[发明专利]固体电解质膜和包含其的固态电池

说明书

本发明涉及一种固态电池用固体电解质膜，其包括至少两个固体电解质层和至少一个体积膨胀层，其中，所述体积膨胀层设置在所述固体电解质层之间。所述固体电解质膜包括：(a)离子传导性固体电解质材料，并且所述体积膨胀层包括(b)无机颗粒，其中，无机颗粒能够与锂形成合金并且包括金属和/或金属氧化物。因此，本发明提供了一种通过抑制锂枝晶的生长而从根本上防止短路的固态电池用固体电解质膜。

技术领域

本发明涉及一种用于固态电池的电解质膜和包括其的固态电池。

本申请要求于2019年5月3日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2019-0052531和于2019年11月15日提交的韩国专利申请No.10-2019-0147026的优先权，将其公开内容通过引用并入本文。

背景技术

使用液体电解质的锂离子电池具有由隔膜限定负极和正极的结构，因此当隔膜由于变形或外部冲击而损坏时，可能引起短路，从而导致诸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提高电池的可靠性，并且有利于薄型电池的制造。

然而，这种使用固体电解质的电池的问题在于，在电池的运行期间由负极形成的锂枝晶生长并与正极接触，从而导致短路。

发明内容

技术问题

本发明设计用于解决现有技术的问题。特别是，本发明旨在提供一种固态电池用固体电解质膜，所述固体电解质膜从根本上抑制锂枝晶的生长，从而不会发生短路，从而具有改善的安全性。本发明还旨在提供一种包括所述固体电解质膜的固态电池。从以下具体实施方式中可以理解本发明的这些和其他目的和优点，并且从本发明的示例性实施方式中，本发明的这些和其他目的和优点将变得更加显而易见。而且，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中示出的手段及其组合来实现。

技术方案

在本发明的一个方面，提供了根据以下实施方式中任一项所述的固态电池用固体电解质膜。

根据第一实施方式，提供了一种固态电池用固体电解质膜，其包含：(a)离子传导性固体电解质材料；和(b)能够嵌入锂离子或锂的无机颗粒，

其中，无机颗粒与锂离子或锂发生物理、化学或电化学反应，从而使得无机颗粒可被锂化，所述无机颗粒包括金属和/或金属氧化物，因锂化作用而经历体积膨胀，并且以不与电极直接接触的方式设置。

根据本发明的第二实施方式，提供了如在第一实施方式中限定的固体电解质膜，其包括至少两个固体电解质层和至少一个体积膨胀层，所述体积膨胀层设置在所述固体电解质层之间，并且包括能够嵌入锂离子或锂的无机颗粒(b)。

根据本发明的第三实施方式，提供了如在第一或第二实施方式中限定的固体电解质膜，其中，与锂化之前的体积相比，无机颗粒(b)在锂化之后具有10％至1000％的体积膨胀率。

根据本发明的第四实施方式，提供了如第一至第三实施方式中任一项所限定的固体电解质膜，其中，所述无机颗粒包括Si、Sn、SiO、SnO、MnO₂、Fe₂O₃，或其两种以上的组合。

根据本发明的第五实施方式，提供了如第一至第四实施方式中任一项所限定的固体电解质膜，其中，基于100重量％的固体电解质膜，无机颗粒(b)的存在量为1重量％至30重量％。

根据本发明的第六实施方式，提供了如第一至第五实施方式中任一项所限定的固体电解质膜，其中，所述体积膨胀层的厚度为10nm至50μm。