本技术要求基于2022年5月16日提交的韩国专利申请10-2022-0059563号和2023年5月15日提交的韩国专利申请10-2023-0062454号的优先权的权益,其全部内容通过引用并入本文。本发明涉及一种全固态电池及其制造方法。
背景技术:
1、二次电池是指将外部电能转化为化学能,储存起来并在需要时进行发电的装置。还使用了名为可充电电池的名称,这意味着它可以多次充电。常用的二次电池包括铅酸电池、镍镉电池(nicd)、镍氢电池(nimh)和锂二次电池。与一次性的一次电池相比,二次电池提供了经济优势和环境优势。
2、另一方面,随着无线通信技术的逐渐发展,便携式装置或汽车配件需要轻量化、薄型化和微型化,而对用作这些装置的能源的二次电池的需求也不断增加。特别是,随着混合动力车辆和电动车辆在防止环境污染方面的实际应用,通过使用二次电池作为这些下一代汽车的电池以降低制造成本和重量并延长寿命的研究正在出现。在各种二次电池中,近期锂二次电池因其重量轻、能量密度高、工作电位高、循环寿命长而备受关注。
3、通常,锂二次电池是通过将由负极、正极和隔膜组成的电极层叠体安装到圆柱形或棱柱形金属罐或铝层叠片的袋型外壳中,并将电解质注入电极层叠体中来制造的。
4、作为锂二次电池的常规电解质,主要使用将锂盐溶解在非水有机溶剂中的液态电解质。然而,这种液态的电解质极易导致电极材料降解和有机溶剂挥发,由于周围温度和电池本身的温度升高而发生燃烧或爆炸,并且存在泄漏的风险,因此难以实现安全性高的各种类型的锂二次电池。
5、同时,在使用固体电解质的全固态电池的情况下,其优点是由于排除了有机溶剂,因此可以以安全、简单的形式制造电极层叠体。
6、根据固体电解质的原材料,全固态电池可以分为氧化物类电池、聚合物类电池和硫化物类电池。硫化物类全固态电池因其锂离子导电性优于其他类型的电池而备受关注。然而,尽管硫化物类全固态电池具有优异的特性,但是与液体电池相比,硫化物类全固态电池的离子导电性更高且正负极之间的电阻也更高,因此与常规液体电解质电池相比,它具有寿命更短和输出更低的缺点。
7、为了改善单元电芯的寿命和输出,可以考虑不同类型的固体电解质正极或负极、不同类型的固体电解质或不同的组装方法。
8、在硫化物类全固态电池的情况下,如果像常规锂离子电池(lib)一样通过辊对辊的方法加压以制造电极和固体电解质,会存在电池内部变得多孔并且界面接触变得困难的问题。因此,它是通过流体静压法以三维加压法进行制造的。在以这种流体静压法加压的情况下,可以加压的电芯的尺寸取决于等静压设备(例如cip和wip)的腔室尺寸,这可能限制全固态电池的规模化生产。
9、由于这个原因,当制造层叠结构的锂金属全固态电池时,没有办法同时对负极/正极和电解质层进行加压,因此可能存在工艺步骤变得复杂以及难以将堆叠的电极对齐的问题。
10、因此,需要研究一种能够解决上述问题的制造方法。
11、(专利文献1)韩国专利公开2021-0007149号
技术实现思路
1、[技术问题]
2、本发明的目的是提供一种制造全固态电池的方法,其中可以在期望的尺寸内堆叠更多的电极,并且便于相应电极之间的对齐,其制造方法简单。
3、[技术方案]
4、为了实现上述目的,本发明提供了一种制造全固态电池的方法,其包括以下步骤:
5、(1)制备第一电极弯曲基板,第一电极弯曲基板包含:在集流体上沿宽度方向相互间隔开的多个第一电极,其中在集流体的一端,施加有第一电极活性材料的单面电极形成在集流体的仅一个面上,并且除了单面电极之外的电极是在集流体的两个面上都施加有极性相同的电极活性材料的双面电极。
6、(2)制备第二电极弯曲基板,第二电极弯曲基板包含:在集流体上沿宽度方向相互间隔开的多个第二电极,其中在集流体的一端,施加有第二电极活性材料的单面电极形成在集流体的仅一个面上,并且除了单面电极之外的电极是在集流体的两个面上都施加有极性相同的电极活性材料的双面电极。
7、(3)将第二电极弯曲基板一端的双面电极重叠在第一电极弯曲基板一端的单面电极上,然后交替折叠第一电极弯曲基板和第二电极弯曲基板使得第一电极和第二电极交替堆叠,从而制造电极层叠体;以及
8、(4)在高温下对电极层叠体的最外侧加压;
9、其中,在第一电极弯曲基板和第二电极弯曲基板中的至少一个上形成有覆盖整个电极的固体电解质层,以防止第一电极和第二电极相互接触。
10、在本发明的一个实施方式中,在第一电极弯曲基板的情况下,单面电极和与其相邻的双面电极之间的间隔距离最长,相邻的双面电极之间的间隔距离逐渐变短,但是彼此相邻的间隔距离可以相同,而在第二电极弯曲基板的情况下,单面电极和与其相邻的双面电极之间的间隔距离最短,相邻的双面电极之间的间隔距离逐渐变长,但是彼此相邻的间隔距离可以相同。
11、在本发明的一个实施方式中,该方法还可以包括将引线极耳接合到两个最外侧。
12、在本发明的一个实施方式中,步骤(4)可以包括在60℃至100℃下、在300mpa至500mpa的压力下加压10分钟至60分钟。
13、在本发明的一个实施方式中,如果第一电极是负极,则第二电极可以是正极,如果第一电极是正极,则第二电极可以是负极。
14、在本发明的一个实施方式中,电极层叠体的最上层电极和最下层电极可以是仅在集流体的一个面上施加有电极活性材料的单面电极。
15、在本发明的一个实施方式中,最上层和最下层的单面电极可以具有不同的极性。
16、在本发明的一个实施方式中,除了单面电极之外的电极可以是在集流体的两个面上都施加有极性相同的电极活性材料的双面电极。
17、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类固体电解质。
18、在本发明的一个实施方式中,固体电解质层可以进一步包含粘合剂和溶剂。
19、在本发明的一个实施方式中,如果第一电极或第二电极是负极,则负极活性材料可以是锂金属或锂合金。
20、另外,本发明提供了一种全固态电池,其包含电极层叠体,其中通过相互交替地折叠第一电极弯曲基板和第二电极弯曲基板,第一电极和第二电极交替堆叠,其中第一电极弯曲基板包含在集流体上沿宽度方向相互间隔开的多个第一电极,第二电极弯曲基板包含在集流体上沿宽度方向相互间隔开的多个第二电极,
21、其中,在第一电极弯曲基板中,在集流体的一端形成仅在集流体的一个面上施加有第一电极活性材料的单面电极,并且除了单面电极以外的电极是在集流体的两个面上都施加有极性相同的电极活性材料的双面电极。
22、其中,在第二电极弯曲基板中,在集流体的一端形成仅在集流体的一个面上施加有第二电极活性材料的单面电极,并且除了单面电极以外的电极是在集流体的两个面上都施加有极性相同的电极活性材料的双面电极。
23、其中,在第一电极弯曲基板和第二电极弯曲基板中的至少一个上形成有覆盖整个电极的固体电解质层,以防止第一电极和第二电极相互接触。
24、[有益效果]
25、本发明的全固态电池的制造方法具有制造工序简单的效果,因为电解质层直接涂覆在电极基板的顶部,所以无需电极和固体电解质层的结合工序以及用于堆叠电极的电极冲压工序,并且具有不仅可以在期望的尺寸内堆叠更多的电极、还有利于电极之间的对齐的效果。
1.一种制造全固态电池的方法,其包括:
2.如权利要求1所述的制造全固态电池的方法,
3.如权利要求1所述的制造全固态电池的方法,其进一步包括将引线极耳接合到所述电极层叠体的两个最外侧。
4.如权利要求1所述的制造全固态电池的方法,其中,步骤(4)包括在60℃至100℃下、在300mpa至500mpa的压力下加压10分钟至60分钟。
5.如权利要求1所述的制造全固态电池的方法,其中,如果第一电极是负极,则第二电极是正极;如果第一电极是正极,则第二电极是负极。
6.如权利要求1所述的制造全固态电池的方法,其中,所述电极层叠体的最上层电极和最下层电极是仅在集流体的一个面上施加有电极活性材料的单面电极。
7.如权利要求6所述的制造全固态电池的方法,其中,所述最上层和最下层的单面电极的极性不同。
8.如权利要求6所述的制造全固态电池的方法,其中,除了所述单面电极之外的电极是在集流体的两个面上都施加有极性相同的电极活性材料的双面电极。
9.如权利要求1所述的制造全固态电池的方法,其中,所述固体电解质层包含硫化物类固体电解质。
10.如权利要求1所述的制造全固态电池的方法,其中,固体电解质层包含。
11.如权利要求1所述的制造全固态电池的方法,其中,如果第一电极或第二电极是负极,则负极活性材料是锂金属或锂合金。
12.一种全固态电池,其包含电极层叠体,其中通过相互交替地折叠第一电极弯曲基板和第二电极弯曲基板,以使第一电极和第二电极交替堆叠,其中第一电极弯曲基板包含在集流体上沿宽度方向相互间隔开的多个第一电极,第二电极弯曲基板包含在集流体上沿宽度方向相互间隔开的多个第二电极,