[发明专利]一种固态电池的预制模块、固态电池及其制备方法

说明书

一种固态电池的预制模块、固态电池及其制备方法，其中，预制模块包括：层叠设置的正极复合单元和负极复合单元；所述正极复合单元包括：双极板和正极活性物质层，所述正极活性物质层复合在所述双极板的一面，所述正极活性物质层具有预设压实密度；所述负极复合单元包括：固态电解质层和负极活性物质层，所述负极活性物质层复合在所述固态电解质层的一面；熔融态下的所述负极活性物质层与所述双极板的另一面粘合。将正极复合单元与负极复合单元分开制备，在辊压较大轧制力下可使正极活性物质层具有预设压实密度，以增加成品固态电池容量，避免固态电解质层因考虑机械强度而无法实现较大压实密度的问题。

技术领域

本发明涉及新能源电池技术领域，具体涉及一种固态电池的预制模块、固态电池及其制备方法。

背景技术

传统锂离子电池由正极集流体、正极活性物质、隔膜、负极活性物质、负极集流体以及电解质组成，正极集流体两侧涂布有正极活性物质，负极集流体两侧涂布有负极活性物质，正、负极活性物质之间用隔膜隔开，电解质一般采用有机液态电解质，液态电解质充满在正、负极活性物质和隔膜的缝隙和孔径中，液态电解质易挥发并且易燃，造成爆炸失火的安全隐患较大，在高容量和高能量密度体系下，锂离子电池存在胀气、漏液、内短路导致热失控的风险。

固态电解质材料具有本质的安全性，采用固态电解质替换液态电解质形成固态电池有望彻底解决电池的安全隐患，因此，固态电池是目前公认的未来动力电池的主流技术路线。由于不含可流动的液态电解质，固态电池可以采用多个正极-电解质-负极组成的电池单元进行堆叠的串联结构，并且采用金属双极板代替传统液态电池的正、负极集流体，即双极板的一侧为一个电池单元的正极材料，另一侧为相邻电池单元的负极材料。与传统液态电解质的锂离子电池正、负极需采取不同的集流体相比，基于双极板的固态电池具有更高的成组效率。

现有固态电解质一般分为氧化物、硫化物和聚合物三种类型，其中氧化物固态电解质具有最好的安全性、稳定性和耐高电压性，受到业界的广泛关注。然而作为一种陶瓷材料，氧化物固态电池存在电解质片容易脆断、大尺寸制备困难、电极-电解质界面接触差和阻抗高等共性难题。

氧化物固态电池的一大难题是电极片的压实密度与氧化物固态电解质片脆性断裂的矛盾。电极片由活性物质、固态电解质颗粒、粘结剂和导电添加剂等组成的混合浆料通过干法或湿法方式涂覆在金属集流体上形成。为了提高电池能量密度，需要提高活性物质的面载量，同时涂覆后的电极片需要经过辊压机施加轧制力以提高极片的压实密度。然而，电极片与氧化物固态电解质片的堆叠组装是目前固态电池生产面临的难题：一方面，氧化物固态电解质片具有很强的脆性，即使施加很小的压力也容易引起断裂；另一方面，若不施加压力，电极片与固态电解质片之间会存在很高的界面阻抗，严重影响电池性能。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种采用粘合的方式制备得到固态电池的预制模块、固态电池及其制备方法。

根据本申请的第一方面，本申请提供了一种固态电池的预制模块，包括：层叠设置的正极复合单元和负极复合单元；所述正极复合单元包括：双极板和正极活性物质层，所述正极活性物质层复合在所述双极板的一面，所述正极活性物质层具有预设压实密度；所述负极复合单元包括：固态电解质层和负极活性物质层，所述负极活性物质层复合在所述固态电解质层的一面；熔融态下的所述负极活性物质层与所述双极板的另一面粘合。

一种实施例中，所述预设压实密度大于等于2.8 g/cm³。

根据本申请的第二方面，本申请提供了一种固态电池，包括：至少两个层叠设置的所述的预制模块，以及设置在两个相邻预制模块之间的离子导体粘合层；所述离子导体粘合层用于将相邻两个预制模块中上一所述预制模块的固态电解质层的另一面与下一所述预制模块的正极活性物质层的表面粘合并导通离子。

一种实施例中，所述离子导体粘合层的材料为具有离子导通的有机聚合物或有机-无机复合材料。