[发明专利]全固态电池用电解质膜和包含其的全固态电池

说明书

本发明涉及一种用于抑制锂枝晶生长的固体电解质膜和包括其的全固态电池，所述固体电解质膜包括固体电解质材料和金属颗粒，所述金属颗粒可与锂形成合金。

技术领域

本申请要求于2019年4月19日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2019-0046310的权益，将其全部内容通过引用并入本文。本发明涉及一种用于抑制锂枝晶生长的全固态电池用电解质膜以及包含所述电解质膜的全固态电池。

背景技术

在使用液体电解质的锂离子电池中，负极和正极由隔膜分开，当隔膜由于变形或外部冲击而受到损坏时，可能发生短路，导致过热或爆炸。因此，在锂离子二次电池领域中开发具有安全性的固体电解质非常重要。

使用固体电解质的锂二次电池具有增强的电池安全性，防止电解质的泄漏，从而具有提高电池的可靠性，并且容易制造薄型电池。另外，由于将锂金属用作负极，因此它们具有提高的能量密度，因此，与小型二次电池一起，作为期望用于电动汽车的高容量二次电池的下一代电池而备受关注。

固体电解质材料通常包括聚合物类固体电解质、氧化物类固体电解质和硫化物类固体电解质材料。当仅使用固体电解质材料来制造薄膜自立式电解质膜时，在电池的制造过程中或在使用过程中可能会发生诸如电解质材料撕裂或破裂或分离的缺陷。特别是，当锂金属用作负极活性材料时，会产生锂枝晶从负极表面生长的问题，并且当生长的锂枝晶与正极接触时，电池中会发生短路。图1是显示出将固体电解质膜置于负极与正极之间而制造的全固态电池的图。在全固态电池中，固体电解质膜代替隔膜用作正极和负极的电绝缘体。特别是，当将聚合物材料用作固体电解质时，固体电解质膜可能会由于锂枝晶的生长而受损。参考图1，从负极生长的锂枝晶可能损坏固体电解质膜，导致正极和负极之间的短路。另外，无机固体电解质通常包括具有层状结构的颗粒状离子导电无机材料，并且由颗粒之间的间隙体积形成多个孔。锂枝晶可以在由孔提供的空间中生长，并且当透过孔生长的锂枝晶接触正极时，可发生短路。因此，需要开发用于抑制锂枝晶生长的全固态电池用电解质膜。

发明内容

[技术问题]

本公开旨在解决上述技术问题，因此，本公开旨在提供一种用于抑制锂枝晶生长的固体电解质膜和包含其的全固态电池。通过以下描述将理解本公开的这些和其他目的和优点。另外，将容易理解的是，本公开的目的和优点可以通过所附权利要求中描述的方式或方法及其组合来实现。

[技术方案]

本公开涉及一种用于解决上述技术问题的全固态电池用固体电解质膜。本公开的第一方面涉及一种包括引导层的固体电解质膜，其中，所述固体电解质膜包括固体电解质材料和金属颗粒，所述金属颗粒能够与锂形成合金，所述引导层以层状设置在固体电解质膜内，并且金属颗粒包含在引导层中。

根据本公开的第二方面，在第一方面中，所述金属颗粒的Li金属成核过电位(nucleation overpotential)为100mV以下。

根据本公开的第三方面，在第一和第二方面中的任一方面中，所述固体电解质膜包括Au、Ag、Pt、Zn、Mg、Al、Ni和Bi中的至少一种作为金属颗粒。

根据本公开的第四方面，在第一至第三方面中的任一方面中，所述引导层的厚度为1nm至1,000nm。

根据本公开的第五方面，在第一至第四方面中的任一方面中，所述固体电解质材料包含聚合物类固体电解质材料。

根据本公开的第六方面，在第一至第五方面中的任一方面中，所述聚合物类固体电解质材料包含聚合物树脂和锂盐，并且表现出1×10^-7S/cm以上的离子电导率。

根据本公开的第七方面，在第一至第六方面中的任一方面中，所述金属颗粒的粒径为1nm至5μm。