用于基于钛铌氧化物的锂电池的混合电解质设计制造技术

本公开提供了“用于基于钛铌氧化物的锂电池的混合电解质设计”。根据一个或多个实施例，一种锂离子电池，包括：阳极，所述阳极包括被配置为在钛铌氧化物(TNO)颗粒与固体电解质颗粒之间形成界面层的所述TNO颗粒和所述固体电解质颗粒；阴极，所述阴极包括活性材料、电子导电体和非固体电解质；以及离子导电且液体不可渗透的固体电解质隔板。所述固体电解质隔板与所述阳极和所述阴极直接接触并位于所述阳极与所述阴极之间，并且被配置为通过使所述非固体电解质与所述TNO颗粒隔离来防止所述非固体电解质的还原。

【技术实现步骤摘要】
用于基于钛铌氧化物的锂电池的混合电解质设计
本公开涉及一种锂离子电池，并且更具体地涉及用于减少锂离子电池中的放气的部件。
技术介绍
常规的基于钛铌氧化物(TNO)的锂离子电池(诸如基于Ti2Nb10O29的电池和基于TiNb2O7的电池)使用液体电解质。在某些条件(诸如异常的电压和温度)下，TNO电池中的液体电解质有时由于液体电解质还原而在活性材料的界面层处产生反应以释放气体。一些放气可在带有液体电解质的常规TNO电池单元中发生。放气的速率和量受各种参数影响，所述参数包括电解质溶剂类型、电解质溶质类型、电解质中的微量水、温度以及电池的荷电状态。可能发生放气的主要区域位于TNO-电解质界面层处。为了解决放气，可向电解质添加添加剂，然而，这些添加剂可能是昂贵的并且可能降低电池单元性能。此外，尽管已经提出TNO上的碳或陶瓷涂层和对电解质的有机添加剂来有助于减少界面层处的放气，但是在某些条件下，所述涂层和添加剂可能不那么有效。
技术实现思路
根据一个或多个实施例，一种锂离子电池包括：阳极，所述阳极包括被配置为在钛铌氧化物(TNO)颗粒与固体电解质颗粒之间形成界面层的所述TNO颗粒和所述固体电解质颗粒；阴极，所述阴极包括活性材料、电子导电体和非固体电解质；以及离子导电且液体不可渗透的固体电解质隔板。所述固体电解质隔板与所述阳极和所述阴极直接接触并位于所述阳极与所述阴极之间，并且被配置为通过使所述非固体电解质与所述TNO颗粒隔离来防止所述非固体电解质的还原。根据至少一个实施例，所述固体电解质隔板相对于所述非固体电解质可以是不可渗透的。在一些实施例中，所述阳极还可包括碳。在一个或多个实施例中，所述TNO材料颗粒可以是还原的TNO。在一些实施例中，所述固体电解质颗粒可以是聚合物电解质颗粒。在至少一个实施例中，所述固体电解质隔板可以是聚合物电解质隔板。在又一些其他实施例中，所述固体电解质颗粒和所述固体电解质隔板可以是聚合物电解质。在一个或多个实施例中，所述非固体电解质可以是液体电解质。在其他实施例中，所述非固体电解质可以是凝胶电解质。根据一个或多个实施例，一种电池包括：离子导电且液体不可渗透的固体电解质隔板；以及在所述隔板的相反侧上并与所述隔板直接接触的阳极和阴极。所述阴极包括活性材料和非固体电解质，并且所述阳极包括还原的钛铌氧化物(TNO)颗粒和固体电解质颗粒。所述隔板被布置成隔离所述TNO颗粒以防止所述非固体电解质的还原。根据至少一个实施例，所述固体电解质可以是聚合物电解质。在一个或多个实施例中，所述固体电解质可以是无机电解质。在其他实施例中，所述固体电解质可以是硫化物电解质。在一些实施例中，所述固体电解质隔板可以是聚合物电解质。根据一个或多个实施例，所述固体电解质隔板相对于所述非固体电解质可以是不可渗透的。在某些实施例中，所述非固体电解质可以是液体电解质。根据一个或多个实施例，一种形成锂离子电池的方法包括：提供具有钛铌氧化物(TNO)颗粒和固体电解质颗粒的阳极；提供包括非固体电解质的阴极；以及与所述阳极和所述阴极直接接触并位于所述阳极与所述阴极之间的离子导电且液体不可渗透的固体电解质隔板通过使所述非固体电解质与所述TNO颗粒隔离来防止所述非固体电解质的还原。根据至少一个实施例，所述固体电解质颗粒可以是聚合物电解质。在一个或多个实施例中，所述固体电解质颗粒和所述固体电解质隔板可以是聚合物电解质、硫化物电解质或氧化物电解质。在至少一个实施例中，所述非固体电解质可以是液体电解质。附图说明图1A是根据一个实施例的混合电池单元设计的横截面的示意图；图1B是图1A的混合电池单元设计的阳极的示意图；图2A是根据另一个实施例的混合电池单元设计的横截面的示意图；并且图2B是图2A的混合电池单元设计的阳极的示意图。具体实施方式根据需要，本文公开了本专利技术的详细实施例；然而，应当理解，所公开的实施例仅仅是可以各种形式和替代形式体现的本专利技术的示例。附图不一定按比例绘制；一些特征可被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文中公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而是仅应解释为用于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。根据本公开的实施例，提供了一种混合电池单元。所述混合电池单元包括具有非固体电解质的阴极、具有固体电解质的阳极以及所述阴极与所述阳极之间的固体电解质隔板。所述固体电解质可以是聚合物电解质。所述固体电解质隔板可以是无机、硫化物或聚合物固体电解质隔板。所述非固体电解质可以是液体或凝胶电解质。所述固体电解质隔板是不可渗透的，使得所述非固体电解质与所述阳极钛铌氧化物(TNO)材料隔离并保持隔开，因此防止所述非固体电解质在所述阳极TNO材料的表面处还原，以减少所述电池单元中的放气。参考图1A和图1B，示出了根据一个实施例的混合电池单元100。混合电池单元100包括阳极110和阴极120、以及在阳极110与阴极120之间的固体电解质隔板130。阳极110和阴极120中的每一者分别包括集电器140、150。在一个实施例中，阳极110是钛铌氧化物(TNO)颗粒112、固体电解质颗粒114和碳颗粒116的复合物。TNO颗粒可以是Ti2Nb10O29颗粒和TiNb2O7颗粒。尽管示出为碳颗粒，但在其他实施例(未示出)中，阳极可以是TNO颗粒112和固体电解质颗粒114的复合物。固体电解质隔板130和固体电解质颗粒114的固体电解质可以是无机固体电解质、硫化物、聚合物电解质或它们的组合。由任何固体电解质材料形成的隔板足够致密并且由避免非固体电解质穿过隔板从阴极渗透的材料形成，因此防止非固体电解质与阳极颗粒表面接触。阴极120包括活性材料122和电解质124。在一些实施例中，阴极120可包括碳(未示出)。阴极120的电解质124是非固体电解质，诸如但不限于液体电解质或聚合物凝胶电解质。在一个实施例中，液体电解质可包括锂盐和有机溶剂。锂盐的示例可包括但不限于LiPF6、LiBF4、LiClO4或它们的混合物。合适的有机溶剂可包括但不限于碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)或它们的混合物。然而，任何合适的锂盐和有机溶剂组合可用于阴极中的非固体电解质。在常规的锂离子电池单元循环期间，非固体电解质可渗透穿过隔板并与活性材料发生反应，以引起电池单元中的放气。阴极120的非固体电解质124通过固体电解质隔板130与阳极110的TNO112隔开，所述固体电解质隔板130相对于非固体电解质124是不可渗透的。这样，根据本公开的一个或多个实施例，使TNO颗粒112与非固体电解质隔离，并且因此，防止了非固体电解质的还原。通过防止非固体电解质在TNO颗粒112表面处还原，消除或减少了混合电池单元100中的放气。因此，混合电池设计允许基于TNO的锂离子电池更适合于高温环境，诸如例如汽车发动机罩内部。根据另一个实施例，如图2A和图2B所示，示出了混合电池单元200。混合电池单元200包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池，其包括：/n阳极，所述阳极包括被配置为在钛铌氧化物(TNO)颗粒与固体电解质颗粒之间形成界面层的所述TNO颗粒和所述固体电解质颗粒；/n阴极，所述阴极包括活性材料、电子导电体和非固体电解质；以及/n离子导电且液体不可渗透的固体电解质隔板，所述离子导电且液体不可渗透的固体电解质隔板与所述阳极和所述阴极直接接触并位于所述阳极与所述阴极之间，并且被配置为通过使所述非固体电解质与所述TNO颗粒隔离来防止所述非固体电解质的还原。/n

【技术特征摘要】
20190708 US 16/505,3351.一种锂离子电池，其包括：
阳极，所述阳极包括被配置为在钛铌氧化物(TNO)颗粒与固体电解质颗粒之间形成界面层的所述TNO颗粒和所述固体电解质颗粒；
阴极，所述阴极包括活性材料、电子导电体和非固体电解质；以及
离子导电且液体不可渗透的固体电解质隔板，所述离子导电且液体不可渗透的固体电解质隔板与所述阳极和所述阴极直接接触并位于所述阳极与所述阴极之间，并且被配置为通过使所述非固体电解质与所述TNO颗粒隔离来防止所述非固体电解质的还原。


2.如权利要求1所述的锂离子电池，其中所述固体电解质隔板相对于所述非固体电解质是不可渗透的。


3.如权利要求1所述的锂离子电池，其中所述阳极还包括碳。


4.如权利要求1所述的锂离子电池，其中所述TNO颗粒是还原的TNO。


5.如权利要求1所述的锂离子电池，其中所述固体电解质颗粒是聚合物电解质颗粒。


6.如权利要求1所述的锂离子电池，其中所述固体电解质隔板是聚合物电解质隔板。


7.如权利要求1所述的锂离子电池，...

【专利技术属性】
技术研发人员：文卡塔拉马尼·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