[发明专利]具有稳定负电极界面的全固态电池

说明书

本公开提供一种长期稳定地保持固体电解质层和负电极之间的界面的全固态电池。具体而言，在固体电解质层和负电极之间的界面可以被长期稳定地保持，是通过使用锂金属作为负电极材料并且在固体电解质层和负电极之间设置牺牲层以使得负电极和牺牲层可形成合金。

技术领域

本公开涉及一种用于长期稳定地保持固体电解质层和负电极之间的界面的全固态电池。

背景技术

锂(Li)是一种具有约-3V的最低氧化/还原电位的金属元素。因此，使用锂金属作为负电极的二次电池具有高能量密度，理论容量约为3860mAh/g以及体积能量密度约为2060mAh/cm3。

由于在锂二次电池中锂金属与电解溶液发生剧烈反应，从而限制了锂金属作为负电极材料的使用。

然而，在使用固体电解质而不是液体电解质(电解溶液)的全固态电池中，电解质不与锂金属发生反应，因此锂金属可以有效地被用作负电极材料。

在反复的充电和放电期间，全固态电池会严重受到在固体电解质和负电极之间的固-固界面处产生的枝晶的影响，并因此缩短寿命。

第10-2013-0067139号韩国已公开专利公开一种全固态电池，其包括形成在包含锂钛氧化物的负电极上的包含选自铝、铁、铟、钪和铬的金属离子的保护膜，以改善全固态电池的稳定性。

现有技术涉及使用氧化锂而不是锂金属作为负电极，以抑制锂枝晶的产生。然而，采用氧化锂正极的电池具有劣化的电池容量。因此，当使用锂金属作为负电极材料时，有需求开发能够在负电极和固态电解质层之间长期保持稳定的界面的技术。

【专利文献】

韩国专利公开号10-2013-0067139

以上在背景技术部分披露的信息仅用于帮助加强对本发明背景技术的理解，因此它可能包含不构成已被该国的本领域普通技术人员知晓的现有技术的信息。

发明内容

本公开通过提供一种电池结构解决了与现有技术相关的上述问题，当在全固态电池中使用锂金属作为负电极材料时，该电池结构能够在负电极和固体电解质层之间长期保持稳定的界面。

本公开的另一个目的是提供一种全固态电池的电池结构，其能够在负电极和固体电解质层之间长期保持稳定的界面，同时不抑制在负电极和固体电解质层之间的锂离子的转移。

本公开的目的不限于上面提及的内容。通过以下描述将更清楚地理解本公开的目的，并且将通过权利要求及其组合中描述的装置来实现本公开的目的。

为了达到上述目的，根据本公开的实施方式的具有稳定负电极界面的全固态电池包括以下构造。

一方面，本公开提供一种具有稳定负电极界面的全固态电池，其包括设置在正电极和负电极之间的固体电解质层，以及设置在固体电解质层和负电极之间的牺牲层(sacrificial layer)，其中负电极由锂金属构成，并且牺牲层由具有以下特性的材料形成：

(a)材料具有锂离子传导性；以及

(b)锂金属在牺牲层材料中的固溶度高于牺牲层材料在锂金属中的固溶度。

在根据一个实施方式的具有稳定负电极界面的全固态电池中，牺牲层材料包括金(Au)、铂(Pt)、铝(Al)、银(Ag)和铜(Cu)中的至少一种金属。

在根据示例性实施方式的具有稳定负电极界面的全固态电池中，牺牲层包括接触负电极的界面区域，并且牺牲层材料与锂金属在界面区域可形成合金。

在根据示例性实施方式的具有稳定负电极界面的全固态电池中，牺牲层的厚度为约10nm至约500nm、优选为约10nm至约300nm、并且更优选为约10nm至约80nm。