[发明专利]全固态电池用电解质膜和包含该电解质膜的全固态电池

说明书

本发明涉及用于抑制锂枝晶生长的固体电解质膜和包含该电解质膜的全固态电池，所述固体电解质膜包含固体电解质和金属颗粒，其中所述金属颗粒与锂形成合金。

技术领域

本申请要求于2019年4月18日在韩国专利局递交的韩国专利申请10-2019-0045630号的权益，其公开内容通过引用以其整体并入本文。本发明涉及用于抑制锂枝晶生长的全固态电池用电解质膜和包含该电解质膜的全固态电池。

背景技术

当由于撞击或外部环境而变形时，使用液体电解质的锂离子电池可能会泄漏液体电解质或由于短路着火，导致过热或爆炸。因此，在锂离子二次电池领域中重要的是开发安全的固体电解质。

使用固体电解质的锂二次电池提高了电池的安全性，防止了电解质的泄漏，使得电池的可靠性提高，并且易于制造薄型电池。另外，由于将锂金属用于负极，它们具有提高的能量密度，因此，与小型二次电池一起，它们作为期望用于电动汽车的高容量二次电池的下一代电池而备受关注。

固体电解质材料一般包括聚合物类固体电解质、氧化物类固体电解质和硫化物类固体电解质材料。当单独使用固体电解质材料制造薄膜型独立式电解质膜时，在电池的制造期间或在使用过程中可能会出现诸如电解质材料的撕裂或裂缝或分离的缺陷。特别地，当使用锂金属作为负极活性材料时，存在锂枝晶从负极表面的生长的问题，而当生长的锂枝晶与正极接触时，电池中会发生短路。图1是示出了通过将固体电解质膜置于负极和正极之间制造的全固态电池的图。在全固态电池中，固体电解质膜代替隔膜用作正极和负极的电绝缘体。特别地，当使用聚合物材料作为固体电解质时，固体电解质膜可能由于锂枝晶的生长而受损。参照图1，从负极中生长的锂枝晶可能损坏固体电解质膜，使得正极和负极之间可能发生短路。另外，无机固体电解质一般包括具有分层结构的颗粒状离子导电无机材料，并且通过颗粒之间的间隙体积形成多个孔。锂枝晶可在孔提供的空间中生长，并且当经过孔生长的锂枝晶与正极接触时，可能会发生短路。因此，需要开发用于抑制锂枝晶生长的全固态电池用电解质膜。

发明内容

技术问题

本发明设计用于解决上述技术问题，因此本发明涉及提供用于抑制锂枝晶生长的固体电解质膜和包含该电解质膜的全固态电池。通过以下描述将理解本发明的这些和其他目的和优点。另外，将容易地认识到，本发明的目的和优点可以通过所附权利要求中描述的手段或方法及其组合来实现。

技术方案

本发明涉及用于解决上述技术问题的固体电解质膜。本发明的第一方面涉及固体电解质膜，所述固体电解质膜包含固体电解质材料和金属颗粒，其中所述金属颗粒能够与锂形成合金。

根据本发明的第二方面，在第一方面中，所述金属颗粒的Li金属成核过电势为100mV以下。

根据本发明的第三方面，在第一和第二方面的至少一个中，所述固体电解质膜包含Au、Ag、Pt、Zn、Mg、Al、Ni和Bi中的至少一种作为所述金属颗粒。

根据本发明的第四方面，在第一至第三方面的至少一个中，所述固体电解质材料包括聚合物类固体电解质材料。

根据本发明的第五方面，在第一至第四方面的至少一个中，所述聚合物类固体电解质材料包括聚合物树脂和锂盐，并展现出1×10^-7S/cm以上的离子电导率。

根据本发明的第六方面，在第一至第五方面的至少一个中，所述金属颗粒的粒径为1nm至5μm。

根据本发明的第七方面，在第一至第六方面的至少一个中，基于100重量％的所述固体电解质膜，所述金属颗粒的存在量为0.1重量％至20重量％。

根据本发明的第八方面，在第一至第七方面的至少一个中，所述全固态电池用固体电解质膜在其一个或两个最外表面上包括不含所述金属颗粒的固体电解质部分。