制造固态电池的方法技术

提供了一种制造固态电池的方法，所述方法可以包括对夹在固体陶瓷电解质与聚集的一种金属之间的助焊剂进行加热。可以对助焊剂进行加热使得助焊剂使固体陶瓷电解质的表面粗糙并且聚集的一种金属熔化并粘附到固体陶瓷电解质的该表面。

【技术实现步骤摘要】
制造固态电池的方法
本公开涉及用于固态电池的制造技术。
技术介绍
固态电池针对传统的锂离子电池呈现出有前途的替代物。典型的固态电池制造方法可以通过诸如物理气相沉积或电子束沉积的复杂并昂贵的工艺来将金属电极施用到无机电解质。其他替代的方法可以通过在压力下将金属施用到无机电解质来将金属机械地粘附到无机电解质。这样的制造方法适用于厚且相对粗糙的无机电解质，但不适用于薄且光滑的无机电解质。在一些情况下，金属会与无机电解质剥离或者会表现出高的界面电阻。
技术实现思路
一种制造固态电池的方法包括：将具有活化温度的助焊剂施用到固体陶瓷电解质的表面；将助焊剂加热到活化温度以上的温度，以准备所述表面；将金属负极放置在准备的表面上；对金属负极进行加热使得金属负极粘附到准备的表面。助焊剂可以是酸性的。助焊剂可以是无水的。助焊剂可以是松香基的。金属负极可以包括锂。固体陶瓷电解质可以包括氧化锂镧锆。可以在惰性气体环境内执行对助焊剂进行加热的步骤。准备所述表面的步骤可以包括蚀刻所述表面或使所述表面粗糙。活化温度可以具有180℃与200℃范围内的值。一种制造固态电池的方法包括：将助焊剂施用到固体陶瓷电解质的表面或金属电极的表面；将固体陶瓷电解质和金属电极布置为彼此贴近，使得助焊剂设置在固体陶瓷电解质与金属电极之间；施加热量使得助焊剂准备固体陶瓷电解质的所述表面，金属电极粘附到固体陶瓷电解质的所述表面。助焊剂的活化温度可以小于金属电极的熔点。可以在惰性气体环境内执行施加热量的步骤。助焊剂可以是酸性的。助焊剂可以是无水的。助焊剂可以是松香基的。一种制造固态电池的方法包括：将助焊剂施用到固体陶瓷电解质的表面；将助焊剂加热到活化温度以上的温度，以准备所述表面；以及将熔融的金属负极材料施用到准备的表面。施用熔融的金属负极材料的步骤可以包括喷涂熔融金属的细小液滴。施用熔融的金属负极材料的步骤可以包括使准备的表面在包含熔融的金属负极材料的淋室上通过或者使准备的表面穿过包含熔融的金属负极材料的淋室。准备所述表面的步骤可以包括蚀刻所述表面或使所述表面粗糙。助焊剂可以是酸性的和无水的。附图说明图1是固态电池的剖视图。图2A和图2B分别是在不具有助焊剂的情况下和具有助焊剂的情况下粘附到固体陶瓷电解质的聚集的一种金属(grouponemetal)的透视图。图3A和图3B是描绘制造固态电池的方法的流程图。图4A和图4B分别是在不具有松香基助焊剂的情况下和具有松香基助焊剂的情况下固体陶瓷电解质以及聚集的一种金属和固体陶瓷电解质的组合的阻抗图。具体实施方式按照所要求的，本专利技术的详细实施例公开于此；然而，将理解的是，所公开的实施例仅仅是可以以各种形式和可替代的形式实施的本专利技术的举例说明。附图未必按照比例绘制；可以夸大或缩小一些特征以显示具体组件的细节。因此，在此公开的特定结构细节和功能细节将不被解释为限制，而仅仅作为教导本领域技术人员以各种方式采用本专利技术的代表性基础。在这里描述的特定的示例中，提出了如下的低成本工艺：在锂金属熔化在固体陶瓷电解质表面之前使用化学助焊剂(chemicalflux)来有效地处理固体陶瓷电解质表面从而将锂金属粘附到具有低的界面电阻和优异的附着力的固体电解质隔膜上。处理的目的在于清洁陶瓷和锂金属二者的表面以防止在界面处形成高电阻化合物，以及在于提高熔融的锂在陶瓷表面上的润湿性。用于将金属结合到陶瓷的若干方法被知晓并且通常包括多个步骤：准备陶瓷的表面、施用填充金属层以及将填充金属结合到期望的金属组件。在一些情况下，结合机理涉及填充金属的渗透，在其他情况下，在表面处的反应形成使两个组件结合的牢固的、稳定的化合物。陶瓷-金属结合(ceramic-to-metalbonding)的最常见的应用使用高温环境(大于800℃)。对于使用锂金属作为电极的固态电池(SSB)，因为如下至少两个原因而无法采用这些方法：1)因为锂金属需要与电解质表面紧密接触，所以使用填充金属是不合适的；2)因为锂在180℃熔化，所以不需要或不期望高温方法。如上面提到的，将锂金属直接熔化在陶瓷电解质的表面上会由于差的润湿和可能由于不期望的化合物的形成而不产生低界面电阻。然而，这个问题可以通过使用酸性助焊剂而得到解决。助焊剂通常用于焊接金属，其中，助焊剂溶解将防止润湿和粘附的表面氧化物。此外，助焊剂通常具有低熔点的不反应组分，所述低熔点的不反应组分用于将溶解的氧化物远离金属-金属界面处传输并用于在焊接操作期间保护被清洁的金属表面被再氧化。这里，金属组分(锂)是高度反应的，陶瓷电解质的表面可以具有将优先与锂反应的种类，诸如OH-基团，生成LiOH，或者通过与空气中的CO2反应以形成Li2CO3，LiOH和Li2CO3是不导电的固体材料。碳酸锂或LiOH(或其他表面污物层)的存在将防止锂金属与电解质表面之间的紧密接触，并且将导致高的界面电阻。可选择地，与表面污物反应的酸性助焊剂可以用于有效地清洁该表面并允许熔融的锂被施用(例如，喷涂，通过使该表面在熔融的锂上经过而与该表面接触等)以与陶瓷电解质表面紧密接触。作为示例，作为化学剂的松香基氯化锌助焊剂用于对表面进行预处理并改善结合到氧化锂镧锆(LLZO)固体电解质的锂金属。首先，将助焊剂施用到LLZO丸状体的表面并在氩气气氛下在热板上加热至200℃保持一分钟。然后，在保持200℃的同时将锂金属盘放置在处理后的表面的顶部。为了比较，也将锂金属粘附到没有进行化学预处理的LLZO样品。参照图1，示出了示例SSB电池10。电池10可以设置为车辆动力系统的组件，并且可以包括金属电极20(负极或导电材料)、固体陶瓷电解质22和正极24。固体陶瓷电解质22夹在负极20与正极24之间。金属电极20可以由金属或锂、钠、镁、铝等的金属合金制成。例如，金属电极20可以由锂金属或锂金属合金制成。金属电极20可以具有彼此相对的第一金属电极表面30和第二金属电极表面32。第二金属电极表面32可以贴近固体陶瓷电解质22设置。固体陶瓷电解质22可以由诸如氧化锂镧锆(LLZO)、锂磷氧氮(LiPON)、LATP或LiSICON等的氧化物基电解质制成。固体陶瓷电解质22可以由用于Li+传导的诸如Li10GeP2S12或Li2S-P2S5等的硫化物基电解质、用于Na+传导的粘土和β铝族的化合物(NaAl11O17)以及其他单价离子和二价离子制成。固体陶瓷电解质22可以是薄的，具有小于近似50μm的厚度。在一个示例中，固体陶瓷电解质22可以具有近似5μm至25μm的厚度并且可以具有光滑的表面光洁度。固体陶瓷电解质22可以具有彼此相对的第一固体陶瓷电解质表面40和第二固体陶瓷电解质表面42。第一固体陶瓷电解质表面40可以与第二金属电极表面32邻接或接合。第二固体陶瓷电解质表面42可以与正极24邻接或接合。正极24可以由诸如磷酸铁锂、氧化锂钴、氧化锂镍钴或氧化锂锰的过渡金属氧化物制成。在一些情况下，正极24也可以由硫材料连同电子和离子导电材料制成。正极24可以是液态或半液态，半液态也可以呈静态或流动状态。如上面提到的，将金属粘附到陶瓷的传统的粘附方法可以涉及复杂的工艺。传统的粘附工艺可以包括通过刻痕等来机械地准备陶瓷的表面、将填充金属层施用到陶瓷的机械地准备的表面、将金属施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造固态电池的方法，所述方法包括：将具有活化温度的助焊剂施用到固体陶瓷电解质的表面；将助焊剂加热到活化温度以上的温度，以准备所述表面；将金属负极放置在准备的表面上；以及对金属负极进行加热使得金属负极粘附到准备的表面。

【技术特征摘要】
2015.09.24 US 14/864,0421.一种制造固态电池的方法，所述方法包括：将具有活化温度的助焊剂施用到固体陶瓷电解质的表面；将助焊剂加热到活化温度以上的温度，以准备所述表面；将金属负极放置在准备的表面上；以及对金属负极进行加热使得金属负极粘附到准备的表面。2.根据权利要求1所述的方法，其中，助焊剂是酸性的。3.根据权利要求1所述的方法，其中，助焊剂是无水的。4.根据权利要求1所述的方法，其中，助焊剂是松香基的。5.根据权利要求1所述的方法，其中，金属负极包括锂。6.根据权利要求1所述的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：凡卡塔拉玛尼·阿南丹，安德鲁·罗伯特·德鲁斯，默罕·卡鲁卡，
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