[发明专利]硫化物全固态电芯及其制备方法、全固态锂离子电池

说明书

本发明提供了一种硫化物全固态电芯及其制备方法、全固态锂离子电池。该述硫化物全固态电芯包括交替叠置的全固态单元电芯和聚合物膜片，全固态单元电芯与聚合物膜片之间通过胶层粘结，其中，全固态单元电芯包括依次叠置的第一正极、第一电解质层、双面负极、第二电解质层、第二正极。由于聚合物膜片可抵消全固态单元电芯内部的至少部分剪切力，缓减其内部所承受的剪切力，从而减小剪切力向全固态单元电芯内部以及相邻全固态单元电芯传递，并减小界面阻抗，进而防止高压强条件下相邻全固态单元电芯之间被高剪切力破环以及集流体卷翘干扰而造成内短路失效，且通过调整全固态单元电芯的数量有效增加了大容量硫化物全固态电芯的一致性与安全性。

技术领域

本发明涉及全固态电池技术领域，具体而言，涉及一种硫化物全固态电芯及其制备方法、全固态锂离子电池。

背景技术

固态电池采用不可燃的固态电解质替换了可燃性的有机液态电解质，大幅提升了电池系统的安全性，实现能量密度同步提升。在各类新型电池体系中，固态电池是距离产业化最近的下一代技术，这已成为产业与科学界的共识。其中，硫化物电解质具有比较高的锂离子电导率。硫化物电解质主要包括thio-LISICON、Li₁₀GeP₂S₁₂、Li₆PS₅Cl、Li₁₀SnP₂S₁₂、Li₂S-P₂S₅、Li₂S-SiS₂、Li₂S-B₂S₃等，室温离子电导率可以达到10^-3～10^-2S/cm，接近甚至超过有机电解液，同时具有热稳定高、安全性能好、电化学稳定窗口宽(达5V以上)的特点，在高功率以及高低温固态电池方面优势突出。

但当采用硫化物固体电解质制备全固态电芯体系时，由于硫化物电解质属于陶瓷类材料，颗粒与颗粒之间粘合力差，形状不规则，不易制成有韧性的低孔隙率的独立电解质膜，而且为了使得制备的电解质膜有较高的电导率，使用的粘结剂含量越少越好，这就增加了制备既有高电导率又有好的机械强度的电解质膜的难度，而且硫化物电解质对水分极不稳定，只要使用了硫化物电解质的部件(正极、负极或电解质膜)，均需要在手套箱内惰性气体环境中制造，虽然有研究在超低温露点环境中制造，但其对设备和电解质要求极高，这就增加了批量化制备大容量全固态电芯(多层叠片)的难度与成本，降低了制造效率，使得制造过程成本均有所增加，最终导致制备高性能硫化物固态电芯难度大大增加。并且全固态电池各层内部和各层之间均为固固接触，为了确保全固态电池容量发挥，减小固固接触阻抗，减小整个充放电过程体积膨胀对固固接触的影响，通常在全固态电池测试或使用过程中需要约1～10MPa的高外加压力来保压，有时候甚至大于10MPa的压力。而这对于全固态电池结构，尤其对于多层叠片的全固态电池结构来说，大的压强可能会导致电池内部大小部件之间存在着高剪切力，特别对于叠片结构越多的电池而言，高剪切力导致内短路的风险越大，所以需要一种在当前材料与技术条件下，能够提供一种即使在外部高压强条件下，能抵抗内部高剪切力的硫化物全固态电芯制造方法。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种硫化物全固态电芯及其制备方法、全固态锂离子电池，以解决现有技术中硫化物全固态电芯存在抵抗内部高剪切力较差的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种硫化物全固态电芯，该述硫化物全固态电芯包括交替叠置的全固态单元电芯和聚合物膜片，全固态单元电芯与聚合物膜片之间通过胶层粘结，其中，全固态单元电芯包括依次叠置的第一正极、第一电解质层、双面负极、第二电解质层、第二正极。

进一步地，上述双面负极在聚合物膜片上的投影边缘与聚合物膜片的边缘距离小于等于1mm，且双面负极在聚合物膜片上的投影面积小于或等于聚合物膜片的边缘。