全固态锂二次电池及其制备方法与流程

本发明涉及全固态锂二次电池及其制备方法。

背景技术：

1、二次电池主要应用于诸如移动设备和笔记本电脑等小型设备领域，但其应用方向最近已扩展到中大型设备领域，例如储能系统(ess)和电动车辆(ev)等需要高能量和高输出的领域。

2、最近，对全固态锂二次电池的兴趣趋于增加。全固态锂二次电池是使用不可燃的无机固体电解质代替液体电解质的二次电池，其中全固态锂二次电池在以下方面备受关注：其与使用液体电解质的锂二次电池相比热稳定性更高，由于在过充电期间泄漏而爆炸的风险非常低，并且不需要添加防止爆炸风险的设备。

3、然而，由于全固态锂二次电池使用相当大的固体电解质，因此有许多尝试来提高电池的能量密度。为此，作为负极活性材料层，使用能够与锂(例如锂金属)形成合金的金属层。然而，如果使用金属层，则由于在金属层上析出的锂发生离子化并溶解时在固体电解质和金属层之间产生孔隙，因此会对电池运行产生不利影响。此外，由于锂金属在全固态锂二次电池的放电期间以枝晶状析出在金属层的表面上，因此全固态锂二次电池的寿命和安全性降低。

4、为了解决这种问题，传统上，还使用通过在正极或负极上设置用于防止孔隙产生的端板来施加高外部压力的方法。然而，由于当使用施加外部压力的端板时，全固态锂二次电池的体积会过度增加，因此存在全固态锂二次电池的能量密度降低的问题。

5、因此，需要一种能够改善全固态锂二次电池的寿命和安全性的新方法。

技术实现思路

1、[技术问题]

2、本发明的一个方面提供了一种全固态锂二次电池，其中，通过在充电期间还原锂离子，可以有效地存储锂金属，可以提高初始充电/放电效率，并且可以改善寿命特性。

3、本发明的另一方面提供了一种通过减少银纳米颗粒的用量而具有价格竞争力的全固态锂二次电池。

4、本发明的另一方面提供了一种上述全固态锂二次电池的制备方法。

5、[技术方案]

6、根据本发明的一个方面，提供了一种全固态锂二次电池，其包括正极活性材料层、负极活性材料层以及设置在所述正极活性材料层和所述负极活性材料层之间的固体电解质层，其中，所述负极活性材料层包括石墨化片状碳纳米纤维(gpcnf)和银纳米颗粒。

7、根据本发明的另一方面，提供了一种全固态锂二次电池的制备方法，其包括：第一步骤，通过还原银离子和石墨化片状碳纳米纤维的混合物中的银离子，形成包括石墨化片状碳纳米纤维和设置在所述石墨化片状碳纳米纤维上的银纳米颗粒的干混粉末；以及第二步骤，利用包含所述干混粉末的负极混合物在负极集流体上形成负极活性材料层。

8、[有益效果]

9、关于本发明的全固态锂二次电池，由于负极活性材料层包括石墨化片状碳纳米纤维和银纳米颗粒，锂离子在充电期间被负极活性材料层还原并析出，因此，锂离子可以有效地存储在负极中。此外，由于存储的锂在放电期间可以以锂离子的形式溶解，因此锂离子可以移动到正极。石墨化片状碳纳米纤维可通过增加锂离子的迁移率来改善电池的初始充电/放电效率和寿命特性。此外，当使用石墨化片状碳纳米纤维时，由于上述锂离子即使在使用少量的银纳米颗粒的情况下也可以有效地移动，因此可以提高所制备的全固态锂二次电池的价格竞争力。

技术特征：

1.一种全固态锂二次电池，其包括：

2.如权利要求1所述的全固态锂二次电池，其中，所述石墨化片状碳纳米纤维是通过在2000℃以上的温度下对片状碳纳米纤维进行热处理而形成的。

3.如权利要求1所述的全固态锂二次电池，其中，所述石墨化片状碳纳米纤维具有多个石墨烯片在所述石墨化片状碳纳米纤维的生长方向上堆叠的形式，并且

4.如权利要求1所述的全固态锂二次电池，其中，所述银纳米颗粒设置在所述石墨化片状碳纳米纤维的表面上。

5.如权利要求1所述的全固态锂二次电池，其中，在所述石墨化片状碳纳米纤维的x射线衍射(xrd)测量中，

6.如权利要求1所述的全固态锂二次电池，其中，在所述石墨化片状碳纳米纤维的xrd测量中，

7.如权利要求1所述的全固态锂二次电池，其中，所述石墨化片状碳纳米纤维的id/ig为0.1至1.0。

8.如权利要求1所述的全固态锂二次电池，其中，所述石墨化片状碳纳米纤维的平均直径为10nm至500nm。

9.如权利要求1所述的全固态锂二次电池，其中，所述石墨化片状碳纳米纤维的平均长度为0.1μm至5μm。

10.如权利要求1所述的全固态锂二次电池，其中，所述石墨化片状碳纳米纤维的比表面积为5m2/g至100m2/g。

11.如权利要求1所述的全固态锂二次电池，其中，所述石墨化片状碳纳米纤维以50重量％至98重量％的量包含在所述负极活性材料层中。

12.如权利要求1所述的全固态锂二次电池，其中，所述银纳米颗粒的平均粒径为1nm至100nm。

13.如权利要求1所述的全固态锂二次电池，其中，在所述负极活性材料层中，

14.如权利要求1所述的全固态锂二次电池，其中，所述石墨化片状碳纳米纤维与所述银纳米颗粒的重量比为99:1至60:40。

15.如权利要求1所述的全固态锂二次电池，其中，所述负极活性材料层还包括负极粘合剂。

16.如权利要求1所述的全固态锂二次电池，其中，所述负极活性材料层的厚度为1μm至100μm。

17.如权利要求1所述的全固态锂二次电池，其还包括负极集流体，以及

18.一种权利要求1所述的全固态锂二次电池的制备方法，所述方法包括：

技术总结
本发明涉及一种全固态锂二次电池及其制备方法，其中所述全固态锂二次电池包括正极活性材料层、负极活性材料层以及设置在所述正极活性材料层和所述负极活性材料层之间的固体电解质层，其中所述负极活性材料层包括石墨化片状碳纳米纤维(GPCNF)和银纳米颗粒。

技术研发人员：金泰坤,李东灿,李廷范,金瑟朁,权慧珍,河会珍,金奇泰,金昭希,金贞吉,金明洙
受保护的技术使用者：株式会社LG新能源
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13