[发明专利]复合电解质膜和包含该复合电解质膜的全固态电池

说明书

本发明的复合电解质膜包括处于与电极(例如，正极)接触的表面上的相变层。相变层包含填料，且处于正极和复合电解质膜之间的物理隔离区域(称为死区)被填料所填充，所述填料受到由电池内部温度增加所产生的热而液化，由此减小电解质膜和电极之间的界面电阻。

技术领域

本申请要求于2018年10月11日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请10-2018-0121266号的权益，本文通过援引并入其整体公开内容。本发明涉及包含电解质层和相变层的复合固体电解质膜和包含该复合电解质膜的全固态电池。

背景技术

近来，对于能量存储技术的兴趣日益增加。随着能量存储技术的应用领域已经扩展到移动电话、便携式摄像机、便携式计算机甚至电动汽车，人们已经在研究和开发电化学装置上付出了许多努力。在这方面，电化学装置受到越来越多的关注，特别是可再充电二次电池的开发是关注的焦点，并且最近在电池开发方面，已经研究和开发了用于提高容量密度和比能量的新电极和电池设计。

在目前可采用的二次电池中，二十世纪九十年代初期开发的锂二次电池具有比诸如Ni-MH、Ni-Cd和铅酸电池等使用电解质水溶液的传统电池更高的工作电压和能量密度，并且借助于这些优点，锂二次电池受到了广泛的关注。

锂二次电池使用了液体电解质(电解质溶液)，例如可燃有机溶剂。但是，使用液体电解质的电池有很高的电解质泄漏、着火和爆炸的风险。为了找到解决这些问题的根本性安全方案，已经进行了许多使用固体电解质代替液体电解质的研究。包括电解质在内的所有成分均为固体的电池被称为全固态二次电池。就安全性、高能量密度、高输出和简单的制造工艺而言，全固态电池作为下一代锂二次电池正受到关注。

然而，在包括固体电极和固体电解质膜(而不是液体电解质)的全固体电池中，在电极和固体电解质膜之间的界面中存在死区(dead space)，即离子性隔离的间隙。

特别地，由于电极活性材料的形状、导电材料的凝集或粘合剂聚合物的溶胀而使电极表面的均匀性越低，死区越多，并且电极与固体电解质膜之间的电阻越高，这会严重影响电池的使用寿命。

为了解决该问题，尝试将液体电解质添加到全固态电池中。然而，在电极组件的组装之后进行液体电解质注入需要过量的液体电解质，并且注入的液体电解质使得固体电解质膜软化。

另外，当锂金属用作负极活性物质时，由于在反复充电/放电期间负极表面上的枝晶生长，电极厚度增加并且循环特性下降。

发明内容

技术问题

为了解决上述问题，本发明旨在提供一种包括相变层的复合电解质膜。本发明进一步旨在提供一种包括该复合电解质膜的全固态电池。从以下描述中将理解本发明的这些和其他的目的及优点。容易理解的是，本发明的目的和优点可以通过所附权利要求中阐述的手段或方法及其组合来实现。

技术方案

为了实现上述目的，本发明涉及一种全固态电池用复合电解质膜。本发明的第一方面涉及一种复合电解质膜，该复合电解质膜包括按顺序堆叠的电解质层和相变层，其中，所述相变层包含具有多个孔的多孔片材以及填充所述多孔片材的孔的填料，其中，所述多孔片材包含聚合物树脂，且所述填料在26℃以下以固态存在而在35℃以上以液态存在。

根据本发明的第二方面，在第一方面中，所述填料可以包括选自由碳酸亚乙酯(EC)、重均分子量为1000以上的聚乙二醇(PEG)、丁二腈(SN)和环式磷酸酯(CP)组成的组中的至少一种。

根据本发明的第三方面，在第一方面或第二方面中，所述电解质层可以包含硫化物类固体电解质、氧化物类固体电解质和聚合物类固体电解质，且所述聚合物类固体电解质可以包含聚合物树脂和锂盐。