使用室温高速喷粉法制备高密度固体电解质薄膜的方法技术

本发明专利技术涉及一种使用室温高速喷粉法制备高密度固体电解质薄膜的方法，所述方法使用室温高速喷粉法并且可以包括：(a)制备具有0.1至10μm的平均粒径的氧化物基固体电解质粉末；(b)热处理氧化物基固体电解质粉末；和(c)通过在阳极层或阴极层上使用室温高速喷粉法喷射氧化物基固体电解质粉末从而形成氧化物基固体电解质薄膜。在优化过程条件下使用室温高速喷粉法喷射氧化物基固体电解质粉末，显著改进了离子导电率。

Preparation of high density solid electrolyte films by high speed powder spraying at room temperature

【技术实现步骤摘要】
使用室温高速喷粉法制备高密度固体电解质薄膜的方法
本专利技术的各个实施方案涉及使用室温高速喷粉法制备高密度固体电解质薄膜的方法，更具体地涉及制备固体电解质薄膜的方法，所述方法可以通过如下步骤形成高密度氧化物基固体电解质薄膜：将氧化物基固体电解质粉末的平均粒径调节至0.1至10μm，加热氧化物基固体电解质粉末，然后在优化过程条件下使用室温高速喷粉法喷射氧化物基固体电解质粉末，显著改进了离子导电率。
技术介绍
作为将锂离子电池的可燃电解质改变成无机电解质的锂电池，全固态离子电池被视为是终极安全电池。在全固态离子电池中，电解质被无机固体电解质替代，因此对于耐久性而言不存在材料劣化，特征随着温度的变化较小，并且循环寿命性能出色。为了改进目前使用的锂离子电池的安全性、保证耐久性并且改进能量密度，全固态离子电池是重要的研发课题。特别地，使固体电解质层变薄的技术是能够改进电池单元的重量能量并且改进体积能量的技术，已经尝试了各种技术手段从而实现高密度固体电解质膜。固体电解质膜需要通过高密度最小化膜中的缺陷从而保证高的离子导电率作为独特的材料特征，并且通过减小电解质膜的厚度从而保证高的离子导电率。固体电解质材料大致上分成氧化物基材料和硫化物基材料。硫化物基材料为陶瓷材料并且具有与金属相似的柔性，因此当将压力施加至模制件时，与柔软金属相似地出现材料变形，固体电解质渗透至上下阳极或阴极层的孔，并且固体电解质层的厚度减小。此外，可以通过单独模制硫化物基固体电解质膜并且使用高压压机从而减小厚度。在陶瓷材料中最容易减小膜厚度的技术是在模制和烧结之后通过加工减小厚度的方法。可以通过使用精密剪切机减小厚度，或者通过表面抛光减小厚度。在机械加工的情况下，难以加工300μm或更小的厚度，并且在抛光方法的情况下，即便使用在半导体过程中使用的化学机械抛光(CMP)方法，仍然非常难以加工20μm或更小的厚度。当样本的面积增加时，加工厚度的下限进一步增加。在所述加工方法中，存在的缺点是加工成本昂贵并且在加工时产生许多遗失料，这增加了产品价格。特别地，在氧化物基固体电解质材料的情况下，对于致密化，通常使用高温烧结过程。在烧结过程中，在模制件的孔通过颗粒之间的材料的移动而被填充的同时，出现致密化。在氧化物基固体电解质石榴石的情况下，需要烧结温度为1,100℃或更高的高温过程。此外，氧化物基固体电解质石榴石具有典型陶瓷材料的机械特征，在具有所述脆性的材料的情况下，在通过机械力使材料出现变形之前，发生断裂。在使氧化物基固体电解质致密化和变薄的技术中，提出了自上而下法和自下而上法。自上而下法是保证厚烧结体形式的高密度电解质并且通过后处理减小厚度的方法，自下而上法是从材料形成步骤开始通过膜形成过程保证高密度的方法。然而，自上而下法需要用于致密化的烧结过程，并且在加工步骤中存在大量损失。此外，自下而上法需要高真空或者在用于控制组成的过程条件方面具有极大限制。为了使氧化物基固体电解质致密化和变薄，通过机械压机不能形成薄膜(例如常规硫化物基材料)。此外，由于需要高温下的高温过程，由于制备成本和制备过程而存在许多限制。公开于本专利技术的背景部分的信息仅仅旨在加深对本专利技术的一般
技术介绍
的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
本专利技术的各个方面通过如下步骤提供高密度氧化物基固体电解质薄膜：将氧化物基固体电解质粉末的平均粒径调节至0.1至10μm，加热氧化物基固体电解质粉末，然后在优化过程条件下使用室温高速喷粉法喷射氧化物基固体电解质粉末，从而显著改进离子导电率，由此完成本专利技术。因此，本专利技术的各个方面提供使用室温高速喷粉法制备具有显著改进的离子导电率的高密度固体电解质薄膜的方法。在一个方面，本专利技术的各个方面提供一种制备高密度固体电解质薄膜的方法，所述方法使用室温高速喷粉法并且包括：(a)制备具有0.1至10μm的平均粒径的氧化物基固体电解质粉末；(b)热处理氧化物基固体电解质粉末；和(c)通过在阳极层或阴极层上使用室温高速喷粉法喷射氧化物基固体电解质粉末从而形成氧化物基固体电解质薄膜。在根据本专利技术的示例性实施方案的使用室温高速喷粉法制备高密度固体电解质薄膜的方法中，能够通过如下步骤形成高密度氧化物基固体电解质薄膜：将氧化物基固体电解质粉末的平均粒径调节至0.1至10μm，加热氧化物基固体电解质粉末，然后在优化过程条件下使用室温高速喷粉法喷射氧化物基固体电解质粉末，显著改进了离子导电率。下面讨论本专利技术的其它方面和示例性实施方案。应当理解，此处所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(SUV)、大客车、卡车、各种商用车辆的乘用汽车，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、可插式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如源于非石油的能源的燃料)。正如此处所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多动力源的车辆，例如汽油动力和电力动力两者的车辆。下面讨论本专利技术的上述特征及其它特征。通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本专利技术的某些原理的具体描述，本专利技术的方法和装置所具有的其它特征和优点将更为具体地变得清楚或得以阐明。附图说明图1为示意性显示根据本专利技术的示例性实施方案的使用室温高速喷粉法形成氧化物基固体电解质薄膜的过程的示意图；图2为在本专利技术的实施例中制备的氧化物基固体电解质薄膜和作为原料的氧化物基固体电解质粉末的XRD图；图3A和图3B为在对比实施例和本专利技术的实施例中制备的氧化物基固体电解质薄膜的拉曼分析图；并且图4A和图4B为显示在对比实施例和本专利技术的实施例中制备的氧化物基固体电解质薄膜的阻抗特征变化的图。应当了解，附图不必按比例，显示了说明本专利技术的基本原理的各种优选特征的略微简化的画法。本文所公开的本专利技术的具体设计特征(包括例如具体尺寸、方向、位置和形状)将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。在这些图中，贯穿附图的多幅图，附图标记涉及本专利技术的相同或等同的部分。具体实施方式接下来将详细引用本专利技术的各个实施方案，实施方案的示例被显示在所附附图中并被描述如下。虽然将结合示例性实施方案描述本专利技术，但是应当了解，本说明书并非要将本专利技术限制于那些示例性实施方案。相反，本专利技术旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本专利技术的精神和范围之内的各种替换、修改、等效方式和其它实施方案。下文将具体描述本专利技术的一个示例性实施方案。本专利技术包括使用利用室温过程的高速喷粉法从而使氧化物基固体电解质致密化和变薄。在使氧化物基固体电解质致密化和变薄的技术中，提出了自上而下法和自下而上法。自上而下法是保证厚烧结体形式的高密度电解质并且通过后处理减小厚度的方法，自下而上法是从材料形成步骤开始通过薄膜形成过程保证高密度的方法。自上而下法包括在烧结之后进行机械加工(锯切)、在烧结之后进行化学机械沉积等的方法。自下而上法包括使用真空过程的薄膜沉积技术(包括物理气相沉积和化学气相沉积)，使用溶胶凝胶反应、喷涂、热解涂布等形成涂布膜的技术。自上而下法需要用于致密化的烧结过程，并且在加工步骤中存在大量损失。此外，自下而上法需要高真空或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备高密度固体电解质薄膜的方法，所述方法使用室温高速喷粉法并且包括：a)制备具有0.1至10μm的平均粒径的氧化物基固体电解质粉末；b)热处理氧化物基固体电解质粉末；和c)通过在阳极层或阴极层上使用室温高速喷粉法喷射氧化物基固体电解质粉末从而形成氧化物基固体电解质薄膜。

【技术特征摘要】
2016.07.21 KR 10-2016-00928651.一种制备高密度固体电解质薄膜的方法，所述方法使用室温高速喷粉法并且包括：a)制备具有0.1至10μm的平均粒径的氧化物基固体电解质粉末；b)热处理氧化物基固体电解质粉末；和c)通过在阳极层或阴极层上使用室温高速喷粉法喷射氧化物基固体电解质粉末从而形成氧化物基固体电解质薄膜。2.根据权利要求1所述的制备高密度固体电解质薄膜的方法，其中在步骤a)中，在200至400RPM下进行球磨1至5分钟。3.根据权利要求1所述的制备高密度固体电解质薄膜的方法，其中在步骤b)中，在650至750℃的温度下进行热处理4至6小时。4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙参翼，权恩汦，
申请(专利权)人：现代自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR