本公開涉及全固態(tài)電池及其制造方法，該全固態(tài)電池包括能夠與鋰合金化的金屬氧化物和金屬，從而在充電過程中使鋰均勻地沉積并且能夠在室溫下操作。

背景技術(shù)：

1、全固態(tài)電池被配置為包括三層層壓體，該三層層壓體具有結(jié)合至正極集電體的正極層、結(jié)合至負極集電體的負極活性物質(zhì)層以及設(shè)置在正極層與負極活性物質(zhì)層之間的固體電解質(zhì)層。

2、全固態(tài)電池的負極活性材料層可通過將負極活性材料與用于獲得離子導電性的固體電解質(zhì)混合來形成。由于固體電解質(zhì)具有比液體電解質(zhì)更高的比重，常規(guī)全固態(tài)電池的能量密度低于鋰離子電池的能量密度。對此，已經(jīng)進行了將鋰金屬用作負極的研究以增加全固態(tài)電池的能量密度，但是存在如界面結(jié)合、鋰枝狀晶體的增長、價格、大面積形成困難等問題。

3、最近，正在研究其中去除全固態(tài)電池的負極并且鋰直接沉積在負極集電體上的存儲型無負極全固態(tài)電池。然而，上述電池的問題在于，由于鋰的不均勻析出而逐漸增加的不可逆反應(yīng)，壽命和耐久性非常差。為了解決該問題，已經(jīng)嘗試用金屬粉末涂覆負極集電體，但是這產(chǎn)生不滿意的結(jié)果，如在充電過程中金屬和鋰不均勻沉積的現(xiàn)象等。

4、本節(jié)中的陳述僅提供與本公開有關(guān)的背景信息，并且可能不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、考慮到在相關(guān)技術(shù)中遇到的問題，已經(jīng)做出了本公開，并且本公開的目的是提供全固態(tài)電池，其包括能夠與鋰合金化的金屬氧化物和金屬，從而在充電過程中均勻地沉積鋰并且能夠在室溫(例如，20-25℃)下操作。

2、本公開內(nèi)容的另一個目的是提供制造包括金屬氧化物和金屬的全固態(tài)電池的方法。

3、本公開的目的不限于前述內(nèi)容。本公開的目的能夠通過以下描述清楚地理解并且通過在權(quán)利要求中描述的方式及其組合來實現(xiàn)。

4、本公開的實施方式提供了一種全固態(tài)電池，其包括負極集電體、設(shè)置在負極集電體上的保護層、設(shè)置在保護層上的固體電解質(zhì)層，其中保護層位于負極集電體與固體電解質(zhì)層之間；正極層，其被設(shè)置在固體電解質(zhì)層上并且包括正極活性材料，其中固體電解質(zhì)層位于保護層和正極層之間；以及正極集電體，其被設(shè)置在正極層上，其中，正極層位于固體電解質(zhì)層和正極集電體之間。

5、保護層可以包括金屬和金屬氧化物，并且金屬和金屬氧化物能夠與鋰合金化。

6、金屬可以包括銀(ag)、鎂(mg)、鋅(zn)、金(au)或它們的組合。

7、金屬氧化物可以包括氧化鋅(zn)、氧化錫(sn)、氧化硅(si)、氧化鍺(ge)、氧化銦(in)、氧化銻(sb)、氧化鉍(bi)、氧化鎵(ga)、氧化鋁(al)、氧化鈦(ti)、氧化鋯(zr)、氧化鎳(ni)、氧化鐵(fe)、氧化鈷(co)、氧化鉻(cr)、氧化鎂(mg)或它們的組合。

8、保護層中的金屬氧化物與金屬的質(zhì)量比可以在3:7至7:3的范圍內(nèi)。

9、金屬氧化物可以在比金屬更高的電壓范圍內(nèi)與鋰形成合金。

10、金屬氧化物可以在0.4v至0.7v范圍內(nèi)的電壓下與鋰形成合金，而金屬可以在0.1v至0.3v范圍內(nèi)的電壓下與鋰形成合金。

11、保護層的鋰離子擴散系數(shù)(d)可以在1.2至2.3m2/s的范圍內(nèi)。

12、金屬氧化物和金屬可以具有在0.1μm至1μm的范圍內(nèi)的粒徑(d50)。

13、保護層的厚度可以在1μm至20μm的范圍內(nèi)。

14、本公開內(nèi)容的另一個實施方式提供了一種制造全固態(tài)電池的方法，包括：通過混合金屬氧化物、金屬、導電材料和粘合劑制備漿料，通過將漿料施加于負極集電體上形成保護層，在保護層上形成固體電解質(zhì)層，在固體電解質(zhì)層上形成正極層，以及在正極層上形成正極集電體。

技術(shù)特征：

1.一種全固態(tài)電池，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全固態(tài)電池，其中，所述金屬包括銀(ag)、鎂(mg)、鋅(zn)、金(au)或它們的組合。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全固態(tài)電池，其中，所述金屬氧化物包括氧化鋅(zn)、氧化錫(sn)、氧化硅(si)、氧化鍺(ge)、氧化銦(in)、氧化銻(sb)、氧化鉍(bi)、氧化鎵(ga)、氧化鋁(al)、氧化鈦(ti)、氧化鋯(zr)、氧化鎳(ni)、氧化鐵(fe)、氧化鈷(co)、氧化鉻(cr)、氧化鎂(mg)或它們的組合。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全固態(tài)電池，其中，所述保護層中所述金屬氧化物與所述金屬的質(zhì)量比為3:7至7:3。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全固態(tài)電池，其中，所述金屬氧化物被配置為在比所述金屬更高的電壓范圍內(nèi)與鋰形成合金。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全固態(tài)電池，其中，所述金屬氧化物被配置為在0.4v至0.7v的范圍內(nèi)的電壓下與鋰形成合金，以及

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全固態(tài)電池，其中，所述保護層具有在1.2m2/s至2.3m2/s范圍內(nèi)的鋰離子擴散系數(shù)(d)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全固態(tài)電池，其中，所述金屬氧化物和所述金屬具有在0.1μm至1μm范圍內(nèi)的粒徑(d50)。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全固態(tài)電池，其中，所述保護層具有在1μm至20μm范圍內(nèi)的厚度。

10.一種制造全固態(tài)電池的方法，所述方法包括：

11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述金屬包括銀(ag)、鎂(mg)、鋅(zn)、金(au)或它們的組合。

12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述金屬氧化物包括氧化鋅(zn)、氧化錫(sn)、氧化硅(si)、氧化鍺(ge)、氧化銦(in)、氧化銻(sb)、氧化鉍(bi)、氧化鎵(ga)、氧化鋁(al)、氧化鈦(ti)、氧化鋯(zr)、氧化鎳(ni)、氧化鐵(fe)、氧化鈷(co)、氧化鉻(cr)、氧化鎂(mg)或它們的組合。

13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述保護層中金屬氧化物與金屬的質(zhì)量比為3:7至7:3。

14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述保護層具有在1.2m2/s至2.3m2/s范圍內(nèi)的鋰離子擴散系數(shù)(d)。

15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述金屬氧化物和所述金屬具有在0.1μm至1μm范圍內(nèi)的粒徑(d50)。

16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述保護層具有在1μm至20μm范圍內(nèi)的厚度。

技術(shù)總結(jié)
公開了一種全固態(tài)電池及其制造方法。全固態(tài)電池包括能夠與鋰合金化的金屬氧化物和金屬，從而在充電期間均勻沉積鋰并且使得能夠在室溫例如，20?25℃下操作。

技術(shù)研發(fā)人員：金志永,李圭準,林佳炫,裵基潤,金潤星,孫參翼,崔壯旭,李知殷,孫睿誾,吳知勛,李泰根,李魯濬
受保護的技術(shù)使用者：現(xiàn)代自動車株式會社
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9