包括特殊多孔固态电解质泡沫的电池单元制造技术

本发明专利技术涉及一种电池单元(1)，其包括至少一个正极(2)、至少一个负极(3)及至少一个隔膜(4)，所述负极(2)包括：正极多孔固态电解质聚合物泡沫(5)，所述正极泡沫(5)包括至少一种锂盐；及位于所述正极泡沫(5)的孔(7)中的正极材料(6)，所述负极(3)包括：负极多孔固态电解质聚合物泡沫(8)，所述负极泡沫(8)包括至少一种锂盐；及位于所述负极泡沫(8)的孔(10)中的负极材料(9)。极材料(9)。极材料(9)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括特殊多孔固态电解质泡沫的电池单元


[0001]本专利技术涉及全固态电池领域。更具体地，本专利技术涉及一种包括至少一个正极和至少一个负极的全固态电池单元，两个电极中的每一个都包括多孔固态电解质聚合物泡沫。
[0002]本专利技术还涉及一种用于制造这种电池单元的方法。

技术介绍

[0003]通常，电池包括一个或多个正极、一个或多个负极、隔膜、阳极集流体及阴极集流体。
[0004]电池的性能取决于离子和电子传输特性。在全固态电池的情况下，电极规模下的离子传输通过由固态电解质(聚合物、聚合物+锂盐、无机物、杂化聚合物+无机物)形成的网络进行。为了使这样的电池处于工作状态，该网络被渗透，在电极整个体积形成离子传导路径，以确保离子向活性材料颗粒组件的传输或从活性材料颗粒组件的传输。
[0005]此外，在单元规模上寻求高能量密度，需要包括较大量材料的厚电极。
[0006]遇到的困难之一是确保固态电解质在电极混合物中的良好分布。电极越厚，实现这种分布的品质就越困难。
[0007]此外，由于电解质是在电极成型过程中直接添加，全固态电池应用使成分的分散变得复杂。在正极(称为阴极)中，固态电解质被称为阴极离子传导材料。在负极(称为阳极)中，固态电解质被称为阳极离子传导材料。
[0008]电解质的不良分布导致有效能和功率性能的降低，这与整个电极体积的离子传输(离子物质的供应和收集)以及电荷转移过程(离子向/从正极和负极的活性材料中嵌入/脱嵌)有关。
[0009]最后，电绝缘但离子传导的隔膜位于两个电极之间的界面处。在固态电解质电池的情况下，隔膜优选为无孔膜。阴极离子传导材料/隔膜和阳极离子传导材料/隔膜界面似乎是关键的。这是因为在这些界面可以观察到电阻。这些界面的电阻可以限制离子传输，从而限制电池的性能，但也代表了对耐久性至关重要的机械薄弱区。
[0010]专利EP 2 099 087描述了通过浸渍工艺用电极活性材料的前体填充多孔固态电解质的方法。
[0011]电极活性材料的溶液包括分散在溶剂中的磷酸盐或氧化物衍生物。一旦浸泡了结构，在温度下干燥使得可以蒸发溶剂，将材料留在电解质结构中。因此，多孔固态电解质由氧化物或磷酸盐组成。这种方法能够生产全固态单元。
[0012]专利EP 2 099 087专注于填充多孔固态电解质结构的方法，即制造单个电极。
[0013]另一方面，一旦电池组装好，不考虑电极的环境。这种电解质结构的优点是确保离子传输网络的渗透，以确保在充电和放电过程中离子物质的三维分布，并在整个电池结构中如此。
[0014]然而，该专利仅限于具有电荷转移过程的电极的规模以及同一电极体积内离子的分布。
[0015]因此，专利EP 2 099 087没有考虑电极的三维结构与隔离膜之间的界面。若该界面电阻过大，则其会阻碍离子物质的传输。该界面电阻具体取决于用作阴极离子传导材料、阳极离子传导材料和隔离膜的材料。材料的性质和组装过程可能会对该界面产生影响。
[0016]专利EP 2 099 087没有提及这些方面。然而，一种解决方案虽然在电极的规模上可能有效，但可能与完整的电池单元或完整的电池不相容。
[0017]而且，在专利EP 2 099 087中，并且如上所述，在相容的电极活性材料中仅提及氧化物和磷酸盐。
[0018]此外，专利EP 2 099 087描述了陶瓷固态电解质。所列举的电极具体选自“LLT”电极(Li
3x
La
2/3
‑
x
TiO3，其中，0≤x≤2/3)或“LAMP”电极(Li
1+x
Al
x
M2‑
x
(PO4)3，其中，0≤x≤1，M为四价过渡金属，如Ge、Ti、Zr)。所述电极也可能是基于铝石榴石的结构，或含有锂、镧、锆和氧的石榴石类型结构。
[0019]在专利EP 2 099 087中列举的这些不同的电极并不完全令人满意，特别是因为离子传输网络包括可以展现显著电阻的固体/固体界面。此外，陶瓷需要比聚合物材料冗长的成型方法。
[0020]因此，需要开发包括固态电解质的新电池单元，使得可以克服上述缺点。

技术实现思路

[0021]发现：包括特定正极、特定负极和隔膜的电池单元使得可以在界面处不具有任何电阻，同时确保整个电池的良好离子传输。
[0022]本专利技术因此提供了一种电池单元，其包括至少一个正极、至少一个负极及至少一个隔膜，
[0023]所述正极包括：
[0024]‑
正极多孔固态电解质聚合物泡沫，所述正极泡沫包括至少一种锂盐，以及
[0025]‑
正极材料，所述正极材料位于所述正极泡沫的孔中，
[0026]所述负极包括：
[0027]‑
负极多孔固态电解质聚合物泡沫，所述负极泡沫包括至少一种锂盐，以及
[0028]‑
负极材料，所述负极材料位于所述负极泡沫的孔中。
[0029]本专利技术进一步提供了一种电池，其包括至少一个根据本专利技术的电池单元。
[0030]本专利技术还涉及一种用于制造根据本专利技术的电池单元的方法。
[0031]规定本专利技术说明书中使用的表述“从
……
到
……”
应理解为包括所提到的界限中的每一个。
[0032]还规定，在下文中，“正极泡沫”和“正极聚合物泡沫”等表述等同于表述“正极多孔固态电解质聚合物泡沫”。
[0033]同样，在下文中，“负极泡沫”和“负极聚合物泡沫”等表述等同于表述“负极多孔固态电解质聚合物泡沫”。
[0034]而且，术语“在温度下干燥”在本专利技术的含义内应理解为意指在高于环境温度的温度下(并且在大气压力下)加热(因此具有干燥功能)，特别是在高于25℃的温度下加热。
[0035]如上所述，根据本专利技术的电池单元包括至少一个正极、至少一个负极和至少一个隔膜。
[0036]该隔膜通常是聚合物膜。
[0037]优选地，由所述正极、所述负极和所述隔膜形成的组件呈一体式结构的形式。
[0038]术语“一体式结构”在本专利技术的含义内应理解为意指单个结构，也就是说，其中没有正极/隔膜或负极/隔膜物理界面的结构。
[0039]此类结构的表征可以通过扫描电子显微镜法在样品的一部分上通过测量电导率/电阻率来完成。例如，当三个层之间没有分界时，可以观察到一体式结构。在这种情况下，没有与该界面相关的电阻，也没有电容现象。
[0040]如上所述，正极包括正极多孔固态电解质聚合物泡沫，并且负极包括负极多孔固态电解质聚合物泡沫。
[0041]有利地，所述正极泡沫和所述负极泡沫具有相同的化学性质，也就是说，用于正极泡沫中的所述聚合物和用于负极泡沫中的所述聚合物属于同一材料族。
[0042]优选地，该正极泡沫包括聚(环氧乙烷)。
[0043]有利地，该正极泡沫进一步包括聚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电池单元(1)，其包括至少一个正极(2)、至少一个负极(3)及至少一个隔膜(4)，所述负极(2)包括：
‑
正极多孔固态电解质聚合物泡沫(5)，所述正极泡沫(5)包括至少一种锂盐，以及
‑
正极材料(6)，所述正极材料位于所述正极泡沫(5)的孔(7)中，所述负极(3)包括：
‑
负极多孔固态电解质聚合物泡沫(8)，所述负极泡沫(8)包括至少一种锂盐，以及
‑
负极材料(9)，所述负极材料位于所述负极泡沫(8)的孔(10)中。2.如权利要求1所述的单元，其特征在于，所述正极泡沫(5)和所述负极泡沫(8)具有相同的化学性质。3.如权利要求1或2所述的单元，其特征在于，所述正极泡沫(5)包括聚(环氧乙烷)。4.如前述权利要求中任一项所述的单元，其特征在于，所述负极泡沫(8)包括聚(环氧乙烷)。5.如前述权利要求中任一项所述的单元，其特征在于，所述锂盐选自双(三氟甲烷磺酰基)亚胺锂、双(氟磺酰基)亚胺锂、六氟磷酸锂(LiPF6)、及其混合物。6.如前述权利要求中任一项所述的单元，其特征在于，所述隔膜(4)是包括聚(环氧乙烷)的聚合物膜。7.一种电池，其包括至少一个如前述权利要求中任一项所述的单元(1)。8.一种用于制造如权利要求1至6中任一项所述的电池单元(1)的方法，所述方法包括以下步骤：a)制造所述隔膜(4)；b)制备包括至少一种成孔剂、至少一种聚合物、至少一种锂盐及至少一种溶剂的第一混合物；c)将所述第一混合物涂覆在所述隔膜(4)的第一表面上，所述涂覆之后在温度下干燥以获得...

【专利技术属性】
技术研发人员：N，
申请(专利权)人：雷诺股份公司，
类型：发明
国别省市：