用于制备电池的导电复合材料的方法以及导电复合材料技术

本发明专利技术涉及用于制备电池、尤其是固态电池等的导电复合材料的方法，所述方法包括以下步骤：提供可塑化的离子导电电解质基质，所述电解质基质包括：至少一种第一离子导电材料、尤其是导电盐，以及可塑化的基础材料、尤其是聚合物形式的可塑化的基础材料，和/或至少一种聚电解质；提供离子导电颗粒形式的第二离子导电材料；将离子导电颗粒引入到电解质基质中以制备所述离子导电颗粒和所述电解质基质的混合物；使混合物均匀化，其中利用均匀化装置借助于选自以下方法中的至少一种方法来将混合物均匀化：捏合、挤出和/或辊压。挤出和/或辊压。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制备电池的导电复合材料的方法以及导电复合材料


[0001]本专利技术涉及一种用于制备电池、尤其是固态电池等的导电复合材料的方法，所述方法包括以下步骤：
‑
提供可塑化的离子导电电解质基质，所述电解质基质包括：至少一种第一离子导电材料、尤其是导电盐，以及可塑化的基础材料，尤其是聚合物形式的可塑化的基础材料，和/或至少一种聚电解质，
‑
提供离子导电颗粒形式的第二离子导电材料，
‑
将所述离子导电颗粒引入到所述电解质基质中，以制备所述离子导电颗粒和所述电解质基质的混合物，以及
‑
使所述混合物均匀化。
[0002]本专利技术还涉及一种用于电池、尤其是固态电池等的导电复合材料。
[0003]本专利技术还涉及一种电池、尤其是固态电池，所述电池包括导电复合材料。
[0004]虽然本专利技术一般而言可应用任意的第一离子导电材料，但是参考双(三氟甲烷)磺酰亚胺锂，LiTFSI，作为第一离子导电材料来阐释本专利技术。
[0005]虽然本专利技术一般而言可应用任意的可塑化的基础材料，但是参考聚环氧乙烷作为可塑化的基础材料来阐释本专利技术。
[0006]虽然本专利技术一般而言可应用于任意的电池，但是参考锂离子电池或锂电池形式的电池来阐释本专利技术。

技术介绍

[0007]电池、尤其是锂离子电池应用于许多设备中，尤其是便携式设备，例如便携式计算机、智能手机等，以用于为其提供能量。同时，锂离子电池还用于电动车辆中，以便为驱动器供应能量。虽然已知的常规锂离子电池具有高能量密度，但是在汽车领域中，应用已知的锂离子电池可以进行的储能太低，而无法在续航里程和安全性方面与内燃发动机媲美。在车辆中的构造空间和重量方面对电池的规定限制了可能的储能容量。因为已知的锂离子电池已经接近其最大理论能量密度，所以进一步提高存储容量一方面仍受到非常大的限制，而另一方面(即使可以实现的话)也只能以非常高的成本来实现。

技术实现思路

[0008]因此本专利技术的目的是提供用于制备电池的导电复合材料的方法，导电复合材料以及具有导电复合材料的电池，它们具有高能量密度并且可以简单且成本低廉地制造或运行。
[0009]本专利技术的另一个目的是提供可替代的用于制备电池的导电复合材料的方法、可替代的导电复合材料以及可替代的具有导电复合材料的电池。
[0010]在另一个实施方式中，本专利技术通过用于制备电池、尤其是固态电池等的导电复合材料的方法实现了上述目的，所述方法包括以下步骤：
—提供可塑化的离子导电电解质基质，所述电解质基质包括：
‑
至少一种第一离子导电材料、尤其是导电盐以及尤其是聚合物形式的可塑化的基础材料，和/或
‑
至少一种聚电解质，—提供离子导电颗粒形式的第二离子导电材料，—将所述离子导电颗粒引入到所述电解质基质中用于制备所述离子导电颗粒和所述电解质基质的混合物，—使所述混合物均匀化，其方式为，利用均匀化装置借助于选自以下方法中的至少一种方法来将所述混合物均匀化：捏合、挤出和/或辊压。
[0011]在另一个实施方式中，本专利技术通过用于电池、尤其是固态电池等的导电复合材料实现了上述目的，所述导电复合材料优选利用根据权利要求1至16中任一项所述的方法制备，所述导电复合材料包括：可塑化的离子导电电解质基质，所述电解质基质
‑
包括至少一种可塑化的基础材料，至少一种第一离子导电材料、尤其是导电盐，和/或
‑
至少一种聚电解质，并且包括至少一种离子导电颗粒形式的第二离子导电材料，其中在所述电解质基质中的所述离子导电颗粒被均匀化，使得所有离子导电颗粒的至少90％、优选所有离子导电颗粒的至少95％彼此具有至少100nm、优选至少150nm、尤其至少175nm、优选至少200nm的最小距离，和/或基于所述电解质基质的总体积，所述离子导电颗粒的颗粒填充度为至少1体积％、优选至少1.5体积％、尤其至少2体积％。
[0012]在另一个实施方式中，本专利技术通过一种电池、尤其固态电池实现了上述目的，所述电池包括根据权利要求17至20中任一项所述的导电复合材料。
[0013]固态电池、也被称为固体电池，尤其是在本说明中、优选在权利要求书中应理解为其中电极还有电解质均由固态材料构成的蓄电池。
[0014]锂离子电池尤其是在本说明书中、优选在权利要求书中应理解为在电化学电池单元的所有三个相中都是基于锂化合物的蓄电池。
[0015]锂电池、又被称为后锂离子电池，尤其是在本说明中、优选在权利要求书中应理解为在负极中使用锂或后续材料作为活性材料的初级电池。
[0016]术语“聚电解质”尤其是在本说明中、优选在权利要求书中应理解为在每一个重复单元上携带离子可解离基团的聚合物。聚电解质可以分为多元酸和多元碱。在解离时在除去质子的情况下由无机或有机多元酸产生聚阴离子，由多碱产生聚阳离子。术语“聚电解质”还包括含有带电的金属络合物作为取代基的聚合物。
[0017]由此实现的优点之一是，可以显著提高导电复合材料的离子导电率，这进而可以提高电池的最大可能的功率容量。另一个优点是，制备方法可以简单且成本低廉地进行。与由现有技术中已知的方法不同，根据本专利技术实施方式的方法可以省去使用溶剂。由此产生了如下优点，即材料中没有存留溶剂残留物。
[0018]根据一个有利的改进方案，所述混合物在所述均匀化装置中被主动加热和/或冷却，以便在至少一个可预定的时间段提供至少一个基本上恒定的温度和所述电解质基质的塑性状态。主动加热或主动冷却的优点是，可以在均匀化过程中保持基本上恒定的混合物温度，这借助于所述方法改善了混合物的均匀化。
[0019]根据另一个有利的改进方案，在将所述离子导电颗粒引入到所述电解质基质中之前和/或期间，使所述电解质基质进入塑性状态并且借助于所述均匀化装置将其均匀化、尤其是将其捏合。其优点是，实现了使离子导电颗粒更快速且更均匀地分布在电解质基质中。
[0020]根据另一个有利的改进方案，在所述均匀化之前以颗粒形式提供所述电解质基质，并且进行所述混合物的颗粒的至少一个分散混合过程。由此实现的优点之一是，可以由此实现进一步改进所述混合物的均匀化。
[0021]根据另一个有利的改进方案，在比将所述混合物均匀化更低的温度下进行至少一个分散混合过程。其优点是，一方面节约能量，另一方面提供了颗粒的更均匀的混合物，这明显改进了导电复合材料的导电率。
[0022]根据另一个有利的改进方案，使所述混合物均匀化持续小于8小时、优选小于5小时、特别优选小于2小时、尤其小于1小时、优选小于0.5小时的时间段。由此在实现高的资源效率下同时实现了尽可能最好的均匀化。
[0023]根据另一个有利的改进方案，进行所述可塑化的基础材料的颗粒与所述离子导电颗粒的第一分散混合过程，以获得部分混合物，并且进行所述至少一种离子导电材料的颗粒与所述部分混合物的颗粒的第二分散混合过程。在此优点进而是以特别简单的方式借助于两个分散混合过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于制备电池、尤其是固态电池等的导电复合材料的方法，所述方法包括以下步骤：
‑
提供可塑化的离子导电电解质基质(S1)，所述电解质基质包括：
‑
至少一种第一离子导电材料、尤其是导电盐，以及可塑化的基础材料、尤其是聚合物形式的可塑化的基础材料，和/或
‑
至少一种聚电解质，
‑
提供离子导电颗粒形式的第二离子导电材料(S2)，
‑
将所述离子导电颗粒引入到所述电解质基质中，以制备所述离子导电颗粒和所述电解质基质的混合物(S3)，
‑
使所述混合物均匀化(S4)，其特征在于，利用均匀化装置借助于选自以下方法的至少一种方法来将所述混合物均匀化(S4)：捏合、挤出和/或辊压。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合物在所述均匀化装置中被主动加热和/或冷却，以便在至少一个可预定的时间段提供至少一个基本上恒定的温度和所述电解质基质的塑性状态。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在将所述离子导电颗粒引入到所述电解质基质中之前和/或期间，使所述电解质基质进入塑性状态并且借助于所述均匀化装置将其均匀化、尤其是将其捏合。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，使所述混合物均匀化持续小于8小时、优选小于5小时、特别优选小于2小时、尤其是小于1小时、优选小于0.5小时。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在所述均匀化之前以颗粒形式提供所述电解质基质，并且进行所述混合物的颗粒的至少一个分散混合过程。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在比将所述混合物均匀化更低的温度下进行至少一个抖动混合过程。7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，首先进行所述可塑化的基础材料的颗粒与所述离子导电颗粒的第一分散混合过程，以获得部分混合物，然后进行所述至少一种离子导电材料的颗粒与所述部分混合物的颗粒的第二分散混合过程。8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，以陶瓷颗粒、尤其是玻璃陶瓷颗粒的形式提供所述离子导电颗粒。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述陶瓷颗粒是基于具有选自以下列表中的至少一种物质的陶瓷来选择：
‑
P2O5，
‑
TiO2，
‑
Cr2O3，
‑
Al2O3，
‑
Ga2O3，
‑
Li2O，
‑
Fe2O3，
‑
GeO2，
‑
ZrO2，
‑
Ta2O5，
‑
Nb2O5，
‑
La2O3，
‑
SiO2，
‑
Gd2O3，
‑
Y2O3，
‑
B2O3，
‑
硫，
‑
卤化物，
‑
氮。10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，以基于锂的玻璃陶瓷颗粒的形式提供所述陶瓷颗粒。11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述基于锂的玻璃陶瓷颗粒包括以下离子导体中的至少一种：
‑
具有石榴石结构的离子导体，优选锂镧锆氧化物(LLZO)，
‑
具有钠超离子导体(NaSICon)结构的离子导体，优选锂铝钛磷酸盐(LATP)或锂铝锗磷酸盐(LAGP)或其混合氧化物，
‑
具有钙钛矿结构的离子导体，优选钛酸镧锂(LLT)，
‑
具有尖晶石结构的离子导体，和/或
‑
具有锂超离子导体(LiSICon)结构的离子导体，优选锗酸锂锌，并且提供包括聚环氧乙烷的可塑化的基础材料。12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，提供具有选自以下列表中的至少一种导电盐的所述第一离子导电的材料：
‑
磺酰亚胺的锂盐，优选LiN(FSO2)2(LiFSI)、LiN(SO2CF3)2(LiTFSI)和/或LiN(SO2C2F5)2(LiBETI)，
‑
LiAsF6，
‑
LiClO4，
‑
LiSbF6，
‑
LiPtCl6，
‑
LiAlCl4，
‑
LiGaCl4，
‑...

【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：