[发明专利]具有准固态锂凝胶层的圆柱形无阳极固态电池

说明书

提出了用于制造圆柱形抗枝晶无阳极固态电池的各种布置。可以在阳极集流体层和阴极层之间层叠抗枝晶层。可以形成叠层，其包括干隔膜层、与阴极集流体层层叠的阴极层以及与阳极集流体层层叠的抗枝晶层。叠层可以被卷成圆柱形果冻卷。卷起的叠层可以被插入软包中。液体电解质混合物可以被添加到软包中。液体电解质混合物可以渗透干隔膜层。可以对软包加热，以使液体电解质混合物变成凝胶。然后可以从软包中取出卷起的叠层并将其插入圆柱形电池单元罐中。

背景技术

在锂离子电池充电期间，锂离子通过位于阴极和阳极之间的隔膜从电池的阴极迁移到电池的阳极。通过一种被称为嵌入的工艺，锂离子被嵌入到充当阳极的材料中。在这个充电过程中，锂离子也可以镀在阳极的面向隔膜的表面上。与阳极相关的成核能可以促进锂离子镀在已经镀到阳极上的其它锂的顶部(而不是镀在位于阳极的表面对面的大致均匀的膜中)。这些锂池可能形成枝晶。枝晶可以是远离阳极的表面朝向隔膜延伸的锂金属的突出。随着时间的推移(例如，通过多次充电和放电循环)，枝晶可能生长到一定长度，以至于枝晶刺穿隔膜并直接将阴极与阳极电连接(即短路)。这种电连接会导致电池损坏，并且可能导致严重的副作用，例如过热和起火。

发明内容

描述了与圆柱形抗枝晶无阳极固态电池的制作方法相关的各种实施例。在一些实施例中，描述了一种圆柱形抗枝晶无阳极固态电池的制作方法。该方法可以包括将阴极层附着到阴极集流体层。该方法可以包括在阳极集流体层和阴极层之间层叠抗枝晶层。该方法可以包括形成叠层，该叠层包括干隔膜层、与阴极集流体层层叠的阴极层和与阳极集流体层层叠的抗枝晶层。干隔膜层可以位于阴极层和抗枝晶层之间。该方法可以包括将叠层卷成圆柱形果冻卷。该方法可以包括将卷起的叠层插入软包中。该方法可以包括将液体电解质混合物渗透到软包中。液体电解质混合物可以渗透干隔膜层并且液体电解质混合物可以包含盐和溶剂。该方法可以包括在渗透液体电解质混合物之后向软包施加压力。该方法可以包括，在向软包施加压力的同时，向软包施加热量。热量至少可以部分地导致渗透干隔膜层的液体电解质混合物变成凝胶。该方法可以包括在施加压力和热量之后从软包中取出卷起的叠层。该方法可以包括将已经从软包中取出的卷起的叠层插入圆柱形电池单元罐中。

这种方法的实施例可以包括以下特征中的一个或多个：液体电解质混合物可进一步包含聚合物添加剂和交联剂添加剂，其可在施加热量时使液体电解质混合物变成凝胶。第一胶层可以附着到干隔膜层，使得第一胶层可以位于干隔膜层和阴极层之间。第二胶层可以附着到干隔膜层，使得第二胶层可以位于干隔膜层和抗枝晶层之间。该方法还可以包括将软包插入圆柱形辊压模块中，圆柱形辊压模块包括：包裹在软包的弯曲边缘周围的可压缩材料。该方法还可以包括插入温度探针以监测软包和圆柱形辊压模块之间的温度。可以通过包裹在软包的弯曲边缘周围的可压缩材料来施加热量。施加的热量可以介于150℃到250℃之间。抗枝晶层的存在可以导致成核势垒的能量降低，使锂离子沉积到阳极集流体层上。抗枝晶层的厚度可以介于0.05μm到10μm之间。抗枝晶层可以包括一种或多种选自由下列材料组成的组中的材料：炭黑、乙炔黑、科琴黑、银、锌、金、铋、锡、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚酰亚胺(PI)、聚丙烯酸(PAA)和羧甲基纤维素丁苯橡胶(CMC-SBR)。该方法还可以包括将界面粘结层沉积到阳极集流体层上。

在一些实施例中，描述了一种圆柱形抗枝晶无阳极固态电池。电池可以包括阴极层。电池可以包括附着到阴极层的阴极集流体层。电池可以包括阳极集流体层。电池可以包括位于阳极集流体层和阴极层之间的抗枝晶层。电池可以包括位于阴极层和抗枝晶层之间的锂凝胶隔膜层。电池可以包括罐，阴极层、阴极集流体层、阳极集流体层、抗枝晶层和锂凝胶隔膜层可以插入该罐中。