[发明专利]固体电解质电池和包含该固体电解质电池的电池模块及电池组

说明书

本发明涉及一种固体电解质电池及包含所述固体电解质电池的电池模块，所述固体电解质电池包括正极、负极和置于正极和负极之间的隔膜，其中，负极包括：负极集流体；形成于所述负极集流体的至少一个表面上并包含第一负极活性材料、第一固体电解质和第一电解质盐的第一负极活性材料层；以及形成于第一负极活性材料层上并包含第二负极活性材料、第二固体电解质、第二电解质盐和熔点为30℃至130℃的增塑剂的第二负极活性材料层，所述固体电解质电池在所述增塑剂的熔点和130℃之间的温度下被激活，并在第二负极活性材料的表面上形成固体电解质界面(SEI)层。

技术领域

本发明涉及固体电解质电池和包含该固体电解质电池的电池模块。更具体而言，本发明涉及能够降低负极活性材料层与隔膜之间的界面电阻、同时提高与负极集流体的粘附力的固体电解质电池和包含该固体电解质电池的电池模块。

本申请要求于2018年4月26日在韩国提交的韩国专利申请10-2018-0048585的优先权，将其公开内容(包括说明书和附图)通过援引并入本文。

背景技术

使用液体电解质的锂离子电池具有负极和正极由隔膜限定的结构，因此当隔膜因变形或外部冲击而损坏时，可能导致短路，从而造成诸如过热或爆炸等危险。因此，可以说开发能够确保安全性的固体电解质是锂离子二次电池领域中非常重要的问题。

使用固体电解质的锂二次电池具有增强的安全性，防止电解液的泄漏以提高电池的可靠性，并有助于制造薄电池。另外，锂金属可用作负极以提高能量密度。因此，这种使用固体电解质的锂二次电池有望应用于电动车辆的大容量二次电池以及小型二次电池，并作为下一代电池而备受瞩目。

同时，在使用固体电解质的电池的情况下，其电极和聚合物基隔膜(膜)全部处于固态，并且不包括液体电解质。因此，在电极和隔膜之间的界面处产生的空隙作为死区(dead space)存在。特别是，当电极表面因活性材料的形状、导电材料的凝集和粘合剂的膨胀而不规则时，会产生更多的空隙，从而导致电极和隔膜之间的电阻增加，因此对电池的寿命特性产生不利影响。特别是，当使用石墨基负极活性材料时，活性材料的体积在充电/放电过程中发生显著变化，并且这些空隙在循环过程中产生得更多，从而加速寿命的劣化。

另外，已知在常规锂离子电池的初始充电过程中形成的固体电解质界面层(SEI层)是保护负极活性材料在电池循环过程中免受副反应影响的重要保护层。形成这种SEI层的主要来源包括非水性电解质的溶剂或诸如碳酸亚乙烯酯(VC)等添加剂。然而，在使用固体电解质的固体电解质电池的情况下，与使用液体电解质的电池不同，固体电解质电池没有溶剂或添加剂，因此难以在负极活性材料的表面上形成SEI层。因此，当固体电解质电池重复循环时，副反应不断发生，从而加速负极活性材料的劣化，并导致电池寿命的缩短。

为解决上述问题，已经进行了许多尝试来在固体电解质电池中加入液体离子导电材料(或电解质)，以使其可以充满电极与隔膜之间的界面。为使用这种液体材料，应在组装电芯之后进行液体注入步骤。然而，缺点在于，应注入过量的液体材料以使其可以存在于隔膜和电极之间的界面处。

为克服这一点，可以使诸如电解液或添加剂等液体材料预先吸收至聚合物基隔膜中。然后，可以使吸收有电解液的聚合物基隔膜软化，从而降低隔膜和电极之间的界面电阻。然而，软化的隔膜机械性能差，从而难以进行组装，并且使电极活性材料与集流体之间的粘附力减弱。因此，上述方法在实际应用中存在困难。

发明内容

[技术问题]

设计本发明以解决相关技术的问题，因此本发明旨在提供一种固体电解质电池或全固态电池，该电池使液体材料仅存在于电极中以便软化隔膜，而没有单独的电解液体注入步骤，从而通过保持电极活性材料与集流体之间的粘附力同时降低隔膜与电极之间的界面电阻来提高电池的性能，并且即使在固体电解质电池系统中，也能够像在液体电解质电池中一样在负极活性材料的表面上形成SEI层。本发明也旨在提供包含该电池的电池模块。

[技术方案]