[发明专利]具有准固态锂凝胶层的无阳极固态电池

说明书

在各个实施例中，提出了一种抗枝晶无阳极固态电池(solid state battery,SSB)。SSB可以包括阴极层、阳极集流体层以及位于阴极层和阳极集流体层之间的锂凝胶隔膜层。抗枝晶层也可以位于锂凝胶隔膜层和阳极集流体层之间。抗枝晶层可以帮助阻止枝晶形成。

背景技术

在锂离子电池充电期间，锂离子通过位于阴极和阳极之间的隔膜从电池的阴极迁移到电池的阳极。通过一种被称为嵌入的工艺，锂离子被嵌入到充当阳极的材料中。在这个充电过程中，锂离子也可以镀在阳极的面向隔膜的表面上。与阳极相关的成核能可以促进锂离子镀在已经镀到阳极上的其它锂的顶部(而不是镀在位于阳极的表面对面的大致均匀的膜中)。这些锂池可能形成枝晶。枝晶可以是远离阳极的表面朝向隔膜延伸的锂金属的突出。随着时间的推移(例如，通过多次充电和放电循环)，枝晶可能生长到一定长度，以至于枝晶刺穿隔膜并直接将阴极与阳极电连接(即短路)。这种电连接会导致电池损坏，并且可能导致严重的副作用，例如过热和起火。

发明内容

描述了与抗枝晶无阳极固态电池相关的各个实施例。在一些实施例中，描述了抗枝晶无阳极固态电池。电池可以包括阴极层。电池可以包括阳极集流体层。电池可以包括位于阴极层和阳极集流体层之间的锂凝胶隔膜层。电池可以包括位于锂凝胶隔膜层和阳极集流体层之间的抗枝晶层。抗枝晶层可以阻止枝晶形成。

这种设备的实施例可以包括以下特征中的一个或多个：锂凝胶隔膜层可以包括第一胶层。锂凝胶隔膜层可以包括第二胶层。锂凝胶可以包括位于第一胶层和第二胶层之间的锂凝胶层。锂凝胶隔膜层可以包含支架材料、盐、溶剂和至少一种添加剂。至少一种添加剂可以包括聚合物和交联剂。第一胶层和第二胶层可以包括锂导体陶瓷。抗枝晶层的存在可以导致成核势垒的能量降低，使锂离子沉积到阳极集流体层上。抗枝晶层的厚度可以介于0.05μm到10μm之间。抗枝晶层可以包括一种或多种选自由下列材料组成的组中的材料：炭黑、乙炔黑、科琴黑、银、锌、金、铋、锡、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚酰亚胺(PI)、聚丙烯酸(PAA)和羧甲基纤维素丁苯橡胶(CMC-SBR)。抗枝晶层和阳极集流体层之间的第一附着量可以小于抗枝晶层和锂凝胶隔膜层之间的第二附着量。阳极集流体层可以是铜。该设备还可以包括铝阴极集流体。

在一些实施例中，描述了一种抗枝晶无阳极固态电池的制作方法。该方法可以包括将抗枝晶层沉积到阳极集流体层上。该方法可以包括形成锂凝胶隔膜层。该方法可以包括将阴极集流体层层叠到阴极层上。该方法可以包括在抗枝晶层和阴极层之间层叠锂凝胶隔膜层，从而形成由以下层组成的层叠电池组：阴极集流体层、阴极层、锂凝胶隔膜层、抗枝晶层和阳极集流体层。该方法可以包括将层叠电池组封装在柔性软包电池中。该方法可以包括向柔性软包电池内的层叠电池组施加热量和压力。

这种方法的实施例可以包括以下特征中的一个或多个：形成锂凝胶隔膜层可以包括将第一胶层附着到支架上。该方法可以包括将第二胶层附着到支架上。该方法可以包括将液体电解质渗透到支架中。液体电解质可以包括：锂盐、溶剂和至少一种添加剂。至少一种添加剂可以包括聚合物和交联剂。加热可以使液体电解质变成凝胶。抗枝晶层的存在可以导致成核势垒的能量降低，使锂离子沉积到阳极集流体层上。抗枝晶层的厚度可以介于0.05μm到10μm之间。该方法还可以包括在夹具加压机中压缩柔性软包电池。该方法还可以包括在夹具加压机内对层叠电池组进行充电和放电。抗枝晶层可以包括一种或多种选自由下列材料组成的组中的材料：炭黑、乙炔黑、科琴黑、银、锌、金、铋、锡、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚酰亚胺(PI)、聚丙烯酸(PAA)和羧甲基纤维素丁苯橡胶(CMC-SBR)。

附图说明

图1示出了具有锂凝胶隔膜层和抗枝晶层的无阳极固态电池的叠层的实施例。

图2示出了具有锂凝胶隔膜层和抗枝晶层的无阳极固态电池的叠层的另一个实施例。

图3A示出了加热形成的锂凝胶隔膜层的实施例。

图3B示出了锂凝胶隔膜层的制作方法的实施例。