全固态电池和车辆的制作方法

本公开涉及一种无阳极全固态电池，该电池可有效地控制由于在电池充电期间沉积的锂引起的局部体积膨胀。

背景技术：

1、全固态电池是三层堆叠，包括接合至阴极电流集电器的阴极活性材料层、接合至阳极电流集电器的阳极活性材料层、以及设置在阴极活性材料层与阳极活性材料层之间的固体电解质层。

2、通常，除阳极活性材料如石墨之外，阳极活性材料层还包括负责锂离子迁移的固体电解质。固体电解质具有比液体电解质更大的比重，并且因此，全固态电池的能量密度低于使用液体电解质的锂离子电池的能量密度。

3、为了解决以上问题，即，增加全固态电池的能量密度，正在进行关于锂金属作为阳极的应用的研究。然而，存在许多需要克服的问题，包括研究技术问题(诸如界面结合、锂枝状晶体的生长等)，和工业技术问题(诸如成本、难以确保大规模等)。

4、最近，正在进行对无阳极全固态电池的研究，在无阳极全固态电池中，省略阳极并且锂离子(li+)以锂金属的形式直接沉淀在阳极电流集电器上。

5、在该背景技术部分中公开的上述信息仅用于增强对本发明的背景技术的理解，并且因此上述信息可能包括并不形成在该国为本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、在优选方面中，提供了一种无阳极全固态电池，该电池可以有效地控制由于在电池充电期间沉积的锂而引起的局部体积膨胀。

2、如在本文中使用的术语“全固态电池”是指包括固态的电解质的可再充电二次电池。在某些实施方式中，全固态电池可以是无阳极全固态电池。

3、如本文所使用的术语“无阳极的全固态电池”、“无阳极全固态电池”、“无阳极的电池”或“无阳极电池”是指在其阳极侧包括裸露电流集电器的全固态电池，这与使用锂金属作为阳极的电池相反。无阳极全固态电池可以包括在裸露电流集电器上的涂层，该涂层包括诱导锂离子传导至裸露电流集电器表面的材料。

4、在一个方面，本公开提供了一种全固态电池，包括阳极电流集电器、设置在阳极电流集电器上的中间层、设置在中间层上的固体电解质层、设置在固体电解质层上并且包括阴极活性材料的阴极活性材料层、以及设置在阴极活性材料层上的阴极电流集电器。中间层可以包括碳颗粒和能够与锂合金化的金属颗粒，并且碳颗粒可以包括具有球形形状的第一碳材料和具有线性形状的第二碳材料。

5、第一碳材料可以适当地包括炭黑、石墨、或它们的组合。

6、第一碳材料可以具有约10nm至100nm的粒径d50。

7、如在此使用的术语“粒径d50”是指粒径分布中的中值粒径，并且该尺寸是通过颗粒表面上的两个点之间的最大距离测量的。

8、第二碳材料可以适当地包括单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管、气相生长碳纤维、碳纳米纤维或其组合。

9、第二碳材料可以具有约0.5μm至10μm的长度。

10、第二碳材料可以具有约30nm至100nm的外径。

11、第二碳材料可以具有约5至330的长径比，即，直径与长度的比率。

12、第一碳材料与第二碳材料的质量比可为约5：95至95：5。

13、金属颗粒可以包括选自由金(au)、铂(pt)、镁(mg)、钯(pd)、硅(si)、银(ag)、铝(al)、铋(bi)、锡(sn)和锌(zn)组成的组中的一者或多者。

14、中间层可以进一步包括粘合剂，并且基于中间层的总重量，中间层可以包括按重量计约60％至按重量计85％的量的碳颗粒、按重量计约10％至按重量计30％的量的金属颗粒、以及按重量计约1％至按重量计10％的量的粘合剂。

15、中间层的密度可为约1.0g/cc至1.8g/cc。如本文所使用的术语“密度”是指相对于体积的质量密度。中间层的密度是指包括所有所需组分的层的密度，即包括所述第一碳材料和所述第二碳材料的所述碳颗粒与所述金属颗粒彼此附接以形成所述中间层。

16、下文讨论了本发明的其他方面。

技术特征：

1.一种全固态电池，包括：

2.根据权利要求1所述的全固态电池，其中，所述第一碳材料包括炭黑、石墨、或其任意组合。

3.根据权利要求1所述的全固态电池，其中，所述第一碳材料具有10nm至100nm的粒径d50。

4.根据权利要求1所述的全固态电池，其中，所述第二碳材料包括：单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管、气相生长碳纤维、碳纳米纤维、或其任意组合。

5.根据权利要求1所述的全固态电池，其中，所述第二碳材料具有0.5μm至10μm的长度。

6.根据权利要求1所述的全固态电池，其中，所述第二碳材料具有30nm至100nm的外径。

7.根据权利要求1所述的全固态电池，其中，所述第二碳材料具有5至330的长径比。

8.根据权利要求1所述的全固态电池，其中，所述第一碳材料与所述第二碳材料的质量比是5：95至95：5。

9.根据权利要求1所述的全固态电池，其中，所述金属颗粒包括从由金、铂、镁、钯、硅、银、铝、铋、锡和锌组成的组中选择的一者或多者。

10.根据权利要求1所述的全固态电池，其中，所述中间层进一步包括粘合剂，

11.根据权利要求1所述的全固态电池，其中，所述中间层的密度为1.0g/cc至1.8g/cc。

12.一种车辆，包括根据权利要求1所述的全固态电池。

技术总结
本发明公开了一种全固态电池和车辆，该全固态电池可以有效控制由于电池充电期间沉积的锂引起地局部体积膨胀。全固态电池包括阳极电流集电器、位于阳极电流集电器上的中间层、位于中间层上的固体电解质层、位于固体电解质层上并且包括阴极活性材料的阴极活性材料层、以及位于阴极活性材料层上的阴极电流集电器。中间层包括碳颗粒和可与锂成合金的金属颗粒，并且碳颗粒包括例如为球形碳材料的第一碳材料和例如为线性碳材料的第二碳材料。

技术研发人员：南荣镇,崔洪硕,金善和,姜煕秀,林栽敏,金相完
受保护的技术使用者：现代自动车株式会社
技术研发日：
技术公布日：2024/3/5