[发明专利]电芯及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电化学装置领域，尤其涉及一种电芯及其制备方法。

背景技术

由于锂离子电池具有较高的能量密度，其已在消费类电子产品、电动汽车以及储能电站中得到广泛应用。传统的锂离子电池使用液态电解质，其较高的锂离子电导率有利于锂离子在正负极间传输。然而由于液态电解质中的非水有机溶剂具有挥发性和易燃性，现已成为影响锂离子电池安全性能的关键因素。

为解决锂离子电池的安全问题，一系列固态电解质被陆续开发出来。这些固态电解质包括聚合物固态电解质以及无机固态电解质。聚合物固态电解质具有很强的可加工性，然而与液态电解质相比，其较低的室温电导率(<10^-4S/cm)使它们在锂离子电池中的应用受到很大的限制。近期的研究发现了一类新型含硫无机固态电解质，其电导率甚至可以超过传统液态电解质，然而由于此类含硫无机固态电解质具有较弱的机械加工性能，其很难被加工成可用于锂离子电池的固态电解质薄膜，而且其脆性也限制了其在消费类电子产品中的应用。

2011年4月7日公开的美国专利申请公开号为US20110081580A1的专利文献公开了一种在较高温度下对无机固态电解质的颗粒进行烧结以制备无机固态电解质膜的方法。然而用此方法很难制备厚度极小(<0.1mm)的无机固态电解质膜，因此难以应用于高能量密度的锂离子电池中。此外，虽然以此方法制作的无机固态电解质膜具有良好的导锂离子性能，然而由于无机固态电解质本身的脆性，制成的无机固态电解质膜具有较弱的机械强度，使其在发生形变时容易因破裂而失去导锂离子性。

1993年8月24日授权公告的美国专利US5238759公开了一种通过在无机固态电解质中添加特氟隆(Teflon)作为粘结剂，并以辊压或挤压的方式制备无机固态电解质膜的方法。以此方法制备的无机固态电解质膜具有良好的机械加工性能，然而由于特氟隆的锂离子绝缘性以及以此方法制备的无机固态电解质膜中无机电解质颗粒间无法良好接触，导致制备的无机固态电解质膜的锂离子电导率相对较小，且以此组装的锂离子电池的倍率性能也较差。

发明内容

鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种电芯及其制备方法，所述电芯中的复合固态电解质膜既能够发挥无机固态电解质的高锂离子电导率的优势，同时又兼具良好的机械加工性，从而大大改善了电芯的电化学性能和安全性能。

为了实现上述目的，在本发明的第一方面，本发明提供了一种电芯，其包括：正极片；负极片；以及复合固态电解质膜，设置于正极片和负极片之间，包括沿层叠方向依次交错层叠的无机固态电解质层、结构支撑层，且具有分别与正极片和负极片贴合的贴合面，其中，层叠方向与贴合面之间的夹角为α，且0°≤α<90°。

在本发明的第二方面，本发明提供了一种电芯的制备方法，其用于制备根据本发明第一方面的电芯，包括步骤：提供正极片；提供负极片；制备复合固态电解质膜：通过在衬底上沿层叠方向交替沉积无机固态电解质层和结构支撑层，制备出具有依次交错层叠结构的复合固态电解质材料，将复合固态电解质材料与衬底分离，得到复合固态电解质膜，其中，复合固态电解质膜包括沿层叠方向依次交错层叠的无机固态电解质层、结构支撑层；制备电芯：将得到的复合固态电解质膜设置于正极片和负极片之间，之后通过卷绕和/或叠片方式形成电芯，其中，复合固态电解质膜具有分别与正极片和负极片贴合的贴合面，层叠方向与贴合面之间的夹角为α，且0°≤α<90°。

本发明的有益效果如下：

1.本发明的电芯的复合固态电解质膜包括依次交错层叠的无机固态电解质层和结构支撑层，在无机固态电解质层中的无机固态电解质颗粒之间保持了良好的接触，从而很好地保证了锂离子的传输通道的结构完整性，因此所述复合固态电解质膜能够发挥无机固态电解质的高锂离子电导率的优势。

2.在本发明的电芯的复合固态电解质膜中，由于结构支撑层的存在，所述复合固态电解质膜能够具有良好的机械加工性，并大大改善了电芯的电化学性能和安全性能。

3.通过本发明的电芯的制备方法可以得到非常薄的、性能优良的复合固态电解质膜，且在电芯的装配以及使用过程中能克服无机固态电解质层的脆性，因此所述复合固态电解质膜能够较好地应用在电芯中。

4.本发明的复合固态电解质膜中的无机固态电解质层和结构支撑层的层叠结构设置简单，切割操作容易，便于进行大规模生产，对开发高性能的全固态电芯有重大意义。

附图说明

图1是根据本发明的电芯的分解示意图；

图2是图1的组装后的立体图；