本公開內(nèi)容涉及用于電極-固體電解質(zhì)的子組件、包括其的全固態(tài)電池、以及制備所述全固態(tài)電池的方法。

背景技術：

1、已提出具有固體電解質(zhì)代替可燃的有機溶劑電解質(zhì)的全固態(tài)電池以提供具有高的能量密度和改善的安全性的電池。

2、在全固態(tài)電池中，負極活性材料層的厚度典型地在充電和放電期間變化。因此，可破壞所述全固態(tài)電池的離子傳導路徑(通道)和電子傳導路徑，導致充電和放電特性、例如庫侖效率的劣化。

3、為了解決在充電和放電過程中的這些問題，已嘗試減輕在鋰的沉積/解吸期間出現(xiàn)的內(nèi)部壓力。例如，可在全固態(tài)電池外部上的負極和正極各自上包括厚的緩沖層。然而，由于在全固態(tài)電池的電池設計中的總體體積的增加，這樣的改變可增加在實現(xiàn)高的能量密度方面的難度。

4、因此，仍然需要具有提供優(yōu)異的在電極和固體電解質(zhì)之間的接觸以及出色的充電/放電特性、例如放電容量和壽命特性的結構的電極-固體電解質(zhì)的子組件、以及制備包括其的全固態(tài)電池的方法。

技術實現(xiàn)思路

1、提供用于電極-固體電解質(zhì)的子組件，其(在充電期間)保持優(yōu)異的在多孔集流體和電極活性材料之間的接觸，具有低的界面電阻，并具有出色的充電和放電特性、例如放電容量和壽命特性。

2、提供包括用于電極-固體電解質(zhì)的子組件的全固態(tài)電池。

3、提供制備所述全固態(tài)電池的方法。

4、另外的方面將部分地在隨后的描述中闡述，并且將部分地從所述描述明晰將，或者可通過本公開內(nèi)容所呈現(xiàn)的實施方式的實踐來獲悉。

5、根據(jù)本公開內(nèi)容的一個方面，用于電極-固體電解質(zhì)的子組件包括：電極，所述電極包括具有第一側和相反的第二側的多孔集流體，

6、彈性層，所述彈性層包括彈性聚合物并設置在所述多孔集流體的所述第一側上，以及

7、固體電解質(zhì)，所述固體電解質(zhì)設置在所述多孔集流體的所述相反的第二側上，

8、其中所述多孔集流體包括多個內(nèi)部孔，且所述彈性聚合物設置在所述多孔集流體的所述多個內(nèi)部孔的至少一個內(nèi)部孔中。

9、根據(jù)實施方式，基于所述多孔集流體的總體積，所述多孔集流體可具有約10體積%至約99體積%的孔隙率，并且可具有約0.1微米(μm)至約100?μm的平均孔直徑。

10、根據(jù)實施方式，所述多孔集流體可為具有孔直徑s和在兩個相鄰孔之間的間隔i的三維多孔集流體，所述孔直徑對所述間隔的比率s/i可為約0.1至約0.9。

11、根據(jù)實施方式，所述三維多孔集流體的孔的至少一個的水平截面形狀可為圓形、橢圓形、三角形、正方形、長方形或六邊形。

12、根據(jù)實施方式，所述多孔集流體可包括銅、鎳、銀、鋁、不銹鋼、鈦、鐵、鉻、鈷或其組合。

13、根據(jù)實施方式，當根據(jù)dma(動態(tài)力學分析，動態(tài)機械分析)測量時，所述彈性聚合物可具有約1兆帕(mpa)至約50?mpa的楊氏模量。

14、根據(jù)實施方式，所述彈性聚合物可包括具有至少一種硬結構單元和至少一種軟結構單元的共聚物，以及

15、所述硬結構單元對所述軟結構單元的重量比率可為約0.1至1。

16、根據(jù)實施方式，所述硬結構單元可包括苯乙烯結構單元、氨基甲酸酯結構單元、醚結構單元或其組合，以及所述軟結構單元可包括乙烯結構單元、丙烯結構單元、丁烯結構單元、異丁烯結構單元、丁二烯結構單元、異戊二烯結構單元或其組合。

17、根據(jù)實施方式，所述彈性聚合物可包括苯乙烯-丁二烯橡膠(sbr)、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(sebs)橡膠、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯(seps)橡膠、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(sbs)橡膠、苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯(sis)橡膠、苯乙烯-異丁烯-苯乙烯(sibs)橡膠或其組合。

18、根據(jù)實施方式，基于所述多孔集流體的所述多個內(nèi)部孔的總體積，所述彈性聚合物可以約10體積%至約90體積%的含量設置在所述多個內(nèi)部孔中。

19、根據(jù)實施方式，所述彈性聚合物可以在從所述多孔集流體的所述第一側向所述相反的第二側的方向上降低的濃度梯度設置在所述多個內(nèi)部孔中，并且基于所述多孔集流體的所述多個內(nèi)部孔的總體積，所述彈性聚合物可以約55體積%至約85體積%設置在所述多個內(nèi)部孔中。

20、根據(jù)實施方式，所述彈性聚合物可進一步包括具有至少10-2西門子/厘米的電導率的電子傳導材料。

21、根據(jù)實施方式，所述電子傳導材料可包括碳納米管、碳納米纖維、碳納米線、碳納米顆?；蚱浣M合。

22、根據(jù)實施方式，所述電極-固體電解質(zhì)子組件可進一步包括設置在所述多孔集流體的所述第一側和所述彈性層之間的金屬層。

23、根據(jù)實施方式，可在所述多孔集流體的所述相反的第二側和所述固體電解質(zhì)之間設置中間層，并且所述中間層可包括含碳材料、金屬或準金屬的一種或多種與含碳材料的混合物、金屬或準金屬的一種或多種與含碳材料的復合物、或其組合。

24、根據(jù)實施方式，所述含碳材料可包括無定形碳，以及所述金屬和準金屬可包括銦、硅、鎵、錫、鋁、鈦、鋯、鈮、鍺、銻、鉍、金、鉑、鈀、鎂、銀、鋅、鎳、鐵、鈷、鉻、銫、鈉、鉀、鈣、釔、鉭、鉿、鋇、釩、鍶、鑭或其組合。

25、根據(jù)實施方式，所述彈性層的厚度可為約10微米(μm)至約100微米。

26、根據(jù)實施方式，所述多孔集流體和所述彈性層的組合的厚度可為約20?μm至約100μm。

27、根據(jù)本公開內(nèi)容的另一方面，全固態(tài)電池包括：所述電極-固體電解質(zhì)子組件，其中所述電極為負極；和正極，其中所述固體電解質(zhì)介于所述負極和所述正極之間。

28、根據(jù)本公開內(nèi)容的另一方面，制備全固態(tài)電池的方法包括：提供具有第一側和相反的第二側的多孔集流體，其中所述多孔集流體包括多個內(nèi)部孔；將含有彈性聚合物的組合物設置在所述多孔集流體的所述第一側上以形成涂覆的集流體；干燥所述涂覆的集流體以形成包括彈性聚合物且設置在所述多孔集流體的所述第一側上的彈性層以制備包括所述彈性聚合物的多孔集流體-彈性層電極，其中所述彈性聚合物設置在所述多個內(nèi)部孔的至少一個內(nèi)部孔中，且所述多孔集流體-彈性層電極為負極；提供固體電解質(zhì)；將所述固體電解質(zhì)設置在所述多孔集流體-彈性層電極的所述多孔集流體的所述相反的第二側上以制備電極-固體電解質(zhì)子組件；以及將正極設置在所述電極-固體電解質(zhì)子組件的對所述多孔集流體的所述固體電解質(zhì)的相反側上以制備所述全固態(tài)電池。

29、根據(jù)實施方式，提供所述多孔集流體的步驟可使用激光鉆孔或沖孔來進行。

30、根據(jù)實施方式，在制備所述多孔集流體-彈性層電極的步驟之后，可進一步包括將中間層安置在所述多孔集流體的所述相反的第二側上的步驟，其中所述中間層可包括含碳材料、金屬或準金屬的一種或多種與含碳材料的混合物、金屬或準金屬的一種或多種與含碳材料的復合物、或其組合。

31、根據(jù)實施方式，所述固體電解質(zhì)可已經(jīng)過表面處理。

32、根據(jù)實施方式，在將含彈性聚合物的組合物設置在所述多孔集流體的所述第一側上之前，可進一步包括將金屬層設置在所述多孔集流體的所述第一側上。

33、根據(jù)實施方式，制備電極-固體電解質(zhì)子組件的方法包括：提供具有第一側和相反的第二側的多孔集流體，其中所述多孔集流體包括多個內(nèi)部孔；將含有彈性聚合物的組合物設置在所述多孔集流體的所述第一側上以形成涂覆的集流體；干燥所述涂覆的集流體以形成包括彈性聚合物且設置在所述多孔集流體的所述第一側上的彈性層以制備包括所述彈性聚合物的多孔集流體-彈性層電極，其中所述彈性聚合物設置在所述多個內(nèi)部孔的至少一個內(nèi)部孔中；提供固體電解質(zhì)；以及將所述固體電解質(zhì)設置在所述多孔集流體-彈性層電極的所述多孔集流體的所述相反的第二側上以制備電極-固體電解質(zhì)子組件。