[发明专利]全固态电池及其制备方法

说明书

本发明公开了全固态电池及其制备方法。该全固态电池可以具有能够更有效地得到绝缘的边缘部分。特别地，该全固态电池可以包括阴极层、阳极层、电解质层、设置在阴极层的边缘处的第一绝缘体以及设置在阴极层与第一绝缘体之间的第二绝缘体，从而形成第二绝缘体的隔膜以用于防止在压制时阴极层与阳极层之间的接触。

技术领域

本发明涉及一种全固态电池以及用于制备该全固态电池的方法。

背景技术

随着使用电能的车辆的发展和普及，安全性增强的二次电池已经逐渐推广。商业化锂离子二次电池包含的液体电解质易挥发且易受热损害，所以锂离子二次电池越来越需要高能量密度。因此，锂离子二次电池总是具有着火和爆炸的可能性。因此，已经推广爆炸可能性较小并且热安全性高的全固态电池。

在现有技术中，将压制(pressing)应用于制备全固态电池的工艺中以改进电解质与电极之间的接触，但是在高压下进行压制的过程中电极边缘会破裂，这可能导致电池短路。因此，在制备工艺中可能会需要在全固态电池的边缘确保绝缘。

在现有技术中，例如，已经公开了在边缘插入绝缘体以用于在全固态电池的边缘处确保绝缘的技术。然而，即使在这种情况下，也会存在以下问题：当在制备工艺中压制电池时，边缘会破裂并且绝缘体会破损。此外，固态电解质层可能流入绝缘体与阴极之间的空间，导致固态电解质层可能会坍塌。因此，仅通过插入绝缘体不能从根本上解决在边缘处的短路问题。

发明内容

在优选的方面中，本发明可以提供一种制备全固态电池的方法以及通过该方法制备的全固态电池，以有效地使全固态电池的边缘绝缘。

如本文所述的术语“全固态电池”是指包括仅固态成分或基本上固态的成分(例如固态电极(例如阳极和阴极)和固态电解质)的电池单元或电池。因此，在优选的方面中，全固态电池将不包括流体和/或可流动的电解质组分作为材料。

在一方面中，提供一种制备全固态电池的方法。该方法可以包括：形成阴极层；形成面积大于阴极层的面积的阳极层；在阴极层与阳极层之间形成固态电解质层；在阴极层的外侧或边缘处设置第一绝缘体；在阴极层与第一绝缘体之间设置第二绝缘体；通过堆叠阴极层、阳极层、固态电解质层、第一绝缘体和第二绝缘体来形成电池单元；以及通过压制电池单元而在阴极层与第一绝缘体之间形成第二绝缘体的隔膜。在某些优选的方面中，阳极层可以具有比阴极层面积大至少约1、2、3、4、5、8、10、15、20或25个百分比，或大30、40或50个百分比的面积。

这里使用的阴极或阳极的“面积”是指可以沿着堆叠方向与固态电解质接触的表面积。例如，阴极的面积是指可以与固态电解质的第一侧接触的表面积，而阳极的面积是指可以与固态电解质的第二侧接触的阳极的表面。

优选地，第二绝缘体可以适当地与第一绝缘体、阴极层和固态电解质层接触。

优选地，在第一绝缘体与阴极层的外侧或边缘之间可以存在或出现间隙，并且当压制电池单元时，至少一部分第二绝缘体可以流入所述间隙中。在第一绝缘体与阴极层边缘之间合适的间隙可以形成为例如至少在约0.1mm和3.0mm之间，典型地在约0.1mm和1.0mm之间。第二绝缘体可以包含第二绝缘材料，其可以以浆料或带状物形式形成。可以通过在阴极层与第一绝缘体之间施加包含第二绝缘材料的浆料来设置第二绝缘体。或者，可以将以带状物形式形成的第二绝缘体附接在阴极层与第一绝缘体之间。例如，这里使用的“带状物”是指具有可以包裹或覆盖其它表面的较大延伸长度的柔性薄层。

第二绝缘体可以包含第二绝缘材料，所述第二绝缘材料具有比第一绝缘体的熔点小的熔点和比第一绝缘体的转变温度小的转变温度。例如，第一绝缘体的熔点可以大于约700℃，或者在约100℃至约800℃的范围，或在约200℃至约750℃的范围。此外，第二绝缘体的熔点可以大于约50℃，或者优选地在约50℃至约200℃的范围。

第一绝缘体可以适当地包含聚酰亚胺，并且第二绝缘体可以适当地包含聚环氧乙烷(PEO)、聚偏二氟乙烯(PVDF)或聚偏二氟乙烯共聚物。