[发明专利]全固态电池用电解质膜以及包含其的全固态电池

说明书

本发明涉及一种全固态电池用固体电解质膜以及包含其的电池。在本发明中，所述电池可以包括锂金属作为负极活性材料。本发明的全固态电池用固体电解质膜包括包含金属颗粒的引导层以引导锂枝晶的水平生长，从而延迟由枝晶生长引起的电短路。另外，所述引导层通过聚合物材料的自组装形成，因此金属颗粒可以以非常规则的图案均匀分布在引导层内。

技术领域

本申请要求于2019年4月18日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2019-0045631的权益，通过援引将其公开内容整体并入本文。本发明涉及一种用于抑制锂枝晶生长的全固态电池用电解质膜以及包含该电解质膜的全固态电池。

背景技术

在使用液体电解质的锂离子电池中，负极和正极由隔膜隔开，并且当隔膜因变形或外部冲击而受损时，可能发生短路，从而导致过热或爆炸。因此，开发具有安全性的固体电解质在锂离子二次电池领域中非常重要。

使用固体电解质的锂二次电池具有增强的电池安全性，防止电解质的泄漏，从而提高电池的可靠性，并易于制造薄型电池。另外，由于使用锂金属作为负极，因此它们具有提高的能量密度，因此，与小型二次电池一起，它们有望用于电动车辆的高容量二次电池，并作为下一代电池而备受关注。

固体电解质材料通常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。当仅使用上述固体电解质材料来制造薄膜自支撑式电解质膜时，在电池的制造过程中或使用过程中可能发生诸如撕裂或破裂或电解质材料分离等缺陷。特别是，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生长的问题，并且当生长的锂枝晶与正极接触时，电池发生短路。图1是示出将上述固体电解质膜置于负极和正极之间而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而用作正极和负极的电绝缘体。特别是，当使用聚合物材料作为固体电解质时，固体电解质膜可能因锂枝晶的生长而受损。参考图1，从负极生长的锂枝晶可能损坏固体电解质膜，从而导致正极和负极之间的短路。另外，无机固体电解质通常包括具有层状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而形成多个孔隙。锂枝晶可能在由该孔隙提供的空间中生长，并且当穿过该孔隙生长的锂枝晶与正极接触时，可能发生短路。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，本发明旨在提供一种用于抑制锂枝晶生长的固体电解质膜以及包含其的全固态电池。本发明的这些和其他目的和优点将通过以下描述来理解。另外，将容易理解的是，本发明的目的和优点可以通过所附权利要求书中描述的方式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一种固体电解质膜，其包括引导层，其中，所述固体电解质膜包含固体电解质材料和金属颗粒，所述金属颗粒能够与锂形成合金，所述引导层以层状布置在所述固体电解质膜内并被图案化，使得所述引导层包括多个包含引导材料的图案单元，并且所述图案单元规则地分布在所述引导层中。

根据本发明的第二方面，在第一方面中，引导层包含引导材料和与所述引导材料化学结合的共聚物，所述引导层具有源自所述共聚物的自组装的精细图案，所述共聚物包含能够与所述引导材料形成化学键的官能团，并且所述引导材料和所述共聚物通过所述官能团结合。

根据本发明的第三方面，在第一或第二方面中，金属颗粒的Li金属成核过电位为100mV以下。

根据本发明的第四方面，在第一至第三方面中的至少一个中，固体电解质膜包含Au、Ag、Pt、Zn、Mg、Al、Ni和Bi中的至少一种作为金属颗粒。

根据本发明的第五方面，在第一至第四方面中的至少一个中，引导层的厚度为1nm至1,000nm。

根据本发明的第六方面，在第一至第五方面中的至少一个中，固体电解质材料包括聚合物类固体电解质材料。