烧结助剂混合物、固态离子导体及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种用于烧结用于固态电池的固态离子导体、电极材料等的烧结助剂混合物，该烧结助剂混合物包含至少一种溶胶

【技术实现步骤摘要】
烧结助剂混合物、固态离子导体及其制造方法


[0001]本专利技术涉及一种用于烧结用于固态电池的固态离子导体、电极材料等的烧结助剂混合物。
[0002]本专利技术还涉及一种固态离子导体。
[0003]本专利技术还涉及一种用于制造用于固态电池的固态离子导体、电极材料等的方法。
[0004]本专利技术还涉及烧结助剂混合物在烧结用于固态电池的固态离子导体、电极材料等时用来降低烧结温度的用途。

技术介绍

[0005]尽管一般适用于任意固态电池，但将参考固态锂电池来解释本专利技术。
[0006]固态锂电池基于借助固态电解质以锂离子形式传导电荷载体。例如，可以通过基于氧化物的陶瓷材料，例如锂
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镧
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锆氧化物LLZO或锂
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铝
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钛
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磷酸酯LATP来实现锂离子的提供。
[0007]在固态锂电池的制造中已知的是，以粉末形式提供基于氧化物的陶瓷材料，然后其通过随后的压制、泥浆浇铸或薄膜浇铸或另一陶瓷成型过程引入随后的电池部件、例如隔膜、阴极等的多孔型坯(生坯)。在生坯中彼此相邻的粉末颗粒之间的界面上，在离子传导过程中会出现过渡电阻，这降低了如此制造的电池部件的整体导电性。
[0008]为了降低如此产生的过渡电阻或界面电阻并因此再次提高电池部件的整体导电性，进一步已知的是，烧结电池部件的由陶瓷成型过程产生的型坯。相应的烧结过程在此需要高于约850℃的温度，尤其如果生坯包含陶瓷材料。此外，为了产生致密的烧结体，或者通常为了控制烧结过程的性质，可以添加烧结添加剂。
[0009]此外，在制造固态锂电池的阴极时，使用诸如镍锰钴氧化物或锂锰钴氧化物或基于碳化合物，例如基于导体炭黑、石墨等的电子导体。然而，它们对温度很敏感，并且会被上述高于约850℃的烧结温度损坏。
[0010]另一个问题是，在高烧结温度下，含锂化合物会蒸发，这又会降低电池部件的导电性。如果还使用无锂烧结添加剂，则上述效应会更大程度地出现。
[0011]已知的基于氧化物的烧结添加剂、例如由无机锂盐制成的基于氧化物的烧结添加剂，确实可以降低烧结过程所需的温度，但不足以避免对电池部件的损坏。这种基于氧化物的烧结助剂例如从US 2011/0177397 A1中获知。其它烧结助剂例如从KR 2017/0034581 A或CN 109037759 A中获知。
[0012]此外已知的是，使用低熔点烧结添加剂例如氟化物以降低烧结温度。然而，它们的缺点是它们在大多数情况下不是基于氧化物的。此外，已知的烧结助剂通常是易挥发的并且在分解过程中会形成不期望的气体。烧结过程也可能更难以控制。

技术实现思路

[0013]因此，本专利技术的一个目的是，提供一种烧结助剂混合物、一种固态离子导体和一种
用于制造固态离子导体的方法，其提供用于基于锂的材料的烧结过程所需的较低温度，尤其低于1100℃、特别优选低于850℃，并且同时提供具有高导电性的电池部件。本专利技术的另一个目的是提供替代的烧结助剂混合物、替代的固态离子导体和用于制造固态离子导体的替代方法。
[0014]在实施方式中，本专利技术通过一种用于烧结用于固态电池的固态离子导体、电极材料等的烧结助剂混合物实现上述目的，该烧结助剂混合物包含至少一种溶胶
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凝胶
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前体和/或由至少一种溶胶
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凝胶
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前体制造的至少一种溶胶
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凝胶
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初级物。
[0015]在另一实施方式中，本专利技术通过包括根据权利要求1
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6中任一项所述的烧结助剂混合物的固态离子导体、尤其锂离子导体实现上述目的。
[0016]在另一实施方式中，本专利技术通过一种用于制造用于固态电池的固态离子导体、电极材料等的方法实现上述目的，该方法包括通过使用根据权利要求1
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6中任一项所述的烧结助剂混合物的烧结方法。
[0017]在另一实施方式中，本专利技术通过根据权利要求1
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6中任一项所述的烧结助剂混合物在烧结用于固态电池的固态离子导体、电极材料等时用来将烧结温度降低至与不含烧结助剂的变型相比降低至少20℃、优选50℃、特别优选100℃的温度、尤其降低至低于1100℃、尤其低于1000℃、优选低于900℃、尤其低于840℃、优选低于800℃的温度的用途实现上述目的。
[0018]这些温度特别适用于作为固态锂离子导体材料的LLZO。对于LATP，预计会显著降低至低于700℃的更低的温度。
[0019]因此实现的优点之一是，可以降低基于锂的材料的烧结过程所需的温度，尤其其可以在低于1100℃、尤其低于1000℃、优选低于900℃、尤其低于850℃时执行，而不会显著降低烧结电池部件的导电性。另一个优点是，可以简单且成本上有利地提供烧结助剂混合物。因此实现的另一优点是，借助烧结助剂混合物可以显著提高烧结活性。尤其，因此可以使用较低的烧结温度，以实现与没有烧结助剂混合物的烧结相当的压缩和/或在相当的烧结温度下实现更大的压缩。
[0020]尤其，烧结助剂混合物的另一优点可以是，当在没有烧结助剂混合物的情况下烧结烧结体时，如果将烧结助剂混合物加入至烧结体，则通常为了获得烧结体的期望的压缩的烧结温度可以降低超过50℃、特别超过70℃、优选超过100℃、特别超过150℃、优选超过200℃、特别超过300℃。该烧结体因此具有期望的压缩。
[0021]换句话说，在实施方式中，本专利技术提供了一种烧结助剂混合物，与没有烧结助剂混合物的烧结的烧结体相比，在烧结体具有烧结助剂混合物并且同时具有相同的期望的压缩时，通常为了获得烧结体的期望的压缩的烧结温度能够实现烧结温度降低超过50℃、特别超过70℃、优选超过100℃、特别超过150℃、优选超过200℃、特别超过300℃。
[0022]尤其，烧结助剂混合物的另一优点可以是，当在没有烧结助剂混合物的情况下烧结烧结体时，如果将烧结助剂混合物加入至烧结体，则通常为了获得烧结体的期望的压缩的烧结温度可以降低超过5％、特别超过7.5％、优选超过10％、特别超过12.5％、优选超过15％、特别超过20
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25％。该烧结体因此具有期望的压缩。
[0023]换句话说，在实施方式中，本专利技术提供了一种烧结助剂混合物，与没有烧结助剂混合物的烧结的烧结体相比，在烧结体具有烧结助剂混合物并且同时具有相同的期望的压缩
时，通常用于获得烧结体的期望的压缩的烧结温度的降低能够实现超过5％、特别超过7.5％、优选超过10％、特别超过12.5％、优选超过15％、特别超过20
‑
25％。
[0024]术语“烧结助剂混合物”应以最广泛的意义来理解，并且尤其在权利要求中、优选在说明书中涉及一种或多种助剂、添加物和/或用于烧结方法的添加剂。尤其，烧结助剂混合物也可以仅具有一种成分。
[0025]术语“溶胶
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种烧结助剂混合物，所述烧结助剂混合物用于烧结用于固态电池的固态离子导体、电极材料等，所述烧结助剂混合物包括至少一种溶胶
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凝胶
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前体和/或由至少一种溶胶
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凝胶
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前体制造的至少一种溶胶
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凝胶
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初级物。2.根据权利要求1所述的烧结助剂混合物，其中所述溶胶
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凝胶
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初级物以粉末形式存在，优选地，其中所述溶胶
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凝胶
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初级物作为至少两种溶胶
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凝胶
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前体的化学计量混合物被制造。3.根据权利要求1
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2中任一项所述的烧结助剂混合物，其中所述至少一种溶胶
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凝胶
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前体和/或所述由至少一种溶胶
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凝胶
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前体制造的至少一种溶胶
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凝胶
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初级物含锂。4.根据权利要求1
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3中任一项所述的烧结助剂混合物，其中所述至少一种溶胶
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凝胶
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前体不含无机阴离子和/或非氧化阴离子，优选地，其中所述至少一种溶胶
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凝胶
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前体至少具有
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【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：肖特股份有限公司，
类型：发明
国别省市：