[发明专利]全固态电池用电解质膜和包括该电解质膜的全固态电池

说明书

本发明的固体电解质膜包含具有低离子电导率的聚合物材料，凭借该聚合物材料，通过在高温条件(例如电池内部温度的升高)下的聚合物相分离在电解质膜中形成了离子传导中断层，由此中断锂离子的迁移。“离子传导中断层”(也称为“中断层”)的形成防止了电池热失控和由此引发的爆炸，因此有利地提高了电池的耐热性和安全性。

技术领域

本申请要求2019年9月11日在大韩民国提交的第10-2019-0113061号韩国专利申请的优先权。本发明涉及一种具有改进的耐热性和安全性并显示出改进的关断(shut-down)功能的固态电池用电解质膜，以及包括该电解质膜的固态电池。

背景技术

在使用液体电解质的锂离子电池中，当电池因撞击或外部环境而变形时，液体电解质可能会泄漏到电池外部，或者电解质可能会由于短路而燃烧等，从而导致例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的非常重要的问题。

使用固体电解质的锂二次电池的优点在于其具有增强的安全性，防止电解质的泄漏以改善电池的可靠性，并且有助于薄型电池的制造。另外，锂金属可以用作负极以提高能量密度。因此，除了紧凑型二次电池之外，这样的使用固体电解质的锂二次电池已预期可用于电动车辆用高容量二次电池，已经作为下一代电池受到关注。

通常，将聚合物固体电解质、氧化物类固体电解质和硫化物类固体电解质材料用作固体电解质材料。当单独使用这种固体电解质材料来制造自立型电解质膜时，在电池的制造或使用过程中可能会发生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，存在从负极表面生长锂枝晶并且由此生长的锂枝晶在与正极接触时引起电池短路的问题。在固态电池中，固体电解质膜代替隔膜充当正极和负极之间的电绝缘体。特别是，当将聚合物材料用作固体电解质时，固体电解质膜可能因锂枝晶的生长而受到损坏。当电解质膜如上所述受到损坏时，电流集中在受损部分，引起快速的放热，导致着火和爆炸。特别是，在大型电池的情况下，由于短路而产生大量的热量，因此存在上述问题可能变得更加严重的问题。因此，需要开发一种能够在发生短路并且电池内部温度因此迅速升高时迅速实现关断功能的电解质膜。

发明内容

[技术问题]

设计本公开以解决相关技术的问题，因此，本公开旨在提供一种具有关断功能的固体电解质膜和包括该固体电解质膜的全固态电池。从以下详细说明中可以理解本公开的这些和其他目的和优点。此外，将容易理解，本公开的目的和优点可以通过在所附权利要求以及它们的组合所示的手段来实现。

[技术方案]

在本公开的一个方面中，提供一种以下任一实施方式的固态电池用固体电解质膜。根据本公开的第一实施方式，提供了一种固态电池用固体电解质膜，其在20℃-30℃下的离子电导率为1×10^-7S/cm以上，并且包含聚合物材料(A)和固体电解质材料(B)的混合物，其中聚合物材料(A)包含嵌段共聚物，并且在20℃至30℃下的离子电导率为5×10^-7S/cm以下。

根据本公开的第二实施方式，提供第一实施方式中定义的固态电池用固体电解质膜，其中聚合物材料(A)包含烯烃类聚合单元、苯乙烯类聚合单元、丙烯酸类聚合单元、碳化物类聚合单元、酯类聚合单元或选自其中的两种以上聚合单元。

根据本公开的第三实施方式，提供第一或第二实施方式中定义的固态电池用固体电解质膜，其中聚合物材料(A)包含环氧乙烷、聚醚聚合物的聚合单元、聚碳酸酯聚合物的聚合单元、聚丙烯酸酯聚合物的聚合单元、聚硅氧烷聚合物的聚合单元、磷腈聚合物的聚合单元、聚环氧丙烷聚合物的聚合单元、聚磷酸酯聚合物的聚合单元、聚乙烯醇的聚合单元、聚偏二氟乙烯聚合物的聚合单元或选自其中的两种以上聚合单元。

根据本公开的第四实施方式，提供第一至第三实施方式中任一个定义的固态电池用固体电解质膜，其中聚合物材料(A)包含至少一种以下化学式1表示的化合物：

[化学式1]