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(fù)極集電體的負(fù)極活性物質(zhì)層以及設(shè)置在正極層與負(fù)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(fù)極活性材料層可通過將負(fù)極活性材料與用于獲得離子導(dǎo)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(jìn)行了將鋰金屬用作負(fù)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(jià)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(fù)極并且鋰直接沉積在負(fù)極集電體上的存儲型無負(fù)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(fù)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(shí)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(gè)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(shí)現(xiàn)。

4、本公開的實(shí)施方式提供了一種全固態(tài)電池，其包括負(fù)極集電體、設(shè)置在負(fù)極集電體上的保護(hù)層、設(shè)置在保護(hù)層上的固體電解質(zhì)層，其中保護(hù)層位于負(fù)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(hù)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(hù)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(hù)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(hù)層的鋰離子擴(kuò)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(hù)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(gè)實(shí)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(dǎo)電材料和粘合劑制備漿料，通過將漿料施加于負(fù)極集電體上形成保護(hù)層，在保護(hù)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(hù)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(hù)層具有在1.2m2/s至2.3m2/s范圍內(nèi)的鋰離子擴(kuò)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(hù)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(hù)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(hù)層具有在1.2m2/s至2.3m2/s范圍內(nèi)的鋰離子擴(kuò)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(hù)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(zhǔn),林佳炫,裵基潤,金潤星,孫參翼,崔壯旭,李知殷,孫睿誾,吳知?jiǎng)?李泰根,李魯濬
受保護(hù)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