[发明专利]全固态电池

说明书

本申请提供一种全固态电池，包括正极层、负极层、位于正极层与负极层之间的固态电解质层、以及位于正极层与固态电解质层之间的中间层，中间层包括二氧化硅层、或者包括交替层叠的第一层和第二层，所述第一层包括第一电解质材料，所述第二层包括第一正极材料。该全固态电池通过在电极与固态电解质之间引入中间层，极大提升了锂离子在电极与固态电解质界面处的迁移速度，提升了电池的倍率特性与循环性能。本申请实施例还提供了包含该全固态电池的电子设备和车辆。

技术领域

本申请实施例涉及固态电池技术领域，特别是涉及一种全固态电池。

背景技术

全固态锂电池具有极高的安全性，其固态电解质不可燃、无腐蚀、不挥发、不漏液，同时也克服了锂枝晶现象，搭载全固态锂电池的汽车的自燃概率会大大降低。此外，当固态电池使用在小型设备例如手机、腕表甚至更微型的器件上时，由于采用固态电解质替换掉液态的电解液，使得电池可以简化对封装的需求，而更薄的固态电解质也有利于提升电池的体积能量密度与质量能量密度，并有助于实现能源单元的柔性化等。然而，电极与固态电解质的界面不良限制了全固态锂电池的发展。与传统采用电解液的电池不同，电解液可以良好的浸润在电极之间，从而使锂离子可以自由快速的迁移，而在全固态锂离子电池中，固态电解质与电极之间会由于界面物理结合质量(孔隙、裂缝等)、晶格错配、热膨胀系数差异等多种原因，导致锂离子在电极与电解质界面处的迁移速度大幅度降低，形成锂元素在界面聚集，限制了锂离子电池的性能。

发明内容

鉴于此，本申请实施例提供一种全固态电池，其通过在电极与固态电解质之间引入中间层，极大提升了锂离子在电极与固态电解质界面处的迁移速度，提升了电池的倍率特性与循环性能。

具体地，本申请实施例第一方面提供一种全固态电池，包括正极层、负极层、位于所述正极层与所述负极层之间的固态电解质层、以及位于所述正极层与所述固态电解质层之间的中间层，所述中间层包括二氧化硅层、或者包括交替层叠的第一层和第二层，所述第一层包括第一电解质材料，所述第二层包括第一正极材料。

本申请全固态电池可以是全固态锂离子电池，本申请全固态电池在电极与电解质之间引入中间层，中间层结构致密均匀，能够同时与电极和电解质形成良好的接触界面，既可以阻挡非锂元素在界面处的扩散迁移，又利于提升锂离子在界面的迁移速度，并通过提升界面的结构稳定性提升电池的循环寿命，最终显著提升全固态电池的综合性能。

本申请实施方式中，所述第一层的层数为1-3层，所述第二层的层数为1-3层，所述第一层与所述第二层的层数相同。

本申请实施方式中，所述中间层与所述正极层接触的一侧为所述第一层，与所述固态电解质层接触的一侧为所述第二层。

本申请实施方式中，所述正极层包括正极集流体和设置在所述正极集流体上的正极材料层，所述中间层位于所述正极材料层一侧并与所述正极材料层直接接触，所述正极材料层包括第二正极材料；所述第二正极材料包括LiFePO₄、LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiNiO₂、LiNi_0.5Mn_1.5O₄、镍钴锰三元材料(NCM)和锂钒氧(LVO)中的一种或多种。

本申请实施方式中，所述第一正极材料包括LiFePO₄、LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiNiO₂、LiNi_0.5Mn_1.5O₄、镍钴锰三元材料(NCM)和锂钒氧(LVO)中的一种或多种；所述第一正极材料与所述第二正极材料相同。