长全固态电池10的使用寿命。当然，除了石墨烯薄膜之外，导电增强薄膜还可以替换为具备导电功能或者导电增强功能的其他材料薄膜，例如碳纳米管薄膜等，或者可以替换为多种导电性材料的复合薄膜，但不限于此。
在正极板130的另一面上气相沉积负极集电极170的步骤中，负极集电极170为铜膜或者是铝膜，且负极集电极170的膜层厚度为30～50μm。
在一些可选的实施例中，在正极板130的另一面上依次气相沉积固态电解质薄膜140、负极薄膜150、导电增强薄膜160以及负极集电极170之后，制备方法还可以进一步地包括：在负极集电极170上气相沉积封装保护膜180，封装保护膜180为惰性材料的薄膜，其中，惰性材料为硅或铝的氧化物，或者为硅或铝的氮化物，但不限于此。
在正极板130上气相沉积正极集电极110的步骤中，在真空度抽到设定值后，通入Ar 150sccm～530sccm，保持真空度在0.01～0.99Pa进行溅射沉积，使得沉积的正极集电极110的膜层厚度为30～50μm。
在正极板130上气相沉积固态电解质薄膜140的步骤中，在真空度抽到设定值后，通入Ar 300sccm～580sccm，O2 50sccm～180sccm，N2 40sccm～280sccm，保持真空度在0.01～0.99Pa进行溅射沉积，使得沉积的固态电解质薄膜140的膜层厚度为10～10000nm。
在正极板130上气相沉积负极薄膜150的步骤中，在真空度抽到设定值后，通入Ar200sccm～630sccm，保持真空度在0.01～0.99Pa进行溅射沉积，使得沉积的负极薄膜150的膜层厚度为100～2000000nm。
在正极板130上气相沉积导电增强薄膜120、160的步骤中，以导电增强薄膜为石墨烯薄膜的情况为例，在真空度抽到设定值后，通入Ar 150sccm～530sccm，保持真空度在0.01～0.99Pa进行溅射沉积，使得沉积的导电增强薄膜120、160的膜层厚度为1～20nm。
在正极板130上气相沉积负极集电极170的步骤中，在真空度抽到设定值后，通入Ar 150sccm～530sccm，保持真空度在0.01～0.99Pa进行溅射沉积，使得沉积的负极集电极170薄膜厚度为30～50μm。
在正极板130上气相沉积封装保护膜180的步骤中，在真空度抽到设定值后，通入Ar 320sccm～580sccm，O2 150sccm～280sccm，N2140sccm～280sccm，保持真空度在0.01～0.99Pa进行溅射沉积，使得沉积的封装保护膜180的膜层厚度为600～1500nm。
在以上溅射工艺参数中，真空度抽到设定值是指，将真空度抽到低于3×10-4Pa。采用以上各项溅射工艺参数，可以保证各层薄膜的成分稳定均一，从而提高镀膜质量，提升全固态电池10的性能。通过对各层薄膜的膜层厚度进行选择，制得的全固态电池10具备明显提高的能量密度、比能量、比功率、能量效率以及能量保持率。
图2是根据本发明一个实施例的全固态电池10的示意性结构图。本实施例提供了一种全固态电池10，其为如上述任一项实施例的全固态电池10的制备方法所制备的全固态电池10。全固态电池10一般性地可包括正极板130、依次沉积在正极板130的一面上的导电增强薄膜120和正极集电极110、以及依次沉积在正极板130的另一面上的固态电解质薄膜140、负极薄膜150、导电增强薄膜160、负极集电极170以及封装保护膜180，其中正极板130为由正极材料制成的板材。
例如，在一些实施例中，制成正极板130的正极材料为锂电池正极材料或钠电池10正极材料。本实施例中，锂电池正极材料是指采用通常的锂电池正极制备工艺制得的所有现有的锂电池的正极材料。例如，锂电池正极材料可以选自由磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂和三元锂组成的物质组中，但不限于此。钠电池正极材料是指采用通常的钠电池正极制备工艺制得的所有现有的钠电池的正极材料。例如，钠电池正极材料可以选自由聚阴离子型正极材料、二维层状过渡金属化合物和过渡金属磷酸盐组成的物质组中，但不限于此。
正极集电极110为铜膜或者铝膜，其膜层厚度为30～50μm。
固态电解质薄膜140为磷化物、氧化物和硫化物中的一种或多种。固态电解质薄膜140的膜层厚度为10～10000nm。
负极薄膜150为合金薄膜、氧化物薄膜或硫化物薄膜，其中合金为锂及含锂的合金、钠及含钠的合金、或者过渡金属的合金，其中过渡金属的合金包括锡合金以及钛合金。负极薄膜150的膜层的厚度为100～2000000nm。
在正极板130的两面上分别沉积的导电增强薄膜120、160的膜层厚度分别为1～20nm。
负极集电极170为铜膜或者是铝膜。负极集电极170的膜层厚度为30～50μm。
封装保护膜180为惰性材料的薄膜，其中，惰性材料为硅或铝的氧化物，或者为硅或铝的氮化物，但不限于此。
通过对正极集电极110、固态电解质薄膜140、负极薄膜150、导电增强薄膜160以及负极集电极170的膜层成分和厚度进行上述设计，本实施例的全固态电池10具备较高的能量密度和容量，且具备较优的综合性能。
下面将结合更为具体的实施例1-3针对全固态电池10的制备过程和结构做进一步介绍。
实施例1
以磷酸铁锂为正极材料制备厚度为4000μm的正极板130，按振实密度1.5g/cm3，在连续磁控溅射生产线上，在正极板130的一面上依次镀石墨烯薄膜120和正极集电极110，然后在正极板130的另一面上镀厚度为650nm的固态电解质薄膜140，其薄膜密度为2.3g/cm3，镀厚度为47000nm的负极薄膜150，其薄膜密度为7.9g/cm3，镀厚度为2nm的石墨烯薄膜160，镀厚度为35μm的铜作为负极集电极170，其薄膜密度为8.9g/cm3，镀厚度为1000nm的封装保护膜180，其薄膜密度为2.5g/cm3，其中正极板材料的实际比能量为150mAh/g，制得的全固态电池10的电压为3.4V，该电池10的容量为3060Wh,其质量比容量为457.8mWh/g。
实施例2
以钴酸锂为正极材料制备厚度为4500μm的正极板130，按振实密度2.9g/cm3，在连续磁控溅射生产线上，在正极板130的一面上依次镀石墨烯薄膜120和正极集电极110，然后在正极板130的另一面上镀厚度为650nm的固态电解质薄膜140，其薄膜密度为2.3g/cm3，镀厚度为80000nm的负极薄膜150，其薄膜密度为7.9g/cm3，镀厚度为2nm的石墨烯薄膜160，镀厚度为35μm的铜作为负极集电极170，其薄膜密度为8.9g/cm3，镀厚度为1000nm的封装保护膜180，其薄膜密度为2.5g/cm3，其中正极板材料的实际比能量为180mAh/g，制得的全固态电池10的电压为4.2V，该电池10的容量为9865.8Wh,其质量比容量为704.8mWh/g。
实施例3
以磷酸铁锂为正极材料制备厚度为5000μm的正极板130，按振实密度1.5g/cm3，在连续磁控溅射生产线上，在正极板130的一面上依次镀石墨烯薄膜120和正极集电极110，然后在正极板130的另一面上镀厚度为650nm的固态电解质薄膜140，其薄膜密度为2.3g/cm3，镀厚度为50000nm的负极薄膜150，其薄膜密度为7.9g/cm3，镀厚度为2nm的石墨烯薄膜160，镀厚度为35μm的铝作为负极集电极170，其薄膜密度为2.7g/cm3，镀厚度为1000nm的封装保护膜180，其薄膜密度为2.5g/cm3，其中正极板材料的实际比能量为150mAh/g，制得的全固态电池10的电压为3.4V，该电池10的容量为3825Wh,其质量比容量为478.5mWh/g。
上述实施例1-3中，正极集电极110为膜层厚度为35μm的铜膜，其薄膜密度为2.7g/cm3。夹在正极集电极110与正极板130之间的石墨烯薄膜120的膜层厚度为2nm。
以上实施例的全固态电池10及其制备方法，通过在正极板130的两面上气相沉积各层薄膜得到全固态电池10，沉积的各层薄膜材料之间结合紧密，具有极好的界面结合性和协调性，有非常低的界面内阻，减小了接触面电阻，有利于提高电池10的能量密度、比能量、比功率、能量效率以及能量保持率。制得的电池10结构简单、电池10性能高且安全性高。在将正极板130输送至连续磁控溅射生产线之后，可在生产线上连续地依次沉积各层薄膜，在整个镀膜过程中，正极板130无需离开生产线，成膜质量优，杂质含量低，自动化程度高，制备方法简易。因此，基于本发明的方案，提供了一种全新的连续镀膜方法，有利于优化全固态电池10的制备方案及电池10性能。
本发明的全固态电池10及其制备方法，实现了电池结构的完全固态化，彻底地取消了电池中的液态电解质和隔膜结构，可使得电池完全消除可燃性，具有强的耐高温性能、无任何腐蚀性、没有任何的挥发性等优点。而且电池结构中完全消除了隔膜，可达到电池极高的比能量、高的能量密度、高的比功率，高的能量效率和能量保持率。
本发明的全固态电池10还具有极好的界面结合性和协调性，有非常低的界面内阻，提供了一种以固体电解质替代有机液体电解液制备全固态电池的新型方法，在解决传统电池能量密度偏低和使用寿命偏短这两个关键问题的同时，有效地彻底地解决了电池的安全性问题，且能够使其能够实现大电流快速充电的理想特性。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。
Claims (14)
1.一种全固态电池的制备方法，包括：
步骤A：准备正极板，所述正极板由正极材料制成；
步骤B：在所述正极板的一面上依次气相沉积导电增强薄膜和正极集电极，且在所述正极板的另一面上依次气相沉积固态电解质薄膜、负极薄膜、导电增强薄膜以及负极集电极。
2.根据权利要求1所述的制备方法，在所述步骤A之后，且在所述步骤B之前，还包括：
将所述正极板输送至连续磁控溅射生产线，以在所述正极板的两面上分别通过溅射进行气相沉积。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其中，在将所述正极板输送至连续磁控溅射生产线的步骤中，
先将所述正极板安装至传送工装线，并利用所述传送工装线将所述正极板传送到所述连续磁控溅射生产线。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，
准备正极板的步骤包括：
将所述正极材料烧结成板状，经平整化加工以及清洗，得到所述正极板。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，
在准备正极板的步骤中，所述正极材料为锂电池正极材料或钠电池正极材料。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其中，
在准备正极板的步骤中，制得的所述正极板的表面平整误差小于0.15μm。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其中，
在所述正极板的一面上气相沉积所述正极集电极的步骤中，沉积的所述正极集电极的膜层厚度为30～50μm。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其中，
在所述正极板的另一面上气相沉积所述固态电解质薄膜的步骤中，
所述固态电解质薄膜为磷化物、氧化物和硫化物中的一种或多种，且所述固态电解质薄膜的膜层厚度为10～10000nm。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其中，
在所述正极板的另一面上气相沉积所述负极薄膜的步骤中，
所述负极薄膜为合金薄膜、氧化物薄膜或硫化物薄膜，其中所述合金为锂及含锂的合金、钠及含钠的合金、或者过渡金属的合金；且
所述负极薄膜的膜层的厚度为100～2000000nm。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其中，
沉积在所述正极板的一面的所述导电增强薄膜、以及沉积在所述正极板的另一面的所述导电增强薄膜分别包括石墨烯薄膜，且膜层厚度分别为1～20nm。
11.根据权利要求1所述的制备方法，其中，
在所述正极板的另一面上气相沉积所述负极集电极的步骤中，所述负极集电极为铜膜或者铝膜，且所述负极集电极的膜层厚度为30～50μm。
12.根据权利要求1所述的制备方法，在所述正极板的另一面上依次气相沉积固态电解质薄膜、负极薄膜、导电增强薄膜以及负极集电极之后，还包括：
在所述负极集电极上气相沉积封装保护膜，所述封装保护膜为惰性材料的薄膜，其中，所述惰性材料为硅或铝的氧化物，或者为硅或铝的氮化物。
13.根据权利要求1所述的制备方法，其中，
在所述正极板上气相沉积所述正极集电极的步骤中，在真空度抽到设定值后，通入Ar150sccm～530sccm，保持真空度在0.01～0.99Pa进行溅射沉积，使得沉积的所述正极集电极的膜层厚度为30～50μm；
在所述正极板上气相沉积所述固态电解质薄膜的步骤中，在真空度抽到设定值后，通入Ar 300sccm～580sccm，O2 50sccm～180sccm，N240sccm～280sccm，保持真空度在0.01～0.99Pa进行溅射沉积，使得沉积的所述固态电解质薄膜的膜层厚度为10～10000nm；
在所述正极板上气相沉积所述负极薄膜的步骤中，在真空度抽到设定值后，通入Ar200sccm～630sccm，保持真空度在0.01～0.99Pa进行溅射沉积，使得沉积的所述负极薄膜的膜层厚度为100～2000000nm；
在所述正极板上气相沉积所述导电增强薄膜的步骤中，在真空度抽到设定值后，通入Ar 150sccm～530sccm，保持真空度在0.01～0.99Pa进行溅射沉积，使得沉积的所述导电增强薄膜的膜层厚度为1～20nm；
在所述正极板上气相沉积负极集电极的步骤中，在真空度抽到设定值后，通入Ar150sccm～530sccm，保持真空度在0.01～0.99Pa进行溅射沉积，使得沉积的所述负极集电极的膜层厚度为30～50μm；
在所述正极板上气相沉积封装保护膜的步骤中，在真空度抽到设定值后，通入Ar320sccm～580sccm，O2 150sccm～280sccm，N2140sccm～280sccm，保持真空度在0.01～0.99Pa进行溅射沉积，使得沉积的所述封装保护膜的膜层厚度为600～1500nm。
14.一种如权利要求1-13中任一项所述的全固态电池的制备方法所制备的全固态电池。
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