[发明专利]能量密度提高的全固体电池及其制造方法

说明书

公开了一种全固体电池，其包括：正极层，其包括正极活性材料、固体电解质和涂有绝缘体涂层的导电材料；电解质层；和负极层，并公开了该全固体电池的制造方法。具体地，该方法包括，通过原子层沉积(ALD)将导电材料用绝缘体涂布，形成被绝缘体涂层包围的导电材料；制造正极层，其包括涂有绝缘体层涂层的导电材料、正极活性材料和固体电解质；和将上述制造的正极层、电解质层和负极层堆叠并压制。全固体电池可以抑制导电材料和固体电解质之间的副反应，从而基于初始充电/放电效率的提高有利地使能量密度最大化，并提高寿命和功率。

发明领域

本发明涉及能量密度提高的全固体电池及其制造方法。全固体电池可以基于初始充电/放电效率的提高使能量密度最大化，并表现出寿命和功率的提高。

背景技术

全固体电池可以是使用固体电解质的锂二次电池，它是预期满足稳定性和能量密度二者的有潜力的下一代二次电池。这样的全固体电池具有以下结构：其中在其两个表面上形成包括固体电解质的电解质层和包括固体电解质的正/负极复合物，每个电极上均结合有集流器。

与常规作为电池系统市售的锂离子电池相比较，全固体电池在单电池的能量密度方面可能不具有特别的优势。但是，全固体电池可以发挥很高的能量密度，因为通过采用常规不适用于锂离子电子系统的高电压高电容电极，固体具有稳定性。使用工作电压大约为5V的高电压正极活性材料LNMO尖晶石(5V级)可能是一种有效的方法。

同时，已经开发出抑制常规硫化物全固体电池系统中正极活性材料和固体电解质之间的电化学副反应问题(例如，Li耗尽导致的界面电阻增加)的技术。

同时，由于正极层中使用的导电材料的导电性，常规的硫化物全固体电池系统具有其他的副反应问题，例如固体电解质分解和性能劣化。但是，在相关领域中，尚没有开发出抑制导电材料的导电性导致的固体电解质分解和性能劣化的技术。

因此，对于能够在应用于高压正极时抑制导电材料和固体电解质之间的副反应例如性能劣化的全固体电池方面的研究存在有需求。

该背景技术部分公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此，其可以含有不构成在该国家中本领域普通技术人员已经知晓的现有技术的信息。

发明内容

在优选的方面，本发明提供一种全固体电池，其可以抑制导电材料和固体电解质之间的副反应，基于初始充电/放电效率的提高使能量密度最大化，并提高寿命和功率，并提供其制造方法。

如本文所用，术语“全固体电池”是指包括固体或固体型组分特别是固体电极和固体电解质的电池。

一方面，本发明提供一种全固体电池，其包括正极层，该正极层包括正极活性材料、固体电解质和导电材料。具体地，导电材料可以涂有绝缘体涂层、电解质层和负极层。

绝缘体涂层可以适当地包括选自Al₂O₃、ZrO₂和TiO₂的一种。优选地，绝缘体涂层可以包括Al₂O₃。

绝缘体涂层的厚度可以适当地为大约0.1-100nm，并且优选厚度为大约0.2-0.5nm。

相对于涂有绝缘体涂层的导电材料的总重量，绝缘体涂层可以以0.001-30wt％的量存在。此外，相对于涂有绝缘体涂层的导电材料的总重量，绝缘体涂层可以以0.01-30wt％、0.01-10wt％或优选0.1-10wt％的量存在。

固体电解质可以是Li₆PS₅Cl。

另一方面，本发明提供一种全固体电池制造方法。该方法可以包括：通过原子层沉积(ALD)将导电材料用绝缘体涂层涂覆；制造正极层，该正极层包括涂有绝缘体涂层的导电材料、正极活性材料和固体电解质；和将所述正极层、电解质层和负极层堆叠并压制。