一种全固态电池和电池组件及用电设备的制作方法

本发明涉及全固态电池，具体涉及一种全固态电池和电池组件及用电设备。

背景技术：

1、全固态电池因其高能量密度和安全性，被视为新一代电化学储能技术的核心方向，在电动汽车、消费电子及规模储能领域具有广阔的应用前景。相较于传统液态锂离子电池，全固态电池采用不可燃的固态电解质替代有机电解液，可有效避免漏液、燃烧等安全隐患，同时固态电解质更宽电化学窗口特性允许匹配更高比容量的正负极材料，为推动能量密度持续提升提供了可能。

2、现有技术中，全固态电池通常采用叠层结构，其由正极片、固态电解质膜和负极片依次堆叠组成。正极片通常包括正极集流体和正极活性层，正极活性层主要包含正极活性物质（如钴酸锂、三元材料等）与固态电解质（如硫化物、氧化物等）。负极片则包括负极集流体和负极活性层，负极活性层主要包括负极活性物质（例如石墨、硅碳）。固态电解质膜用于分隔正极片和负极片并承担离子传导功能。然而，在全固态电池的制备与运行过程中，正极活性层内部的固态电解质与正极活性物质之间属于固固界面接触，存在界面接触不良、界面阻抗大的问题，并导致全固态电池循环性能下降。

3、因此，如何改善全固态电池中正极活性层内部的固固界面接触状态、降低界面阻抗以提升全固态电池的循环性能，已成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种全固态电池，通过正极活性物质、硫化物固态电解质和卤化物固态电解质的粒径级配和包覆结构，改善了正极活性层内部的固固界面接触状态，有效降低界面阻抗，提升了全固态电池的循环性能。

2、本发明还提供一种电池组件，能够保持电池组件中的全固态电池之间的性能一致性，使得整体输出性能更稳定，进而提升电池组件的安全性、循环寿命及使用可靠性。

3、本发明还提供一种用电设备，具有长续航、高安全性和稳定可靠的供电性能，适用于动力电池、储能系统及消费电子等领域。

4、一方面，本发明提供一种全固态电池，所述全固态电池包括正极片、负极片和复合固态电解质膜；

5、所述正极片包括正极集流体、以及设于所述正极集流体的至少一侧的正极活性层，所述正极活性层包括正极活性物质、硫化物固态电解质、卤化物固态电解质，所述硫化物固态电解质包覆在所述正极活性物质的至少部分表面，所述卤化物固态电解质包覆在所述正极活性物质及所述硫化物固态电解质的至少部分表面；所述正极活性物质、所述硫化物固态电解质和所述卤化物固态电解质的粒径dv50比值为(5-15):1:(2-4)；

6、所述复合固态电解质膜包括卤化物固态电解质层和硫化物固态电解质层；所述卤化物固态电解质层位于靠近所述负极片的一侧，所述硫化物固态电解质层位于靠近所述正极片的一侧。

7、根据本发明的一实施方式，所述正极活性物质的粒径dv50为1-20μm；

8、和/或，所述硫化物固态电解质的粒径dv50为0.1-2μm；

9、和/或，所述卤化物固态电解质的粒径dv50为0.3-6μm。

10、根据本发明的一实施方式，所述正极活性层中的所述正极活性物质的质量百分含量为60-80%；

11、和/或，所述正极活性层中的所述硫化物固态电解质的质量百分含量为8-12%；

12、和/或，所述正极活性层中的所述卤化物固态电解质的质量百分含量为10-20%；

13、和/或，所述正极活性物质包括钴酸锂、磷酸铁锂、三元材料、四元材料、富锂锰基、锰铁锂中的至少一种；

14、和/或，所述硫化物固态电解质包括硫代磷酸氯锂、硫代锗酸锂、七硫化四磷锂中的至少一种；

15、和/或，所述卤化物固态电解质包括氯化铟锂、氯化钇锂、氯化锆锂中的至少一种。

16、根据本发明的一实施方式，所述正极片的制备方法，包括以下步骤：

17、将所述正极活性物质与所述硫化物固态电解质混合后进行第一球磨，得到第一物料；

18、将所述第一物料与所述卤化物固态电解质混合后进行第二球磨，得到第二物料；

19、将含有所述第二物料的正极浆料涂布于所述正极集流体的至少一侧表面，得到正极片。

20、根据本发明的一实施方式，所述负极片包括负极集流体、以及设于所述负极集流体的至少一侧的负极活性层，所述负极活性层包括负极活性物质，所述负极活性层中的所述负极活性物质的质量百分含量为86-99%。

21、根据本发明的一实施方式，所述负极活性物质粒径dv50为1-30μm；

22、和/或，所述负极活性物质包括石墨、硅碳、硅铁、硬碳、软碳中的至少一种。

23、根据本发明的一实施方式，所述负极活性层还包括硫化物固态电解质，所述负极活性层中的所述硫化物固态电解质的质量百分比为8-12%。

24、根据本发明的一实施方式，所述负极活性层中的所述硫化物固态电解质包括硫代磷酸氯锂、硫代锗酸锂、七硫化四磷锂中的至少一种。

25、再一方面，本发明提供一种电池组件，包括一个或两个以上所述的全固态电池。

26、再一方面，本发明提供一种用电设备，包括所述的全固态电池，或者包括所述的电池组件。

27、本发明的实施，至少具有如下有益效果：

28、本发明实施例提供的全固态电池，正极片的正极活性层中硫化物包覆在正极活性物质的至少部分表面，卤化物包覆在正极活性物质及硫化物固态电解质的至少部分表面，并控制正极活性物质、硫化物固态电解质和卤化物固态电解质的粒径dv50比值为(5-15):1:(2-4)。通过正极活性物质、硫化物固态电解质和卤化物固态电解质的粒径级配以及包覆结构，增大界面接触面积，改善了正极活性层内部固固界面接触状态，有效降低界面阻抗，还在充放电过程中能够缓冲体积膨胀，抑制界面分离和微裂纹的产生，提升全固态电池的循环性能，推动全固态电池在动力电池和消费电子等领域的规模化应用。

29、此外，复合固态电解质膜包括卤化物固态电解质层和硫化物固态电解质层。通过卤化物固态电解质层和硫化物固态电解质层的协同作用，实现正极侧至负极侧的高效锂离子传输和抑制锂枝晶生长以及缓解充放电过程中的体积膨胀应力，维持复合固态电解质膜与正极片、负极片之间界面的长期稳定结合，从而显著降低全固态电池的整体界面阻抗，提升全固态电池的循环寿命和安全性。

1.一种全固态电池，其特征在于，所述全固态电池包括正极片、负极片和复合固态电解质膜；

2.根据权利要求1所述的全固态电池，其特征在于，所述正极活性物质的粒径dv50为1-20μm；

3.根据权利要求1所述的全固态电池，其特征在于，所述正极活性层中的所述正极活性物质的质量百分含量为60-80%；

4.根据权利要求1-3任一项所述的全固态电池，其特征在于，所述正极片的制备方法，包括以下步骤：

5.根据权利要求1-3任一项所述的全固态电池，其特征在于，所述负极片包括负极集流体、以及设于所述负极集流体的至少一侧的负极活性层，所述负极活性层包括负极活性物质，所述负极活性层中的所述负极活性物质的质量百分含量为86-99%。

6.根据权利要求5所述的全固态电池，其特征在于，所述负极活性物质粒径dv50为1-30μm；

7.根据权利要求5所述的全固态电池，其特征在于，所述负极活性层还包括硫化物固态电解质，所述负极活性层中的所述硫化物固态电解质的质量百分比为8-12%。

8.根据权利要求7所述的全固态电池，其特征在于，所述负极活性层中的所述硫化物固态电解质包括硫代磷酸氯锂、硫代锗酸锂、七硫化四磷锂中的至少一种。

9.一种电池组件，其特征在于，包括一个或两个以上权利要求1-8任一项所述的全固态电池。

10.一种用电设备，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的全固态电池，或者包括权利要求9所述的电池组件。