本技術(shù)涉及電池，具體涉及固態(tài)電池電芯組件及其制備方法、電池和其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、固態(tài)電池是一種電解質(zhì)為固體的新型電池，固態(tài)電池相比傳統(tǒng)液態(tài)電池具有更高的能量密度和更好的安全性。

2、由于固態(tài)電池含有固態(tài)電解質(zhì)，因此，固態(tài)電池所含的固態(tài)電解質(zhì)與正極、負(fù)極之間屬于固-固界面接觸，這不同于傳統(tǒng)液態(tài)電池的固-液接觸。而通過研究發(fā)現(xiàn)，正是由于固態(tài)電池的固態(tài)電解質(zhì)與正極、負(fù)極的固-固界面接觸，該固-固界面的阻抗較大，極大地影響電池性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于上述問題，本技術(shù)實(shí)施例提供了固態(tài)電池電芯組件及其制備方法、正極、電池和用電裝置以及儲能裝置，以解決現(xiàn)有固態(tài)電池電芯組件存在電極與固態(tài)電解質(zhì)的固-圖界面阻抗高的技術(shù)問題。

2、第一方面，本技術(shù)實(shí)施例提供了一種固態(tài)電池電芯組件。本技術(shù)實(shí)施例固態(tài)電池電芯組件包括正極和負(fù)極以及設(shè)置在所述正極和負(fù)極之間的固態(tài)電解質(zhì)層，在所述正極與所述固態(tài)電解質(zhì)層之間和/或在所述負(fù)極與所述固態(tài)電解質(zhì)層之間還設(shè)置有基膜，所述基膜吸附有電解液。

3、本技術(shù)實(shí)施例固態(tài)電池電芯組件所含的基膜能夠有效降低該基膜所吸附的電解液與電極(正極或/和負(fù)極)和固態(tài)電解質(zhì)層直接接觸，能夠降低在充放電過程中對電解液的消耗，同時(shí)也降低了固態(tài)電解質(zhì)層對電解液的吸收，保持電解液對電極和固態(tài)電解質(zhì)層之間的固-固界面起到良好且穩(wěn)定的浸潤效果，從而顯著降低該固-固界面之間阻抗，以有效提高了固態(tài)電池的電化學(xué)性能和電化學(xué)性能的穩(wěn)定性。

4、一些實(shí)施例中，基膜單位面積吸附電解液的量為1～100μl?cm-2。該吸附量的電解液能夠提高電解液對固態(tài)電池電芯組件中電極與固態(tài)電解質(zhì)層的固-固界面之間的浸潤性，降低界面阻抗。

5、一些實(shí)施例中，吸附有所述電解液的所述基膜至少具有如下(1)至(3)中的任一者：

6、(1)單個(gè)所述基膜的厚度為0.1～100μm；

7、(2)離子電導(dǎo)率為10-2～10-1s?cm-1；

8、(3)0＜電子電導(dǎo)率≤10-10s?cm-1。

9、具有上述特征的吸附有所述電解液的所述基膜具有高的離子電導(dǎo)率和低的電子導(dǎo)電率，提高對固態(tài)電池電芯組件中電極與固態(tài)電解質(zhì)層的固-固界面之間具有良好的浸潤性，有效降低界面阻抗，并提高固態(tài)電池電芯組件10的能量密度。

10、一些實(shí)施例中，所述基膜結(jié)合在所述固態(tài)電解質(zhì)層的表面。

11、一些實(shí)施例中，所述基膜結(jié)合在所述正極的朝向所述固態(tài)電解質(zhì)層的表面上。

12、一些實(shí)施例中，所述基膜結(jié)合在所述負(fù)極的朝向所述固態(tài)電解質(zhì)層的表面上。

13、將基膜層疊按照上述方式結(jié)合在正極、固態(tài)電解質(zhì)層和負(fù)極表面時(shí)，能夠增強(qiáng)基膜在固態(tài)電池電芯組件中的穩(wěn)定性，從而提高固態(tài)電池電芯組件中電極與固態(tài)電解質(zhì)層的固-固接觸界面的潤濕性，降低固-固接觸界面的阻抗，同時(shí)提高固態(tài)電池電芯組件的安全性。

14、一些實(shí)施例中，所述電解液至少包括如下(1)至(4)中的任一者：

15、(1)所述電解液所含電解質(zhì)的摩爾濃度為0.1～5mol/l；

16、(2)所述電解液所含的電解質(zhì)包括六氟砷酸鋰(liasf6)、高氯酸鋰(liclo4)、四氟硼酸鋰(libf4)、六氟磷酸鋰(lipf6)、雙氟磺酰亞胺鋰(lifsi)、雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰(litfsi)、二草酸硼酸鋰(libob)、二氟草酸硼酸鋰(liodfb)中的至少一種；

17、(3)所述電解液所含的溶劑包括環(huán)狀碳酸酯、鏈狀碳酸酯、環(huán)狀羧酸酯、鏈狀羧酸酯、環(huán)狀醚、鏈狀醚、二甲基亞砜、環(huán)丁砜中的至少一種；

18、(4)所述電解液還含有添加劑。

19、具有上述特征的電解液具有高的離子電導(dǎo)率和低電子電導(dǎo)電率，提高對固態(tài)電池電芯組件中電極與固態(tài)電解質(zhì)層的固-固界面之間具有良好的浸潤性，有效降低界面阻抗，并提高固態(tài)電池電芯組件10的循環(huán)性能。

20、實(shí)施例中，所述添加劑在所述電解液中的質(zhì)量百分含量為0.1～10％。

21、實(shí)施例中，所述添加劑包括氟代碳酸乙烯酯、碳酸亞乙烯酯、碳酸乙烯亞乙酯、碳酸乙基烯丙基酯、乙酸乙烯酯、碳酸鄰苯二酚環(huán)酯、二氟草酸硼酸鋰中的至少一種。

22、該濃度和種類的添加劑組分能夠有效降低電極界面如鋰金屬界面的歐姆阻抗和電荷轉(zhuǎn)移阻抗，提高固體電解質(zhì)界面膜(solidelectrolyteinterface，sei)膜的機(jī)械強(qiáng)度。

23、一些實(shí)施例中，所述基膜至少包括如下(1)至(6)中的任一者：

24、(1)孔隙率為30～60％；

25、(2)透氣率為100-1000s/100ml；

26、(3)吸液量為40～1000％。

27、(4)抗張強(qiáng)度：橫向＞8n/25mm，縱向＞15n/25mm；

28、(5)拉伸率：橫向＞300％，縱向＞180％；

29、(6)耐針刺強(qiáng)度＞20n。

30、上述特征的基膜能夠有效吸附適量的電解液，從而提高了電極與固態(tài)電解質(zhì)層的固-固界面之間的浸潤性，從降低該固-固界面之間的阻抗；同時(shí)具有良好的機(jī)械強(qiáng)度、形貌穩(wěn)定，不易形變，提高了電解液在基膜中負(fù)載的穩(wěn)定性，提高了電極與固態(tài)電解質(zhì)層的固-固界面之間的浸潤性，可有效提高固態(tài)電池電芯組件10的安全性能。

31、一些實(shí)施例中，所述基膜包括聚合物膜。該聚合物膜能夠賦予基膜具有良好的吸收電解液性能，同時(shí)具有良好的機(jī)械性能，從而可以有效調(diào)節(jié)基膜負(fù)載電解液的量和穩(wěn)定性，提高電極與固態(tài)電解質(zhì)層的固-固界面之間的浸潤性和降低界面阻抗。

32、實(shí)施例中，所述聚合物膜的聚合物包括結(jié)晶型飽和聚酯、二甲基硅氧烷交聯(lián)聚合物、聚烯烴、鹵代聚烯烴、mof結(jié)構(gòu)材料中的至少一種。

33、示范例中，所述結(jié)晶型飽和聚酯包括pet、結(jié)晶型二聚酸聚酯多元醇、結(jié)晶型聚酯酰亞胺、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚對苯二甲酸乙二醇-1,4-環(huán)己烷二甲醇酯、vylon聚酯樹脂中的至少一種。

34、示范例中，所述二甲基硅氧烷交聯(lián)聚合物包括乙烯基聚二甲基硅氧烷交聯(lián)聚合物、氨端聚二甲基硅氧烷交聯(lián)聚合物、氨丙基聚二甲基硅氧烷中的至少一種。

35、示范例中，所述聚烯烴、鹵代聚烯烴獨(dú)立的包括聚乙烯、聚丙烯、聚1-丁烯、聚4-甲基-1-戊烯、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯和聚偏氟乙烯中的至少一種。

36、示范例中，所述mof結(jié)構(gòu)材料包括irmof系列、zif系列、cpl系列、mil系列、pcn系列、uio系列中的至少一種結(jié)構(gòu)材料。

37、示范例中，所述ifmof系列結(jié)構(gòu)材料包括irmof-1、irmof-3、irmof-4、irmof-8、irmof-9、irmof-10、irmof-11、irmof-12、irmof-13、irmof-14、irmof-16、irmof-18、irmof-61、irmof-62、irmof-3-am1、fe/irmof-3、mg-irmof-74、irmof-3-oh、irmof-3-sh、fe/irmof-3-900、irmof3-sal中的至少一種。

38、示范例中，所述zif系列結(jié)構(gòu)材料包括if-1、zif-2、zif-4、zif-5、zif-7、zif-8、nzif-8、zif-9、zif-10、zif-11、zif-12、zif-14、zif-20、zif-23、zif-60、zif-61、zif-62、zif-64、zif-65、zif-67、zif-68、zif-69、zif-70、zif-71、zif-72、zif-73、zif-74、zif-75、zif-76、zif-77、zif-78、zif-95、zif-100、zif-268、zif-224、zn/co-zif中的至少一種。

39、示范例中，所述cpl系列結(jié)構(gòu)材料包括cpl-5cu、cpl-5cu、cpl-5cu、cpl-5cu、cpl-5cu中的至少一種。

40、示范例中，所述mil系列結(jié)構(gòu)材料包括mil-53cr、mil-100cr、mil-101cr、mil-100fe、mil-177-lt、mil-177-ht、mil-45co、mil-45fe、mil-53ai、mil-53sc、mil-88sc、mil-8、mil-9、mil-47、mil-51、mil-59、mil-69、mil-88、mil-91、mil-96、mil-101、mil-103、mil-102、mil-110、mil-125中的至少一種。

41、示范例中，所述pcn結(jié)構(gòu)材料包括pcn-6、pcn-9、pcn-12、pcn-13、pcn-14、pcn-18、pcn-22、pcn-51、pcn-61、pcn-63、pcn-100、pcn-129、pcn-131、pcn-132、pcn-137、pcn-149、pcn-150、pcn-222、pcn-224、pcn-308、pcn-333中的至少一種。

42、示范例中，所述uio系列結(jié)構(gòu)材料包括uio-66、uio-67和uio-68中的至少一種。

43、含上述種類的聚合物的基膜孔隙率合理，吸液能力強(qiáng)，電化學(xué)性能穩(wěn)定，能穩(wěn)定的將電解液吸附在高分子內(nèi)部，提高電解液負(fù)載的穩(wěn)定性，從而提高電解液對固-固界面之間的浸潤性，提高固態(tài)電池電芯組件的安全性能。

44、第二方面，本技術(shù)實(shí)施例提供了一種固態(tài)電池電芯組件的制備方法。本技術(shù)實(shí)施例固態(tài)電池電芯組件的制備方法包括如下步驟：

45、提供正極、負(fù)極和固態(tài)電解質(zhì)膜；

46、將所述正極、固態(tài)電解質(zhì)膜和負(fù)極進(jìn)行層疊設(shè)置，并在所述正極與所述固態(tài)電解質(zhì)膜之間和/或在所述負(fù)極與所述固態(tài)電解質(zhì)膜之間設(shè)置層疊設(shè)置的基膜；

47、其中，所述基膜吸附有電解液。

48、本技術(shù)實(shí)施例固態(tài)電池電芯組件制備方法能夠在制備的固態(tài)電池電芯組件所含電極與固態(tài)電解質(zhì)膜之間形成吸附有電解液的基膜，賦予吸附有電解液的基膜高的離子電導(dǎo)率和低的電子導(dǎo)率，對電極和固態(tài)電解質(zhì)膜之間的固-固界面起到良好且穩(wěn)定的浸潤效果，顯著降低該固-固界面阻抗。

49、一些實(shí)施例中，在所述正極與所述固態(tài)電解質(zhì)膜之間和/或在所述負(fù)極與所述固態(tài)電解質(zhì)膜之間設(shè)置層疊設(shè)置的基膜的方法包括如下步驟：

50、在所述正極的一表面、負(fù)極的一表面、固態(tài)電解膜的表面中的至少一表面上形成所述基膜；

51、將所述電解液負(fù)載至所述基膜中；

52、將所述正極、固態(tài)電解膜和負(fù)極進(jìn)行所述層疊設(shè)置，并使吸附有所述電解液的所述基膜層疊于所述正極與所述固態(tài)電解質(zhì)層之間和/或所述負(fù)極與所述固態(tài)電解質(zhì)層之間。

53、直接先在正極的一表面、負(fù)極的一表面、固態(tài)電解膜的表面中的至少一表面上形成基膜，能夠增強(qiáng)基膜與正極、負(fù)極、固態(tài)電解膜中的至少一表面結(jié)合強(qiáng)度，從而增強(qiáng)電解液對電極(正極、負(fù)極中的至少一種)與固態(tài)電解膜的固-固界面的潤濕性和固態(tài)電池電芯組件的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

54、實(shí)施例中，所述基膜包括聚合物膜，在所述正極的一表面、負(fù)極的一表面、固態(tài)電解膜的表面中的至少一表面上形成所述基膜的方法包括如下步驟：

55、將包括聚合物單體、溶劑、引發(fā)劑的混合溶液在所述正極的一表面、負(fù)極的一表面、固態(tài)電解膜的表面上成膜處理，得到聚合物前驅(qū)體膜；

56、將所述聚合物前驅(qū)體膜進(jìn)行聚合物反應(yīng)，生成所述基膜。

57、直接在正極的一表面、負(fù)極的一表面、固態(tài)電解膜的表面中的至少一表面上形成原位形成基膜，有效增強(qiáng)了基膜與正極、負(fù)極、固態(tài)電解膜表面的結(jié)合強(qiáng)度。

58、示范例中，所述成膜處理的方法包括分子層沉積法、刮涂、噴涂、旋涂、流延中的至少一種方法。采用該些方法進(jìn)行成膜處理，能夠提高基膜的質(zhì)量和效率，并能夠調(diào)節(jié)和改善基膜吸附電解液的性能和吸附的穩(wěn)定性。

59、實(shí)施例中，在所述正極的一表面、負(fù)極的一表面、固態(tài)電解膜的表面中的至少一表面上形成所述基膜的步驟之前，還包括對所述述正極的一表面、負(fù)極的一表面、固態(tài)電解膜的表面中的至少一表面進(jìn)行等離子處理的步驟，所述基膜形成在經(jīng)所述等離子處理的所述表面上。對基膜載體進(jìn)行等離子處理能夠?qū)ο鄳?yīng)表面進(jìn)行刻蝕，去掉表面雜質(zhì)層、缺陷層等，還可以提高該表面的表面能，從而提高形成基膜與正極、負(fù)極、固態(tài)電解膜至少一表面之間的結(jié)合強(qiáng)度。

60、一些實(shí)施例中，在所述正極與所述固態(tài)電解質(zhì)膜之間和/或在所述負(fù)極與所述固態(tài)電解質(zhì)膜之間設(shè)置層疊設(shè)置的基膜的方法包括如下步驟：

61、提供基膜；

62、將所述電解液負(fù)載至所述基膜中；

63、將所述正極、所述固態(tài)電解膜和所述負(fù)極以及吸附有所述電解液的所述基膜進(jìn)行所述層疊設(shè)置。

64、采用單獨(dú)制備吸附有電解液的基膜的方法，能夠?qū)崿F(xiàn)吸附有電解液的基膜與正極、負(fù)極和固態(tài)電解質(zhì)膜同步進(jìn)行制備，從而有效提高制備固態(tài)電池電芯組件的效率和靈活性，也可以提高固態(tài)電池電芯組件的質(zhì)量穩(wěn)定性。

65、第三方面，本技術(shù)實(shí)施例提供了一種電池。本技術(shù)實(shí)施例電池包括本技術(shù)實(shí)施例固態(tài)電池電芯組件或由本技術(shù)實(shí)施例固態(tài)電池電芯組件制備方法制備的固態(tài)電池電芯組件。

66、本技術(shù)實(shí)施例電池循環(huán)性能得到了顯著提升，而且包括倍率、電池的安全等電化學(xué)性能也得到明顯改善。

67、第四方面，本技術(shù)實(shí)施例提供了一種用電裝置。本技術(shù)實(shí)施例用電裝置包括如本技術(shù)實(shí)施例電池，所述電池用于提供電能。本技術(shù)實(shí)施例用電裝置待機(jī)或續(xù)航時(shí)間長。

68、第五方面，本技術(shù)實(shí)施例還提供一種儲能裝置，包括本技術(shù)實(shí)施例電池。本技術(shù)實(shí)施例儲能裝置的容量能得到提高和使用壽命得到延長。

69、上述說明僅是本技術(shù)技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本技術(shù)的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本技術(shù)的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉本技術(shù)的具體實(shí)施方式。