[发明专利]包括特殊多孔固态电解质泡沫的电池单元

说明书

本发明涉及一种电池单元(1)，其包括至少一个正极(2)、至少一个负极(3)及至少一个隔膜(4)，所述负极(2)包括：正极多孔固态电解质聚合物泡沫(5)，所述正极泡沫(5)包括至少一种锂盐；及位于所述正极泡沫(5)的孔(7)中的正极材料(6)，所述负极(3)包括：负极多孔固态电解质聚合物泡沫(8)，所述负极泡沫(8)包括至少一种锂盐；及位于所述负极泡沫(8)的孔(10)中的负极材料(9)。

技术领域

本发明涉及全固态电池领域。更具体地，本发明涉及一种包括至少一个正极和至少一个负极的全固态电池单元，两个电极中的每一个都包括多孔固态电解质聚合物泡沫。

本发明还涉及一种用于制造这种电池单元的方法。

背景技术

通常，电池包括一个或多个正极、一个或多个负极、隔膜、阳极集流体及阴极集流体。

电池的性能取决于离子和电子传输特性。在全固态电池的情况下，电极规模下的离子传输通过由固态电解质(聚合物、聚合物+锂盐、无机物、杂化聚合物+无机物)形成的网络进行。为了使这样的电池处于工作状态，该网络被渗透，在电极整个体积形成离子传导路径，以确保离子向活性材料颗粒组件的传输或从活性材料颗粒组件的传输。

此外，在单元规模上寻求高能量密度，需要包括较大量材料的厚电极。

遇到的困难之一是确保固态电解质在电极混合物中的良好分布。电极越厚，实现这种分布的品质就越困难。

此外，由于电解质是在电极成型过程中直接添加，全固态电池应用使成分的分散变得复杂。在正极(称为阴极)中，固态电解质被称为阴极离子传导材料。在负极(称为阳极)中，固态电解质被称为阳极离子传导材料。

电解质的不良分布导致有效能和功率性能的降低，这与整个电极体积的离子传输(离子物质的供应和收集)以及电荷转移过程(离子向/从正极和负极的活性材料中嵌入/脱嵌)有关。

最后，电绝缘但离子传导的隔膜位于两个电极之间的界面处。在固态电解质电池的情况下，隔膜优选为无孔膜。阴极离子传导材料/隔膜和阳极离子传导材料/隔膜界面似乎是关键的。这是因为在这些界面可以观察到电阻。这些界面的电阻可以限制离子传输，从而限制电池的性能，但也代表了对耐久性至关重要的机械薄弱区。

专利EP 2 099 087描述了通过浸渍工艺用电极活性材料的前体填充多孔固态电解质的方法。

电极活性材料的溶液包括分散在溶剂中的磷酸盐或氧化物衍生物。一旦浸泡了结构，在温度下干燥使得可以蒸发溶剂，将材料留在电解质结构中。因此，多孔固态电解质由氧化物或磷酸盐组成。这种方法能够生产全固态单元。

专利EP 2 099 087专注于填充多孔固态电解质结构的方法，即制造单个电极。

另一方面，一旦电池组装好，不考虑电极的环境。这种电解质结构的优点是确保离子传输网络的渗透，以确保在充电和放电过程中离子物质的三维分布，并在整个电池结构中如此。

然而，该专利仅限于具有电荷转移过程的电极的规模以及同一电极体积内离子的分布。

因此，专利EP 2 099 087没有考虑电极的三维结构与隔离膜之间的界面。若该界面电阻过大，则其会阻碍离子物质的传输。该界面电阻具体取决于用作阴极离子传导材料、阳极离子传导材料和隔离膜的材料。材料的性质和组装过程可能会对该界面产生影响。

专利EP 2 099 087没有提及这些方面。然而，一种解决方案虽然在电极的规模上可能有效，但可能与完整的电池单元或完整的电池不相容。

而且，在专利EP 2 099 087中，并且如上所述，在相容的电极活性材料中仅提及氧化物和磷酸盐。