作为电解质和电极保护层的硼硅酸锂玻璃制造技术

公开了硼硅酸锂组合物，其基本上由氧化锂与氧化硅和氧化硼结合的体系组成，其中基于锂、硼和硅的总原子百分比所述硼硅酸锂包含在70至83原子％之间的锂，且其中所述硼硅酸锂是玻璃。玻璃。

【技术实现步骤摘要】
作为电解质和电极保护层的硼硅酸锂玻璃
[0001]本申请是申请日为2017年06月12日、申请号为201780037158.8并且专利技术名称为“作为电解质和电极保护层的硼硅酸锂玻璃”的专利技术专利申请的分案申请。
专利

[0002]本专利技术涉及硼硅酸锂电解质和包含该硼硅酸锂电解质的电池。
[0003]专利技术背景
[0004]本专利技术涉及硼硅酸锂玻璃组合物，其基本上由氧化锂与氧化硅和/或氧化硼结合的体系组成，并优选地基本上由氧化锂、氧化硅和氧化硼的三元体系组成。Ren等人在Journal of the American Ceramic Society，98[12](2015)3603
‑
3623中限定了对于如果将在固态电池中使用的电解质而言所需要的一系列特性。电解质应该具有在室温下高的锂离子传导率、可忽略的电子传导率(锂离子迁移数接近于一(unity))、宽的电化学窗口、和对于相邻电极的稳定性。此外，如果将锂用作阳极，则电解质必须是对锂稳定的。
[0005]表现出这些特性中一些的固态电解质的一个实例是锂磷氧氮化物(LiPON)。当与锂金属接触时其表现出高的稳定性，其具有充分宽的电化学窗口和可忽略的电子传导率。这使其成功地用于薄膜固态电池中。
[0006]固态电池发展中的显著挑战是可被用来替代LiPON的新的固态电解质的确定。具有所需要特性的新的电解质的确定既不是简单的也不是可预测的。此外，具有固态电解质的所期望结构和离子传导率的材料当在固态电池装置中工作时可不必然证明是稳定的。
[0007]这限制了用于固态电池的新的电解质材料的设计并且导致材料设计的试错途径。已经提出了需要进一步研究以便更好地理解在不同种类锂离子导体中存在的趋势和机制以促进先进锂离子导体的设计。(Bachman等人，Chemical Reviews，116(2016)140
‑
162。
[0008]具有组成Li
0.78
B
0.11
Si
0.11
和Li
0.77
B
0.18
Si
0.05
的硼硅酸锂化合物以及Li
0.78
B
0.06
Si
0.16
的氮掺杂变体已经公开于WO2015/104540，Vapour Deposition Method for Preparing Amorphous Lithium Containing Compounds中。根据目前公开内容的实施方案合成了材料。离子传导率为3.2
×
10
‑6S/cm并且该材料显示为无定形的。制备了包含硼硅酸锂电解质、锂锰氧化物(LMO)阴极和氧化锡(SnO2)阳极的固态电池。该公开内容没有提供关于电化学稳定性随电势变化或当与锂接触时或在具有锂阳极的固态电池装置中工作时的电化学稳定性和反应性的任何教导。如Bachman等人提出的，不可基于其结构和离子传导率预测硼硅酸锂特定组成的行为。
[0009]专利技术概述
[0010]根据本专利技术的第一方面，提供了电极，其包含电极活性材料；其中用硼硅酸锂组合物改性所述电极的表面，其中该硼硅酸锂组合物基本上由氧化锂与氧化硅和氧化硼结合的体系组成，其中基于锂、硼和硅的总原子百分比所述硼硅酸锂包含在70至83原子％之间的锂，且其中所述硼硅酸锂是玻璃。
[0011]根据本专利技术的第二方面，提供了电池，其包含正电极、负电极、和在所述正电极和所述负电极之间的电解质，其中用硼硅酸锂组合物改性该正电极和/或该负电极的表面，其
中该硼硅酸锂组合物基本上由氧化锂与氧化硅和氧化硼结合的体系组成，其中基于锂、硼和硅的总原子百分比所述硼硅酸锂包含在70至83原子％之间的锂，且其中所述硼硅酸锂是玻璃。
[0012]根据本专利技术的第三方面，提供了电池，其包含正电极、负电极、和在所述正电极和所述负电极之间的电解质，其中所述负电极包含锂，其中所述电解质是硼硅酸锂组合物，其中该硼硅酸锂组合物基本上由氧化锂与氧化硅和氧化硼结合的体系组成，其中基于锂、硼和硅的总原子百分比所述硼硅酸锂包含在70至83原子％之间的锂，且其中所述硼硅酸锂是玻璃。
[0013]根据本专利技术的第四方面，提供了电池，其包含正电极、负电极、和在所述正电极和所述负电极之间的电解质，其中所述电解质是硼硅酸锂组合物，其中该硼硅酸锂组合物基本上由氧化锂与氧化硅和氧化硼结合的体系组成，其中基于锂、硼和硅的总原子百分比所述硼硅酸锂包含在70至83原子％之间的锂，且其中所述硼硅酸锂是玻璃，且其中所述电池具有小于0.5μAh的完全充电容量。
[0014]根据本专利技术的第五方面，提供了电池，其包含正电极、负电极、和在所述正电极和所述负电极之间的电解质，其中所述正电极包含选自以下的正电极活性材料：LiCoPO4、LiNi
0.5
Mn
1.5
O4、LiMnPO4、LiCoO2、LiNi
1/3
Mn
1/3
Co
1/3
O2、LiFePO4、LiNiPO4、Li2NiPO4F、Li2CoPO4F、LiMnPO4F、Li2CoSiO4、Li2MnSiO4、FeF3、LiMn
0.8
Fe
0.1
Ni
0.1
PO4、Li1‑
x
VOPO4、和Li2FePO4F，且其中所述电解质是硼硅酸锂组合物，其中该硼硅酸锂组合物基本上由氧化锂与氧化硅和氧化硼结合的体系组成，其中基于锂、硼和硅的总原子百分比所述硼硅酸锂包含在70至83原子％之间的锂，且其中所述硼硅酸锂是玻璃。
[0015]根据本专利技术的第六方面，提供了电池，其包含：正电极层、负电极层、在所述正电极层和所述负电极层之间的电解质层，和在所述正电极层和所述电解质层之间和/或在所述负电极层和所述电解质层之间的硼硅酸锂组合物的层，其中该硼硅酸锂组合物基本上由氧化锂与氧化硅和氧化硼结合的体系组成，其中基于锂、硼和硅的总原子百分比所述硼硅酸锂包含在70至83原子％之间的锂，且其中所述硼硅酸锂是玻璃。
[0016]根据本专利技术的第七方面，提供了电池，其包含：包含正电极活性材料颗粒的复合正电极层、负电极层、在所述正电极层和所述负电极层之间的电解质层、和涂覆所述正电极活性材料颗粒和/或在所述负电极层和所述电解质层之间的硼硅酸锂组合物的层，其中该硼硅酸锂组合物基本上由氧化锂与氧化硅和氧化硼结合的体系组成，其中基于锂、硼和硅的总原子百分比所述硼硅酸锂包含在70至83原子％之间的锂，且其中所述硼硅酸锂是玻璃。
[0017]根据本专利技术的第八方面，提供了硼硅酸锂组合物，其基本上由氧化锂与氧化硅和氧化硼结合的体系组成，其中所述硼硅酸锂组合物包含基于锂、硼和硅的总原子百分比在81至83原子％之间的锂，且其中所述硼硅酸锂组合物是玻璃。
[0018]根据本专利技术的第九方面，提供了制作根据本专利技术第八方面的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.电池，包含正电极、负电极、和在所述正电极和所述负电极之间的电解质，其中所述负电极包含锂，其中所述电解质是硼硅酸锂组合物，其中该硼硅酸锂组合物基本上由氧化锂与氧化硅和氧化硼结合的体系组成，其中基于锂、硼和硅的总原子百分比所述硼硅酸锂包含在79至83原子％之间的锂，且其中所述硼硅酸锂是玻璃。2.电池，包含正电极、负电极、和在所述正电极和所述负电极之间的电解质，其中所述电解质是硼硅酸锂组合物，其中该硼硅酸锂组合物基本上由氧化锂与氧化硅和氧化硼结合的体系组成，其中基于锂、硼和硅的总原子百分比所述硼硅酸锂包含在79至83原子％之间的锂，且其中所述硼硅酸锂是玻璃，且其中所述电池具有小于0.5μAh的完全充电容量。3.电池，包含正电极、负电极、和在所述正电极和所述负电极之间的电解质，其中所述正电极包含选自以下的正电极活性材料：LiCoPO4、LiNi
0.5
Mn
1.5
O4、LiMnPO4、LiMn2O4、LiCoO2、LiNi
1/3
Mn
1/3
Co
1/3
O2、LiFePO4、LiNiPO4、Li2NiPO4F、Li2CoPO4F、LiMnPO4F、Li2CoSiO4、Li2MnSiO4、FeF3、LiMn
0.8
Fe
0.1
Ni
0.1
PO4、Li1‑
x
VOPO4和Li2FePO4F，且其中所述电解质是硼硅酸锂组合物，其中该硼硅酸锂组合物基本上由氧化锂与氧化硅和氧化硼结合的体系组成，其中基于锂、硼和硅的总原子百分比所述硼硅酸锂包含在79至83原子％之间的锂，且其中所述硼硅酸锂是玻璃，并且其中该负电极包含负电极活性材料，该负电极活性材料为锂。4.电池，包含正电极、负电极、和在所述正电极和所述负电极之间的电解质，其中所述正电极包含选自以下的正电极活性材料：LiCoPO4、LiMnPO4、LiFePO4、LiNiPO4、Li2NiPO4F、Li2CoPO4F、LiMnPO4F、Li2CoSiO4、Li2MnSiO4、FeF3、LiMn
0.8
Fe
0.1
Ni
0.1
PO4、Li1‑
x
VOPO4和Li2FePO4F，且其中所述电解质是硼硅酸锂组合物，该硼硅酸锂组合物基本上由氧化锂与氧化硅和氧化硼结合的体系组成，其中基于锂、硼和硅的总原子百分比所述硼硅酸锂包含在79至83原子％之间的锂，且其中所述硼硅酸锂是玻璃。5.电池，包含正电极、负电极、和在所述正电极和所述负电极之间的电解质，其中所述正电极包含具有式Li
x
M
y
N
z
O的正电极活性材料，其中M选自Ni、V和Co，且N是不同于M的杂原子物质，选自Ni、V、Co和P，且其中所述电解质是硼硅酸锂组合物，该硼硅酸锂组合物基本上由氧化锂与氧化硅和氧化硼结合的体系组成，其中基于锂、硼和硅的总原子百分比所述硼硅酸锂包含在79至83原子％之间的锂，且其中所述硼硅酸锂是玻璃。6.权利要求1
‑
5中任一项的电池，其中所述硼硅酸锂组合物由氧化锂、氧化硅和氧化硼的三元体系组成，其中基于锂、硼和硅的总原子百分比所述硼硅酸锂包含在79至83原子％之间的锂，且其中所述硼硅酸锂是玻璃。7.权利要求1
‑
5中任一项的电池，其中所述硼硅酸锂组合物包含基于锂、硼和硅的总原子百分比在81至83原子％之间的锂。8.权利要求1
‑
5中任一项的电池，其中所述硼硅酸锂组合物包含基于锂、硼和硅的总原子百分比在7.5至15原子％之间的硼。9.权利要求1
‑
5中任一项的电池，其中所述硼硅酸锂组合物包含基于锂、硼和硅的总原
子百分比在6至17原子％之间的硅。10.权利要求1
‑
5中任一项的电池，其中所述电池是锂离子二次电池。11.权利要求1或2的电池，其中所述正电极包含选自以下的正电极活性材料：LiCoPO4、LiNi
0.5
Mn
1.5
O4、LiMnPO4、LiMn2O4、LiCoO2、LiNi
1/3
Mn
1/3
Co
1/3
O2、LiFePO4、LiNiPO4、Li2NiPO4F、Li2CoPO4F、LiMnPO4F、Li2CoSiO4、Li2MnSiO4、FeF3、LiMn
0.8
Fe
0.1
Ni
0.1
PO4、Li1‑
x
VOPO4和Li2FePO4F。12.权利要求2
‑
5中任一项的电池，其中所述负电极包含选自以下的负电极活性材料：锂、硅、锡、镁、铝、锑和碳。13.权利要求2、4或5的电池，其中该负电极活性材料是锂。14.权利要求2的电池，其中所述电池是不含锂的电池。15.权利要求1或2的电池，其中所述正电极...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：爱利卡技术有限公司，
类型：发明
国别省市：