用于固态电池的均匀的有机-陶瓷复合材料制造技术

本发明专利技术涉及用于固态电池的均匀的有机

【技术实现步骤摘要】
用于固态电池的均匀的有机
‑
陶瓷复合材料


[0001]本公开内容总体上涉及电化学电芯，更特别地涉及用于固态锂电池的固态电解质。

技术介绍

[0002]固态电解质在二次电池设计中提供许多优势，包括机械稳定性、没有挥发性和易于构造。具有高离子传导率的典型的无机固态电解质是在电池循环之后由于与电极材料不充分接触而可失效的硬质材料。聚合物和其它有机固态电解质由于它们的“软”属性而克服循环中的接触失效。令人遗憾的是，这些电解质典型地表现出差的离子传导率。
[0003]基于Li离子摇椅(rocking chair)机制的电池在电化学还原过程中将Li
+
离子嵌入活性材料中并在电化学氧化过程中脱出Li
+
离子。Li
+
离子的重复嵌入和脱出引起电解质和电极材料的体积改变。在液体电解质电池的情况下，活性材料的体积改变对电解质随时间传输Li
+
离子的能力影响很小。然而，在固态电池的情况下，固体电解质经受机械应力并随着固体电解质层的开裂而物理分解。电解质的开裂通过固体电解本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.固态电解质，包含以下的组合：包含锂离子的硬无机电解质；和多种软电解质(SE)，其中所述多种SE具有的熔融温度低于所述多种SE中包括的最高熔点SE的熔融温度，并且其中所述多种SE均匀分散在所述固态电解质中。2.根据权利要求1所述的固态电解质，其中所述硬无机电解质包含：至少一种选自包含Li3PS4、Li7P3S
11
、Li
10
GeP2S
11
和xLi2S
·
yP2S5·
(100
‑
x
‑
y)LiX的组的硫代磷酸锂(LPS)，其中X是I、Cl或Br，x和y为约33％至约50％的质量％，且x+y为约75％至100％；和/或至少一种NASICON
‑
型Li离子电解质。3.根据权利要求2所述的固态电解质，其中所述NASICON
‑
型Li离子电解质包含Li
1.3
Al
0.3
Ti
1.7
(PO4)3(LATP)、Li
1+x+γ
Al
x
Ti2‑
x
Si
γ
P3‑
γ
O
12
、LiNi
0.6
Co
0.2
Mn
0.2
O2、Li
0.33
La
0.55
TiO3(LLTO)、Li
9.54
Si
1.74
P
1.44
S
11.7
Cl
0.3
、或它们的任何组合。4.根据权利要求1所述的固态电解质，其中所述多种SE包含两种或更多种SE，所述SE包含：具有以下结构的铵或磷离子：[(CR1R2)
n
]
w
Z(R3)4‑
2w+
其中：n独立地为4至6；w是0至2；R3基团独立地为C1‑
C8烷基或C6‑
C
14
芳基并为未取代的或用氟、烷基、部分或全氟化的烷基、烷氧基、部分或全氟化的烷氧基、苯基、部分或全氟化的苯基、苯氧基或者部分或全氟化的苯氧基一次或多次取代的，并且其中任何烷基或烷氧基基团是线性、支化或环状的；和R1和R2基团独立地为氢、C1‑
C8烷基、C1‑
C8烷氧基、C6‑
C
14
芳基或C6‑
C
14
芳氧基并为未取代的或用氟、烷基、部分或全氟化的烷基、烷氧基、部分或全氟化的烷氧基、苯基、部分或全氟化的苯基、苯氧基或者部分或全氟化的苯氧基一次或多次取代的，并且其中任何烷基或烷氧基基团是线性、支化或环状的；和选自以下的闭合型硼烷阴离子：CB
11
H
12
‑
、CB9H
10
‑
、B
12
H
122
‑
或C
y
B
a
‑
y
H
a
‑
z
X
z(y
‑
2)
其中：y为0或1；当y为0时a是12且当y为1时a是10或12；z为0至a；和X独立地为卤素、烷基、烷氧基、芳基、烷芳基、芳烷基和/或芳氧基取代基，并且其中烷基基团可为线性、支化或环状的，并且其中任何取代基可为部分或完全氟化的、或它们的任何组合。5.根据权利要求1所述的固态电解质，其中所述多种SE占所述组合的5至70％。6.根据权利要求1所述的固态电解质，其中所述多种SE还包含以下结构的闭合型硼酸锂：LiCB
11
H
12
、LiCB9H
10
、Li2B
12
H
12
或Li
(2
‑
y)
(C
y
B
a
‑
y
H
a
‑
z
X
z
)其中：y为0或1；
当y为0时a是12且当y为1时a是10或12；z为0至a；和X独立地为卤素、烷基、烷氧基、芳基、烷芳基、芳烷基和/或芳氧基取代基，并且其中烷基基团可为线性、支化或环状的，并且其中任何取代基可为部分或完全氟化的、或它们的任何组合。7.根据权利要求1所述的固态电解质，其中所述多种SE是第一SE和至少一种第二SE的混合物，其中第一SE是所述多种SE的至少50摩尔％。8.根据权利要求1所述的固态电解质，其中多种SE包含以下至少一种：N
‑
甲基
‑
N,N
‑
二乙基
‑
N
‑
丙基铵(N1223)；N,N
‑
二乙基
‑
N
‑
甲基
‑
N
‑
(2
‑
甲氧基乙基)
‑
铵(DEME)；N,N,N
‑
三乙基
‑
N
‑
己基铵(N2226)；N
‑
乙基
‑
N,N
‑
二甲基
‑
N
‑
丁基铵(N4211)；1
‑
甲基
‑1‑
丙基吡咯烷(Pyr13)；N
‑
甲基
‑
N
‑
丙基哌啶(Pip13)；N
‑
甲基
‑
N
‑
(2
‑
甲氧基乙基)
‑
吡咯烷(Pyr12o1)；N
‑
甲基
‑
N
‑
乙基吡咯烷(Pyr12)；N
‑
甲基
‑
N
‑
丁基吡咯烷(Pyr14)；甲基三乙基磷(P1222)；甲基三丁基磷(P1444)；三乙基己基磷(P2226)；和三甲基异丙基磷(P111
i
4)。9.根据权利要求1所述的固态电解质，其中所述固态电解质具有至少80％的相对密度。10.锂电池，包含：阳极、阴极、和包含固态电解质的分隔体，其中所述固态电解质包含以下的组合：包含锂离子的硬无机电解质；和多种SE，其中所述多种SE具有的熔融温度低于所述多种SE中包括的最高熔点SE，并且其中所述多种SE均匀分散在所述固态电解质中。11.根据权利要求10所述的锂电池，其中所述硬无机电解质包含：至少一种选自包含Li3PS4、Li7P3S
11
、Li
10
GeP2S
11
和xLi2S
·
yP2S5·
(100
‑
x
‑
y)LiX的组的硫代磷酸锂(LPS)，其中X是I、Cl或Br，x和y为约33.3％至约50％的质量％，且x+y为约75％至100％；和/或至少一种NASICON
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：T，
申请(专利权)人：丰田自动车工程及制造北美公司，
类型：发明
国别省市：