[发明专利]全固态电池及其制造方法

说明书

本发明涉及一种全固态电池及其制造方法。全固态电池包括：集电器，所述集电器包括电极混合物，所述电极混合物包含活性材料、导电材料、粘结剂和纳米固体电解质；以及复合电极，所述复合电极包括微胶囊。电极混合物以浆料形成，微胶囊配置成将浆料涂布在集电器上。通过根据本发明的全固态电池及其制造方法，在电极中的孔或中空空间可以在滚压过程中用纳米固体电解质填充，使得电极的离子传导性可以改进。而且，微胶囊的固体电解质层可以在滚压过程中破裂或损坏，使得纳米固体电解质可以在孔之间移动。

相关申请的交叉引用

本申请基于并要求2016年5月4日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2016-0055479的优先权，该申请的全部公开内容通过引用纳入本文。

技术领域

本发明涉及全固态电池及其制造方法。具体地，全固态电池可以包括浸入活性材料和固体电解质之间的孔中的微米固体电解质。

背景技术

通常，锂二次电池具有这样的结构：锂电解质浸入电池组件，所述电池组件包括含有过渡金属氧化物作为电极活性材料的阴极，含有碳基活性材料的阳极以及隔板。如上所述，锂二级电池具有非水性组合物，通常，电极通过将电极浆料涂布在集电器上而制造。例如，电极浆料这样制备：混合包含用于存储能量的电极活性材料、用于提供电导率的导电材料以及用于将电极活性材料和导电材料粘合至集电器并通过如N-甲基吡咯烷酮(NMP)的溶剂在其之间提供粘结强度的粘结剂的电极混合物，等等。作为二级电池的集电器，通常使用铜箔、铝箔等。

然而，由于在压缩过程或在随后的制造过程中制造如上所述的电池时电极混合物和集电器之间的粘合变差而产生灰尘等，粘附至表面的电极活性材料可能在电池的操作过程中剥离。根据上述情况的活性材料的粘合性变差和剥离增加电池的内部电阻从而使输出特征恶化，电池容量减小等等，由此显著地恶化电池的性能。

因此，为了解决此问题，已经提出了各种方法。例如，已经报道了通过蚀刻铝集电器的表面以形成微不平整来增加集电器的粘结强度的方法。该方法具有这样的优点：其通过简单的过程可以获得高比表面积的铝集电器，但存在铝集电器的使用寿命由于蚀刻出处理而减少的问题。

使用廉价铝集电器的阴极中的阴极活性材料产生剥离现象的一个主要原因是由于在阴极的工作电压中电解质的氟源和集电器的铝之间的反应而在集电器的表面上形成涂层，如氟化铝(AlF)涂层等。如上所述的AlF涂层的形成可以由于在增加电池温度时氟源的增加而加速。AlF涂层使阴极活性材料和铝集电器之间的粘结强度变差，由此用于增加阴极的电阻。

因此，确定AlF涂层引起阴极活性材料的剥离并使电池的电学性质变差，特别是电子从阴极活性材料至集电器的移动速度，由此对电池的性能具有消极影响。

同时，由于含有可燃性有机溶剂的电解质溶液用于锂二级电池中，在各种外部冲击和产生电池单体不可控环境时可能产生严重的安全问题，需要单独使用用于改进安全性的额外材料或需要安装除了电池单体的基本结构之外额外的安装设备。

因此，已经研发在阴极和阳极之间堆叠固体电解质而非有机电解质溶液且其他组分以固态配置的全固态电池。

如上所述的全固态电池已经被认为是能够基本上解决上述安全性问题的下一代电池而受到关注，因为有机电解质溶液替换为固体电解质。

同时，在全固态电池中，重要的是压缩固体电解质以具有高密度并允许界面相互面对而在其之间没有间隙。固体电解质可以具有小的面积，但在尝试增加固体电解质的面积的情况下，也可能难以均匀地压缩固体电解质。

此外，固体电解质通过使用湿法制造从而大量生产全固态电池，但在此情况下，当在复合电极(阴极复合电极或阳极复合电极)上涂布厚膜时，厚膜可能不以均匀的量和厚度形成。

此外，由于因固体电解质和活性材料粉末的形状而形成的中空空间(孔)，所以不可能产生离子的移动，使得在性能方面存在问题。