[发明专利]一种固态电池的电芯结构及其制备方法

说明书

本发明提供了一种固态电池的电芯结构及其制备方法，电芯结构包括依次层叠设置的正极极片、电解质层和负极极片，正极极片包括由电解质层表面依次层叠设置的正极涂层和正极集流体，负极极片包括由电解质层表面依次层叠设置的负极涂层和负极集流体；还包括正极多孔导电体和/或负极多孔导电体；正极多孔导电体包括夹设于正极极片与电解质层之间的正极多孔层，以及竖直固定于所述正极多孔层上的至少一个正极突出部，正极突出部贯穿正极涂层并插入正极集流体内部；负极多孔导电体包括夹设于负极极片与电解质层之间的负极多孔层，以及竖直固定于所述负极多孔层上的至少一个负极突出部，负极突出部贯穿负极涂层并插入负极集流体内部。

技术领域

本发明属于电池电芯技术领域，涉及一种固态电池的电芯结构及其制备方法。

背景技术

固态电池，又称全固态锂电池，是相对液态锂电池而言，是指结构中不含液体，所有材料都以固态形式存在的储能器件。具体来说，它由正极材料+负极材料和电解质组成，而液态锂电池则由正极材料+负极材料+电解液和隔膜组成。固态电池采用不可燃的固态电池电解质替换了可燃性的有机液态电解质，大幅提升了电池系统的安全性，同时能够更好地适配高能量正负极并减轻系统重量，实现能量密度同步提升。在各类新型电池体系中，固态电池是距离产业化最近的下一代技术，这已成为产业与科学界的共识。

为了解决固态电池中电子在厚电极中传导路径增加、传导受限的问题，目前多采用在正极涂层中添加更多的导电碳来解决这一问题。但是此方法存在明显的缺陷：(1)导电碳均为纳米粉体颗粒，很难在正极浆料中均匀分散，特别是当含量增加时其更容易形成团聚，从而造成导电网络不能很好地构建，反而使得电子电导率下降。(2)固态电池中使用的固态电解质如硫化物电解质，在高压下不稳定，特别是与导电碳接触时其更容易在高压下发生分解反应从而导致硫化物电解质的离子电导率下降；所以当在正极极片中添加更多的导电碳时，其会造成固态电解质与导电碳接触截面的迅速恶化，反而使得电池性能显著下降。(3)导电碳含量的增加，必然要挤占其它物质在正极极片中的占比：正极活性物质比例的减少会使得能够放出的能量降低，进而造成电池整体能量密度的下降；固态电解质含量的下降，会使得正极极片中的离子导电网络不能很好地构建，造成离子传导受限能量不能正常发挥。

CN108695548A公开了一种层叠型全固态电池，具备多个全固态电池，所述全固态电池分别具有：正极层，其具有正极集电体和在正极集电体上形成的包含正极活性物质的正极活性物质层；负极层，其具有负极集电体和在负极集电体上形成的包含负极活性物质的负极活性物质层；以及，固体电解质层，其配置于正极活性物质层与负极活性物质层之间且包含具有锂离子导电性的固体电解质。

CN108695558A公开了一种全固态电池芯，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。

CN104919628A公开了一种全固态电池，其包括负电极层、正电极层、布置在正电极层和负电极层之间的固态电解质层、连接至负电极层的负电极集电体、连接至正电极层的正电极集电体，其中，负电极层包含硫化物固态电解质，负电极集电体包含与硫化物固态电解质反应的金属，在负电极层和负电极集电体之间存在含硫化合物层。

传统方法中，为了解决固态电池中电子在厚电极中传导路径增加、传导受限的问题，目前多采用在正极涂层中添加更多的导电碳来解决，但该方法存在明显缺陷，为了更好地解决上述技术问题，亟需对现有的固态电池结构进行优化改进。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种固态电池的电芯结构及其制备方法，本发明通过优化全固态电池的电芯结构，在不增加极片中导电碳含量的前提下，优化极片中的电子传导网络、减小电子在极片中的传输路径、降低正极极片中由电子传导受限而造成的极化现象。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：