[发明专利]一种全固态电池芯及包含该电池芯的高性能固态电池

说明书

本发明涉及全固态电池技术领域，公开了一种全固态电池芯及其包含该电池芯的高性能全固态电池，其中，全固态电池芯的正极材料、电解质、负极材料和集流体为一体化电极的，从而消除了四者之间的界面问题，避免了界面阻抗的产生。而用该全固态电池芯制成的全固态电池，也具有较长使用寿命和较高的电性能，因而适合大规模推广使用。

技术领域

本发明涉及全固态电池技术领域，特别涉及一种全固态电池芯及包含该电池芯的高性能固态电池。

背景技术

锂电池和钠电池以其高能量密度、高工作电压、长循环寿命、低自放电率、无记忆效应、可快速充放电和环境友好等优点得到了广泛的应用，其也解决了传统液态二次电池中含有大量有机电解液，具有易挥发、易燃、易爆等缺点，降低了重大安全隐患存在的概率。

因而，采用固体电解质的全固态电池相比传统液态电池具有更高的安全性和机械强度，同时，也可以实现大容量电池的制备。然而，全固态电池的电池芯结构中，固态电解质与固态电极之间不同于传统液态电池的固液接触，而其是属于固-固接触的。因而，全固态电池在充放电时，正负极会持续发生体积膨胀/收缩，如果接触不够紧密，其电极/电解质之间就将存在巨大的界面阻抗，甚至产生裂缝，极大地影响电池性能。为了能够获得良好的全固态电池，普通的操作方式是对全固态电池芯在纵向上采用夹具施加一定压力，因此也就增加了附属品，从而降低了全固态电池的体积与质量比能量密度，限制了全固态电池的实际应用。

为了能够减少原电池电极/电解质之间的界面阻抗，市面上不少企业也提出了相关的解决方案，例如申请号为201410788427.2的中国专利内公开了一种电池芯，其是在干燥环境中，自下至上将负极集流体、负极材料、固体电解质、复合正极、正极集流体在电池压制模具中压制成一体。

但是，这样的电池芯结构中的负极集流体、负极材料、固体电解质、复合正极和正极集流体之间的界面还是比较比较明显的。并且，它们也只是通过简单的物理作用联系在一起的，因而随着时间的推移，相互之间的作用力就会明显地减弱。尤其是电池芯在充放电的收缩膨胀过程后，各层之间的界面会变得有为明显。因而，还有较大的空间待于改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全固态电池芯，其通过一体聚合的方式基本上消除了充放电过程中引起的界面分离而产生的阻抗大的技术问题，并且所制得的全固态电池的安全性和循环寿命也得到了巨大的提升。

本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：一种全固态电池芯，包括一体聚合而成的正极集流体、一体化电极和负极集流体，其中一体化电极位于正极集流体和负极集流体之间。

通过采用上述技术方案，由于此处一体化电极中的正极材料、负极材料和电解质通过聚合的方式形成了一体化，从而正极材料、电解质和负极材料之间的界面基本上消除了，这样也就避免了界面阻抗的存在。而且，正极集流体和负极集流体与一体化电极之间也是通过聚合的方式联系在一起的，这样相比于物理方式的粘结而言，其相互之间的牢固度会更大。从而，在不采用夹具的情况下，电池芯在长期充分电的过程中也都能够保证较高的完整性，进而降低了电池芯出现界面阻抗的概率，提升了电池长期使用的寿命。

优选为,一体化电极包括正极材料、负极材料和电解质，按质量分数计，其中正极材料包括聚合物单体1～5份、引发剂0.001～0.01份、碱金属盐0.2～3份、正极活性材料6～10份和炭黑1～2份；负极材料包括聚合物单体1～5份、引发剂0.001～0.01份、碱金属盐0.2～3份、负极活性材料6～10份和炭黑1～2份；电解质包括聚合物单体1～5份、引发剂0.001～0.01份、碱金属盐0.2～3份和0.01～1份填料。

优选为，所述聚合物单体可以为聚合物单体为环氧乙烷、甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈中的任意一种或几种的混合物。