雙極電極、用該電極制造的雙極全固體電池及其制造方法
【專利說明】雙極電極、用該電極制造的雙極全固體電池及其制造方法
[0001]相關(guān)串請的交叉引用
[0002]本申請基于2014年11月14日向韓國知識產(chǎn)權(quán)局提交的韓國專利申請第10-2014-0158998號優(yōu)先權(quán)并要求其權(quán)益，其全部公開內(nèi)容通過引用的方式整體并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及一種雙極電極、使用該雙極電極制造的雙極全固體電池及其制造方法。具體而言，通過在雙極電極上應(yīng)用間隔件(spacer)，可以使作為全固體電池的元件的陽極、陰極和電解質(zhì)的機(jī)械物理特性得到保證，并且能夠設(shè)計(jì)簡單的制造工藝流程。
【背景技術(shù)】
[0004]一般來說，全固態(tài)電池包含代替有機(jī)電解液的固體電解質(zhì)，因此，全固態(tài)電池作為可以克服安全問題的下一代電池而受到關(guān)注。
[0005]在現(xiàn)有技術(shù)中，傳統(tǒng)的雙極全固體電池包含涂覆為陰極/陽極的電極板，其中陰極/陽極分別層疊在集流體的兩個表面，其目的是串聯(lián)層疊以實(shí)現(xiàn)高電壓。因此，電池組件如下進(jìn)行制造，即通過以三個元件如陰極、陽極和電解質(zhì)層疊在集流體上的方式制備一片雙極電極；串聯(lián)層疊幾片到幾十片雙極電極以制備層壓體；在高溫/高壓下壓制該層壓體以使各元件高密度化，并使層間接觸緊密從而使界面接觸電阻最小化；以及在已壓制的全固體電池層壓體上執(zhí)行袋裝(pouch)和標(biāo)簽(tab)焊接工序。
[0006]然而，這種傳統(tǒng)的雙極全固體電池可能具有以下缺點(diǎn)，即物理特性例如各個混合物密度、延伸率等的差異可能不會降低，因?yàn)橄嗤膲毫l件被施加于各個層疊元件(陰極/陽極/電解質(zhì))，由于基于材料規(guī)格的柔軟表面特性而使得電解質(zhì)中的延伸改變顯著地發(fā)生。結(jié)果，可能造成在陰極和陽極之間的內(nèi)部短路。
[0007]作為現(xiàn)有技術(shù)描述的內(nèi)容僅用于幫助理解本發(fā)明的背景，且不應(yīng)被視為與本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)對應(yīng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]在優(yōu)選的方面，本發(fā)明提供一種雙極電極、用該雙極電極制造的雙極全固體電池、以及制造該雙極全固體電池的方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題。
[0009]在一方面，提供一種雙極電極，其能夠通過應(yīng)用間隔件來容易地確保或提高全固體電池的陰極、陽極和電解質(zhì)的機(jī)械物理特性并簡單地設(shè)計(jì)工序。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，雙極電極包含:固體電解質(zhì)；陽極漿料和陰極漿料，其各自可以分別設(shè)置在固體電解質(zhì)的第一表面和第二表面上；間隔件，其設(shè)置在陽極漿料和陰極漿料中；以及金屬基板，其設(shè)置在陽極漿料和陰極漿料上。本文所用的間隔件可以呈基本球形形狀，例如球狀，然而，其形狀可以不限于此。
[0011]上述間隔件能夠以預(yù)定間隔的方式圖案化地涂覆在固體電解質(zhì)的第一表面和第二表面上。
[0012]上述間隔件可以由陶瓷或金屬材料制成。
[0013]上述間隔件可以由選自氧化鋁(Al2O3)、氧化鋯(ZrO2)、氧化鋅(ZnO2)和氧化鎂(MgO)中的金屬氧化物類材料制成。
[0014]上述陽極漿料可以包含陽極活性材料粉末、電解質(zhì)粉末、碳導(dǎo)電粉末和粘合劑，并且上述陽極活性材料粉末、電解質(zhì)粉末、碳導(dǎo)電粉末和粘合劑的重量比可以為約70:30:5:5ο
[0015]上述陰極漿料可以包含陰極活性材料粉末、電解質(zhì)粉末、碳導(dǎo)電粉末和粘合劑，并且陰極活性材料粉末、電解質(zhì)粉末、碳導(dǎo)電粉末和粘合劑的重量比可以為約70:30:5:5。
[0016]在本發(fā)明的另一個方面，提供一種通過層疊上述雙極電極并通過壓制設(shè)備對層疊的雙極電極進(jìn)行加壓并壓緊而制造的雙極全固體電池。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，雙極電極的制造方法可以包括以下步驟:制備包含間隔件的間隔件漿料；將間隔件漿料加至陽極漿料；將間隔件漿料加至陰極漿料；制備電解質(zhì)漿料；以及在電解質(zhì)漿料的第一側(cè)和第二側(cè)分別層疊各自包含間隔件的陽極漿料和陰極漿料。
[0018]上述制造方法還可以包括以下步驟:當(dāng)在電解質(zhì)漿料上層疊陽極漿料和陰極漿料時，通過將電極板干燥并壓制來形成雙極全固體電池。
[0019]還提供一種通過層疊多個本文所記載的雙極電極并使用壓制設(shè)備對層疊的雙極電極進(jìn)行加壓和壓緊而制造的雙極全固體電池。
[0020]本發(fā)明的其他方面在下文中公開。
【附圖說明】
[0021]基于與附圖結(jié)合的以下詳細(xì)說明，本發(fā)明的上述和其他的目的、特征及優(yōu)點(diǎn)將更加明晰。
[0022]圖1示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的示例性雙極電極。
[0023]圖2示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的通過使用示例性雙極電極制造的示例性雙極全固體電池。
[0024]圖3Α至圖3C示出本發(fā)明的示例性雙極電極中的間隔件的圖案的示例性實(shí)施方式。
[0025]圖4是示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的示例性雙極電極的示例性制造方法的流程圖。
[0026]附圖中附圖標(biāo)記的說明:
[0027]100:固體電解質(zhì)
[0028]201:間隔件
[0029]210:陽極漿料
[0030]220:陰極漿料
[0031]230:金屬基板
【具體實(shí)施方式】
[0032]本文使用的術(shù)語僅為說明【具體實(shí)施方式】，而不是意在限制本發(fā)明。如本文所使用的，單數(shù)形式“一個、一種、該”也意在包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文中另外明確指明。還應(yīng)當(dāng)理解的是，在說明書中使用的術(shù)語“包括、包含、含有”是指存在所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元素和/或部件，但是不排除存在或添加一個或多個其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元素、部件和/或其群組。如本文所使用的，術(shù)語“和/或”包括一個或多個相關(guān)所列項(xiàng)的任何和所有結(jié)合。
[0033]除非特別指出或從上下文清晰得到，本文使用的術(shù)語“約”應(yīng)理解為在本領(lǐng)域的正常容忍范圍內(nèi)，例如在均值的2個標(biāo)準(zhǔn)差內(nèi)?！凹s”可以理解為在所述值的10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1%、0.5%、0.1%、0.05%或0.01 % 內(nèi)。除非另外從上下文清晰得出，本文中提供的所有數(shù)值都被術(shù)語“約”修飾。
[0034]下文將對本發(fā)明的多個示例性實(shí)施方式做出詳細(xì)的參考，實(shí)施方式的實(shí)例在附圖中示出并在以下進(jìn)行描述。盡管本發(fā)明將結(jié)合示例性實(shí)施方式進(jìn)行描述，應(yīng)當(dāng)理解的是，本說明書并不意在將本發(fā)明限制于那些示例性實(shí)施方式。與此相反，本發(fā)明不僅意在涵蓋示例性實(shí)施方案，而且還意在涵蓋可包括在由所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的各種替換、修改、等同及其他實(shí)施方式。
[0035]本發(fā)明將參照附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0036]如圖1和圖2所示，提供一種本發(fā)明的示例性雙極電極和通過使用該雙極電極制造的示例性雙極全固體電池。具體地，雙極電極可以包含:固態(tài)電解質(zhì)100 ;在陽極漿料210和陰極漿料220中設(shè)置的間隔件201 ;以及設(shè)置在陽極漿料210和陰極漿料220上的金屬基板230。
[0037]各個陽極漿料210和陰極漿料220可以分別設(shè)置在固體電解質(zhì)100的第一表面或第二表面上。
[0038]固體電解質(zhì)100可以是無機(jī)固體電解質(zhì)，并且可以由晶態(tài)或無定形材料、或氧化物類或硫化物類材料制成，例如，Li3N、鋰超離子導(dǎo)體(LISIC0N)、LIP0N(Li3+yP04xNx)、硫代LISICON(Li3.25Ge0.25P0.75S4)、Li2S、Li2S-P2S5^ Li2S-SiS2' Li2S-GeS2' Li2S-B2S5^ Li2S-Al2S5^Li2O-Al2O3-T12-P2O5 (LATP)等。
[0039]此外，上述陰極漿料220可以通過充分混合LiCoO2陰極活性材料粉末、電解質(zhì)粉末、碳導(dǎo)電粉末和用于在電極上粘合的粘合劑來制備。LiCoO2陰極活性材料粉末、電解質(zhì)粉末、碳導(dǎo)電粉末和粘合劑的示例性組成比可以為約70:30:5:5，以制造出示例性的陰極復(fù)合材料，但上述組成比可以變化而沒有限制，以最佳地獲得本領(lǐng)域通常使用的陰極復(fù)合材料。如本文所用，粘合劑可以，但不限于，選自粉末型的導(dǎo)電碳黑(Super-P)、棒型的Denka和棒型的VGCF，或者，粘合劑可以是選自氟類聚合物、二烯類聚合物、丙烯酸類聚合物、和硅酮類聚合物的高分子化合物。
[0040]可以將上述復(fù)合材料加到有機(jī)溶劑中并在預(yù)設(shè)時間內(nèi)混合以獲得均勻分散的漿料。對于涂覆工序，漿料的固體含量可以調(diào)整成具有約800至1200cPs的粘度。示例性的有機(jī)溶劑可以包括:環(huán)狀脂肪烴，例如環(huán)戊烷、環(huán)己烷等；或芳族經(jīng)，例如甲苯、二甲苯等。而且，考慮到干燥速度或環(huán)境，這些溶劑可以單獨(dú)使用或者可以使用至少其兩種或更多種的混合物。例如，當(dāng)在本發(fā)明使用硫化物類電解質(zhì)時，鑒于化學(xué)反應(yīng)性，非極性芳族烴類溶劑可以被適當(dāng)?shù)厥褂谩?br>[0041]此外，上述陽極漿料210可以通過充分混合陽極活性材料粉末、電解質(zhì)粉末、碳導(dǎo)電粉末和用于在電極上粘合的粘合劑而進(jìn)行制備。上述陽極活性材料粉末、電解質(zhì)粉末、碳導(dǎo)電粉末和粘合劑的示例性組成比可以為約70:30:5:5，但組成比可以變化而不受限制，以最佳地獲得通常用于本領(lǐng)域的陽極復(fù)合材料。陽極活性材料可以通過使用天然石墨、人造石墨、軟碳和硬碳來制備，并且用于陰極漿料的混合工序可以被用作用于制備陽極漿料的工序而沒有限制。