离子导电层及其形成方法技术

本发明专利技术提供了一种固体离子导电层，其可以包括泡沫基质和包括吸湿性材料的电解质材料。在一个实施例中，所述电解质材料可以包括基于卤化物的材料、基于硫化物的材料或它们的任意组合。在另一个实施例中，所述固体离子导电层可以包括占所述固体离子导电层的总体积的至少30体积％的总孔隙率。少30体积％的总孔隙率。少30体积％的总孔隙率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】离子导电层及其形成方法


[0001]以下涉及离子导电层及其形成方法，并且特别地涉及固体离子导电层及其形成方法。
[0002]相关技术说明
[0003]与常规锂离子电池相比，固态锂电池通过启用锂金属阳极，预期提供更高的能量密度和更快的充电时间，并减少安全问题。已经证明，使用固态电解质有助于改善锂金属阳极的性能。
[0004]本行业持续要求性能经改善的固态电池。
附图说明
[0005]通过参考附图，可以更好地理解本公开，并且让本公开的众多特征和优点对于本领域的技术人员显而易见。
[0006]图1包括根据本文一个实施例的离子导电层的横截面的图示。
[0007]图2包括根据本文另一个实施例的离子导电层的横截面图示。
[0008]图3包括根据本文另一个实施例的离子导电层的横截面图示。
[0009]图4包括根据本文另一个实施例的多层结构的横截面图示。
[0010]图5包括根据本文另一个实施例的多层结构的横截面图示。
[0011]图6包括根据本文一个实施例的多层结构的横截面图示。
[0012]图7包括根据本文一个实施例的过程的图示。
[0013]图8A至8D包括用于形成生坯层的过程的图示。
[0014]图9包括根据本文另一个实施例的过程的图示。
[0015]本领域的技术人员应当认识到，为简单和清楚起见，图中示出的各元件并不一定按比例绘制。例如，可相对于其他元件放大图中一些元件的尺寸，以帮助增进对本专利技术实施例的理解。在不同附图中，使用相同的参考符号来表示相似或相同的项。
具体实施方式
[0016]提供结合附图的以下描述以帮助理解本文所公开的教导内容。以下论述将集中于本教导内容的具体实施方式和实施例。提供该重点是为了帮助描述教导内容，并且不应该被解释为是对本教导内容的范围或适用性的限制。
[0017]如本文所用，术语“由...构成”、“包括”、“包含”、“具有”、“有”或其任何其他变型旨在涵盖非排他性的包含之意。例如，包含特征列表的工艺、方法、物件或设备不一定仅限于那些特征，而是可包括没有明确列出或这类工艺、方法、物件或设备所固有的其他特征。另外，除非另有明确说明，否则“或”是指包括性的“或”而非排他性的“或”。例如，以下任何一项均可满足条件A或B：A为真(或存在的)而B为假(或不存在的)、A为假(或不存在的)而B为真(或存在的)，以及A和B两者都为真(或存在的)。
[0018]采用“一个”或“一种”来描述本文所述的元件和部件。这样做仅是为了方便并且给
出本专利技术范围的一般性意义。除非很明显地另指他意，否则这种描述应被理解为包括一个或至少一个，并且单数也包括复数，或反之亦然。
[0019]除非另有定义，否则本文使用的所有技术术语和科技术语都与本专利技术所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同。材料、方法和实例仅是说明性的而非限制性的。
[0020]本文的实施例涉及包含离子导电材料的固体离子导电层。在实施例中，离子导电材料可以为电解质材料。电解质材料可以包括吸湿性材料。在特定情况下，电解质材料可以包括基于硫化物或基于卤化物的电解质材料，该电解质材料具有适用于固态电池(诸如固态锂离子电池)的应用的体离子电导率。在特定实施例中，固体离子导电层可以包括多孔结构(诸如泡沫基质)，该固体离子导电层包含电解质材料。在实施例中，离子导电层可以为进一步包含电子导电材料(诸如阳极或阴极活性材料)的复合层。在又一实施例中，离子导电层可以为电化学装置的部件。例如，离子导电层可以形成为包括阳极、阴极或它们的任意组合的复合层。在特定实施例中，电化学装置可以包括固态锂离子电池。
[0021]实施例进一步涉及形成固体离子导电层的方法。该方法可以允许形成多孔结构，该多孔结构包括通常是吸湿性的基于卤化物或基于硫化物的电解质材料。该方法可以进一步允许形成孔隙率和/或厚度受控的固体离子导电层，以适应固态电池的应用。
[0022]在一个实施例中，固体离子导电层可以包括包含电解质材料的泡沫基质。在一个方面，电解质材料可以嵌入泡沫基质中。在又一方面，电解质材料可以包括吸湿性材料。示例性吸湿性电解质材料可以包括基于卤化物的材料、基于硫化物的材料或它们的任意组合。在另一方面，泡沫基质可以包括吸湿性电解质材料。
[0023]在一个实施例中，泡沫基质可以包括基于卤化物的电解质材料，该电解质材料包含复合金属卤化物。在一个方面，复合金属卤化物可以由M3‑
δ
(Me
k+
)
f
X3‑
δ+k*f
(式I)表示，其中
‑
3≤δ<3；0≤f≤1；k为Me的化合价；并且2≤k<6。在一个特定方面，复合金属卤化物可以由M3‑
δ
Me k+
X3‑
δ+k
(式II)表示，其中
‑
0.95≤δ≤0.95。
[0024]M可以包括碱金属元素，该碱金属元素包括Li、Na、Rb、Cs、K或它们的任意组合。Me可以包括二价元素、三价元素、四价元素、五价元素、六价元素或它们的任意组合。在Me为元素组合的情况下，k可以为元素总价数的平均值。例如，当Me包括x摩尔的三价元素和y摩尔的四价元素时，k＝(3x+4y)/(x+y)。在该情况下，Me包括等摩尔量的三价元素和四价元素，k＝3.5。在更具体的情况下，k可以为3或4或5。X可以包括卤素。在某些情况下，X可以包括除卤素之外的阴离子基团。此类阴离子基团可以包括酰胺(
–
NH2)、氢氧化物(
‑
OH)、
‑
BF4、
‑
BH4(氢硼化物)或它们的组合。阴离子基团可以作为杂质或掺杂剂包含在内。在特定情况下，X可以由一种或多种卤素或者一种或多种卤素与阴离子基团的组合组成。
[0025]在特定情况下，M可以包括Li。在一种情况下，M可以包括Li和另一种碱金属元素。在另一个示例中，M可以由Li组成。在另一个示例中，M可以由Li、Na、Cs、Rb和K中的至少一者组成。在特定情况下，M可以由Li以及Cs和Na中的至少一者组成。
[0026]Me的又一个示例可以包括碱土金属元素(诸如Mg、Ca、Sr和/或Ba)、第12族元素(诸如Zn)或它们的任意组合。关于本公开中提到的元素的族，参考了2018年12月1日公布的IUPAC元素周期表。
[0027]在另一个示例中，Me可以包括一种或多种三价元素。例如，Me可以包括第13族元素(诸如In和/或Al)、第3族元素、稀土元素(诸如Sc、Y)和/或镧系元素或它们的任意组合。在
又一个示例中，Me可以包括一种或多种四价元素，诸如第4族元素(即Zr和/或Hf)、Sn，一种或多种五价元素，诸如第5族元素(即Nb和/或Ta)、Bi，或它们的任意组合。在一个特定示例中，Me可以包括稀土元素，诸如Y、Sc、La、Ce、Pr、N本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种固体离子导电层，其包括包含电解质材料的泡沫基质，所述电解质材料包括基于卤化物的材料。2.根据权利要求1所述的固体离子导电层，其中所述泡沫基质包含有机材料，其中所述有机材料的含量为占所述固体离子导电层的总体积的至少0.5体积％和至多50体积％。3.根据权利要求1所述的固体离子导电层，其中所述泡沫基质包含包括硅氧烷的聚合物。4.根据权利要求3所述的固体离子导电层，其包含嵌入所述泡沫基质内的铂。5.根据权利要求1所述的固体离子导电层，其中所述泡沫基质包括聚二甲基硅氧烷。6.根据权利要求1至5中任一项所述的固体离子导电层，其包含占所述泡沫基质的总重量的至少10ppm至至多1重量％的Pt。7.根据权利要求1所述的固体离子导电层，其中所述泡沫基质包含包括聚合物的有机材料，其中所述聚合物具有至多10的HLB数、至多20％的反应性值或它们的组合。8.根据权利要求1、2和7中任一项所述的固体离子导电层，其中所述泡沫基质包含包括聚合物的有机材料，所述聚合物包括环氧树脂、聚氨酯、聚(乙烯)、聚(环氧乙烷)或它们的组合。9.根据权利要求1、2和7中任一项所述的固体离子导电层，其中所述泡沫基质包含聚氯乙烯。10.根据权利要求1至5中任...

【专利技术属性】
技术研发人员：高木裕翔，李传平，王若凡，迈克尔，
申请(专利权)人：圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：