[发明专利]具有超高界面面积的三明治复合结构单元、全固态锂离子电池及其制造方法

说明书

本发明公开了具有超高界面面积的三明治复合结构单元、全固态锂离子电池及其制造方法，三明治复合结构单元的制造方法包括以下步骤：将正极片和负极片的两个表面分别加工形成具有微米级的峰谷锯齿形或凹凸起伏形的凹凸表面，在正极片和负极片的两个凹凸表面上分别涂布固态电解质膜浆料并干燥后得到表面平整的复合正极片和复合负极片；将若干片复合正极片和复合负极片交替叠放并经过热压融合处理和冷压保形处理，得到包括完全贴合的正极、固态电解质膜和负极的三明治复合结构单元。固态锂离子电池是以三明治复合结构单元为核心组件组装得到。本发明能数倍增加固态电解质膜与正极界面、固态电解质膜与负极界面的界面面积，数倍增加锂离子通过该界面的通道。

技术领域

本发明属于锂电池的技术领域，更具体地讲，涉及一种超高界面面积的三明治复合结构单元、全固态锂离子电池及其制备方法。

背景技术

传统的液态锂离子二次电池已经广泛应用于我们的消费类电子产品和通讯、军工等各个领域。在电动汽车领域，锂离子电池更是具有极大的市场需求。但是由于存在易燃的液态电解液，液态锂离子电池的安全性令人担忧。多款多型号的电动汽车(包括全球标杆企业的电动汽车)，已发生了多起燃烧、爆炸的严重事故。

由于全固态锂离子电池不含有液态易燃的电解液，被公认为能彻底解决锂电池燃烧爆炸的安全问题。除了具有高安全性能以外，全固态锂离子电池的能量密度更高、工作温度范围更宽。

目前阶段，全固态锂离子电池还没有正式大批量产业化，因为还有瓶颈的技术问题亟待解决，如固态电解质膜的锂离子电导率偏低，电池难以承受大电流的充电和放电；固态电解质膜与正极界面、固态电解质膜与负极界面，固-固界面阻抗较高；电池多次循环后，这界面阻抗会明显升高，电池的电化学性能因此而严重恶化。因此，全固态锂离子电池的发展迫切需要新的工艺技术来解决上述的瓶颈问题。

液态锂离子电池体系中，由于隔膜是独立组元，那种将正极片、负极片表面设计成凹凸不平的形貌是非科学的、完全行不通的。因为独立的隔膜组元与凹凸不平的正负极表面无法完全贴合，会滞留很多气泡。这气泡将给电池带来一些列严重的质量问题：负极片气泡周围容易形成锂枝晶，正极气泡覆盖的区域内锂离子无法脱出，电池标容降低；气泡在隔膜与极片之间会移动，造成电池的电化学性能不稳定；电池充放电循环后，电池发热会引起气泡的胀大，电池循环性能恶化。所以，在实际的液态锂离子电池工业化制造工艺控制中，严格要求正负极片表面必须平整光洁，不能有任何凹凸或条纹。

发明内容

本发明的目的在于解决现有的固态锂离子电池中固态电解质膜与正负极片的接触面小、离子电导率低、界面阻抗大的技术瓶颈问题，提供一种能够数倍地增加固态电解质膜与正极界面、固态电解质膜与负极界面的界面面积，数倍增加锂离子通过该界面的通道的超高界面面积的三明治复合结构单元、全固态锂离子电池及其制备方法。

本发明的一方面提供了一种具有超高界面面积的三明治复合结构单元的制造方法，所述制造方法包括以下步骤：

A、将正极片和负极片的两个表面分别加工形成具有微米级的峰谷锯齿形或凹凸起伏形的凹凸表面，在正极片和负极片的两个凹凸表面上分别涂布固态电解质膜浆料并干燥后得到表面平整的复合正极片和复合负极片；

B、将若干片所述复合正极片和复合负极片交替叠放并经过热压融合处理和冷压保形处理，得到包括完全贴合的正极、固态电解质膜和负极的三明治复合结构单元。

根据本发明具有超高界面面积的全固态锂离子电池的制造方法的一个实施例，所述制造方法还包括在铝箔的双面分别涂布正极浆料并干燥后得到包括正极涂层的正极片的步骤和在铜箔的双面分别涂布负极浆料并干燥后得到包括负极涂层的负极片的步骤。