[发明专利]用于无阳极固态电池的界面粘结层

说明书

提出了无阳极固态电池的各个实施例。电池可以包括阴极层、阳极集流体层以及位于阴极层和阳极集流体层之间的隔膜层。电池还可以包括位于隔膜层和阳极集流体层之间的抗枝晶层。电池还包括位于抗枝晶层和阳极集流体层之间的界面粘结层。界面粘结层增加了阳极集流体层之间的电连接量。界面粘结层和阳极集流体层之间的第一附着量可以大于抗枝晶层和界面粘结层之间的第二附着量。

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

描述了与无阳极固态电池相关的各个实施例。在一些实施例中，描述了无阳极固态电池。电池可以包括阴极层。电池可以包括阳极集流体层。电池可以包括位于阴极层和阳极集流体层之间的隔膜层。电池可以包括位于隔膜层和阳极集流体层之间的抗枝晶层。抗枝晶层可以阻止枝晶形成。电池可以包括位于抗枝晶层和阳极集流体层之间的界面粘结层。在无阳极固态电池充电期间，界面粘结层可以增加在阳极集流体层和沉积在界面粘结层上的锂之间的电连接量。界面粘结层和阳极集流体层之间的第一附着量可以大于抗枝晶层和界面粘结层之间的第二附着量。

这种方法的实施例可以包括以下特征中的一个或多个：界面粘结层的存在可以降低无阳极固态电池的阻抗。界面粘结层可包含乙炔黑。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)。隔膜层可以包含支架材料、盐、溶剂和添加剂。盐和添加剂可以溶解在溶剂中形成液体电解质。液体电解质可以分散在整个支架材料中。液体电解质在分散在整个支架材料中之后可以转化为凝胶。界面粘结层可以介于0.05μm至5μm之间。抗枝晶层的厚度可以介于0.05μm到10μm之间。

在一些实施例中，描述了一种无阳极固态电池的制作方法。该方法可以包括将界面粘结层沉积到阳极集流体层上。该方法可以包括将抗枝晶层沉积到锂凝胶隔膜层上。该方法可以包括将阴极和阴极集流体层叠到锂凝胶隔膜层上。该方法可以包括将抗枝晶层层叠到界面粘结层上。抗枝晶层和界面粘结层之间的第一附着量可以小于界面粘结层和阳极集流体层之间的第二附着量。界面粘结层可以增加阳极集流体层和沉积在界面粘结层上的锂之间的电连接量。

这种方法的实施例可以包括以下特征中的一个或多个：界面粘结层的存在可以降低无阳极固态电池的阻抗。界面粘结层可包含乙炔黑。该方法可以进一步包括形成锂凝胶隔膜层。形成锂凝胶隔膜层可以包括将第一胶层附着到支架材料。支架材料可以限定支架材料内的孔隙。该方法可以包括将第二胶层附着到支架材料。该方法可以包括将液体电解质渗透到支架材料内的孔隙中。在液体电解质渗透到支架材料内的孔隙中之前，可以将抗枝晶层沉积到锂凝胶隔膜层上。形成锂凝胶隔膜层可以进一步包括：在液体电解质渗透到支架材料内的孔隙中之后，向锂凝胶隔膜层施加热量，这可以导致液体电解质变成凝胶电解质。界面粘结层可以包括粘结剂材料和导电材料。粘结剂材料可以是PVDF，而导电材料可以是科琴黑。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)。