固态电池制造技术

公开了一种固态电池，包括：第一电化学活性物质的挤压的互连网络，形成多个通道；电解质，涂覆到所述多个通道的每个通道的表面上，并形成多个涂覆通道；以及第二电化学活性物质，位于每个涂覆通道内。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及固态电池和制造该固态电池的工艺。
技术介绍
固态电池包括固体电极和固体电解质材料。固态电池可包括陶瓷电解质材料。固体电解质是易燃的且不稳定的液体电池电解质的替代物。基于此期望，已经进行大量的开发来开发这种固态电池。但是，目前所提出的固态电池的类型由于它们相对的脆弱性并且容易断裂而缺乏可制造性。此外，目前的制造方法不适合运输或静止电网支持应用(stationary grid-support application)所需的大尺寸、高能量电池。需要可扩展的制造方法来提供薄的电解质，从而提供改进的能量和功率密度。这些方法必须要求薄的固体电解质。然而，相对脆弱的薄片形式的固体电解质材料导致易于断裂。
技术实现思路
根据一个实施例，公开一种固态电池。所述固态电池可包括：第一电化学活性物质的挤压的互连网络，形成多个通道；电解质，涂覆到所述多个通道的每个通道的表面上，并形成多个涂覆通道；以及第二电化学活性物质，位于每个涂覆通道内。第一电化学活性物质可以是阴极或阳极中的一个，第二电化学活性物质可以是阴极或阳极中的另一个。电解质可以将挤压的互连网络与第二电化学活性物质分开。在至少一个涂覆通道中的电解质的厚度可以在大约50nm至大约100μm的范围内。电解质可以是固体电解质。电解质可以作为共形涂层涂覆到通道的表面上。第二电化学活性物质可以是电连接的。每个涂覆通道可进一步包括多个固体电解质颗粒。固体电解质颗粒和第二电化学活性物质可以被混合并被烧结在一起以形成烧结混合物。烧结混合物可包括包含导电金属的多个孔。导电金属可形成共形涂层。包含导电金属的多个孔可分布在整个烧结混合物中。导电金属可以是集流器。导电金属可以沿着电池壳体的长度行进。所述电池可以是锂电池。根据另一实施例，公开一种固态电池。所述固态电池可包括：电池壳体；无孔的电化学导电壁的挤压的互连网络，在电池壳体内形成固体电解质；多个通道，由挤压的互连网络形成；阴极，位于多个通道中的第一数量的通道内；以及阳极，位于多个通道中的第二数量的通道内。阴极和阳极可以通过至少一个无孔的电化学导电壁分开。无孔的电化学导电壁的厚度可以在大约5μm到大约2500μm的范围内。阴极和阳极可以通过至少一个绝缘通道分开，所述至少一个绝缘通道由多个通道中的至少一个形成。第一数量可以等于或不等于第二数量。多个通道可以包括一个或更多个加热或冷却通道。无孔的电化学导电壁的挤压的互连网络可以沿着电池壳体的长度行进。根据又一实施例，公开一种固态电池。所述固态电池可包括：电池壳体；无孔的离子导电壁的挤压的互连网络，在电池壳体内形成固体电解质和多个通道；阳极或阴极，位于多个通道内，包括固体电解质颗粒和电化学活性物质的烧结混合物；以及导电金属，位于多个孔中。烧结混合物可包括多个孔。导电金属可形成共形涂层。多个孔可包括导电金属，多个孔可遍及烧结混合物而分布。导电金属可以是集流器。导电金属可以沿着电池壳体的长度行进。所述电池可以是锂电池。另一实施例公开了一种固态电池，所述固态电池包括：壳体；无孔的电化学导电壁的挤压的互连网络，在壳体内形成固体电解质；多个通道，由挤压的互连网络形成；以及至少第一串联连接的电化学活性物质和至少第二串联连接的电化学活性物质，分别位于多个通道的第一数量的通道和第二数量的通道内。在串联内的每个通道可以由厚度为t1的壁分开，每个串联由厚度为t2的壁分开，并且t2>t1。t1可以是在大约5μm到大约2500μm的范围内。t2可以在大约50μm到大约25000μm的范围内。每个串联可以通过至少一个绝缘通道分开，所述至少一个绝缘通道由多个通道中的至少一个形成。每个串联可以通过至少一个加热或冷却通道分开。所述电池可以是锂电池。附图说明图1描绘了根据一个实施例的固态电池的透视图；图2描绘了图1的区域2的局部放大图；图3A描绘了固态电池内的多个通道的局部透视图，其中，用于每种活性物质的通道的数量相等；图3B描绘了固态电池内的多个通道的局部透视图，其中，用于每种活性物质的通道的数量不等；图3C示出了图1的区域3C的局部放大图，其中，区域3C的通道体积的比不等于1:1；图4示出了具有多个绝缘通道和多个加热或冷却通道的固态电池的透视图；图5A示出了沿图2的线5A-5A截取的包括电化学活性物质和作为导电元件的线的通道的截面图；图5B示出了沿图2的线5B-5B截取的包括烧结混合物和孔中的导电元件的共形层的通道的截面图；图6示出了在单个固态电池块体内的串联连接的多个通道的示意图；图7描绘了形成以固体电解质为内衬并填充有相对的活性物质的多个通道的挤压的活性物质块体的透视图。具体实施方式现在将详细地参照专利技术人已知的本专利技术的组分、实施例和方法。然而，应理解的是，公开的实施例仅为可以以多种和替代的形式实施的本专利技术的举例说明。因此，在此公开的具体细节不应被解释为是限制性的，而仅作为用于教导本领域技术人员以多种形式应用本专利技术的代表性基础。除了明确指出之外，在本描述中指示材料的量或者反应和/或使用的条件的所有数值量应被理解为在描述本专利技术的最宽范围时由词语“大约”修饰。结合本专利技术的一个或更多个实施例的适于给定目的的材料的组或分类的描述意味着所述组或分类的成员中的任何两个或更多个的混合是合适的。化学术语中对成分的描述是指加入到说明书中指定的任何组合物时的成分，并且不一定排除一旦混合之后混合物的成分之间的化学相互作用。对缩略词或其它缩写的第一次定义应用于文中所有后续使用的相同缩写并且应用于比照最初定义的缩写的正常语法变型的加以必要的变更。除非明确相反地指出，否则对属性的测量是通过与对在前或在后参照的同一属性的技术相同的技术来确定。固态电池具有固体电极和固体电解质两者。固态电池单元通常基于陶瓷电解质，陶瓷电解质有望替代用于电池的易燃且不稳定的液体电解质。但是，
由于固体电解质的有限的导电性和几种相抵触的因素(诸如，低电池单元电阻和良好的机械稳健性的需要)而使目前的基于固体电解质的电池的实施面临挑战。为了实现高能量和高功率密度，并且为了避免高的过电位，固体电解质的板片必须非常薄，通常为大约25μm至大约100μm。典型的锂离子电池包括将相对的电极分开的分隔件(隔板或隔膜)，分隔件通常是大约25μm厚的薄柔性聚合物片。这种薄的陶瓷片非常容易断裂，因此由于使用薄片的固体电解质作为分隔件来制造大尺寸电池会很困难并且不现实，所以通常不适于汽车应用。然而，增加分隔件的厚度来实现需求的强度会使电池的能量和功率密度折衷。此外，现有的块体电池设计具有许多其它缺点。例如，一些固体电解质电池向多孔非导电壁提供液体电解质。另外，一些其它固体电解质电池使用线集流器，线集流器可能不向电池的腔内的电极颗粒或在电极颗粒之间提供理想的电子传导。现有的块体电池还会经历非期望的温度变化。最后，现有的块体电池设计不允许电池块体内的电池单元的串联连接。鉴于以上所述，需要一种固态电池的替代设计，从而在能够以大体积且高可靠性制造的机械稳健封装中提供低电池单元电阻以及高能量和功率密度。在此给出解决一个或更多个上述缺点的一种固体电解质电池。电池的块状主体被分成许多单独的通道，其中，通道通过固体电解质的壁分开。通过将块体分成格子通道，每个壁的未被支撑的部本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固态电池，包括：第一电化学活性物质的挤压的互连网络，形成多个通道；电解质，涂覆到所述多个通道的每个通道的表面上，并形成多个涂覆通道；以及第二电化学活性物质，位于每个涂覆通道内。

【技术特征摘要】
2015.05.07 US 14/706,1221.一种固态电池，包括：第一电化学活性物质的挤压的互连网络，形成多个通道；电解质，涂覆到所述多个通道的每个通道的表面上，并形成多个涂覆通道；以及第二电化学活性物质，位于每个涂覆通道内。2.根据权利要求1所述的固态电池，其中，第一电化学活性物质是阴极或阳极中的一个，第二电化学活性物质是阴极或阳极中的另一个。3.根据权利要求1所述的固态电池，其中，电解质将挤压的互连网络与第二电化学活性物质分开。4.根据权利要求1所述的固态电池，其中，在...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德鲁·罗伯特·德鲁斯，凡卡塔拉玛尼·阿南丹，
申请(专利权)人：福特全球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US