[發明專利]包括鋰金屬磷酸鹽的微切削加工電解質片材

有效

• 申請號: 201280047607.4
• 申請日: 2012-09-28
• 公開（公告）號: CN103843186B
• 公開（公告）日: 2019-09-27
• 發明（設計）人: M·E·波丁;I·杜塔;L·W·克斯特;X·李
• 申請（專利權）人: 康寧股份有限公司
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562;H01M2/14
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 郭輝

本發明涉及陶瓷鋰離子電解質膜及用于形成所述陶瓷鋰離子電解質膜的方法。所述陶瓷鋰離子電解質膜可包括至少一燒蝕邊緣。用于形成陶瓷鋰離子電解質膜的示例方法包括制造鋰離子電解質片材，并用燒蝕激光器切割所述制造的電解質片材的至少一邊緣。

本申請根據35U.S.C.§120要求2011年9月30日提交的美國申請系列13/249935的優先權，本文以該申請為基礎并將其全文通過引用結合于此。

公開領域

本發明涉及鋰離子電解質膜及用于形成所述鋰離子電解質膜的方法。在各種實施方式中，所述鋰離子電解質膜可包括至少一燒蝕邊緣。在其他實施方式中，用于形成鋰離子電解質膜的方法包括制造鋰離子電解質片材，以及用燒蝕激光器切割所述制造的電解質片材的至少一邊緣，以形成燒蝕邊緣。

背景

電解質膜是本領域普通技術人員已知的，例如可用于電池結構和燃料電池。例如，美國專利申請公開No.2009/0081512描述了基于鋯的陶電解質膜和通過激光器微切削加工技術來制備的相關方法。其它電解質膜材料基于鋰金屬磷酸鹽(“LMP”)如鋰鈦磷酸鹽(“LTP”)，并可包括其中部分鈦被鋁取代的LTP(“LATP”)。眾所周知，LMP電解質膜與基于鋯的電解質膜不同，且具有不同的性質。

例如，在某些應用中可能需要薄的LMP膜來改善與膜厚直接成比例的膜電導。常規的基于LMP的膜的導電率通常為5x10^-4西門子/厘米，且電導為約0.02西門子(S)。在某些應用中，需要電導為約0.05西門子如大于或等于約0.1西門子的膜。此外，已知可通過降低膜厚至約100微米(0.05西門子)或者約50微米(0.1西門子)來實現這些目標。

但是，盡管更薄的LMP膜是更加需要的，例如在電池結構應用中更薄的膜提供更低阻礙并由此提供更低的內部電阻和更高的功率容量，通常難以利用現有技術來制備具有足夠精確的尺寸的薄的膜，例如因受限于機械切割技術。此外，LMP膜通常是易碎的，并因此難以制造和加工。例如，常規的機械切割加工將LMP膜的厚度限制到約200微米。當膜沒有支撐時，即膜沒有集成進入多層結構時，尤其如此，該多層結構中的一些其它層提供機械支撐。

除了上文所述以外，與顆粒內電阻相比，多晶電解質膜通常具有大的顆粒邊界電阻。因此，典型的陶瓷電解質膜常常是大顆粒的，以最小化顆粒邊界影響。但是，具有大顆粒的電解質膜通常是脆弱的，且細小顆粒的陶瓷膜在機械上優于常規的陶瓷膜。此外，薄膜的機械性能可因邊緣缺陷和加工時發生的起皺而嚴重降低。例如，切割加工引入微結構特征處可產生邊緣缺陷，其可變成應力集中點，因此降低強度。至少在某些實施方式中，如因熔融材料的大量運動而導致的熔融材料或者空穴的總累積的缺陷是不利的，因為如果它們顯著到足以影響膜內的應力分布時，它們可降低機械性能。此外，因為烘烤中的收縮，使用常規的機械方法難以制備具有精確的尺寸的LMP電解質膜。

因此，本領域需要提供機械強度高的、薄的、細小顆粒的、陶瓷鋰離子電解質膜，該膜質量高且邊緣無缺陷。

概述

根據本文的詳細描述以及文中所述的各種示例性實施方式，本發明涉及鋰離子電解質膜及用于形成所述鋰離子電解質膜的方法。在各種實施方式中，所述鋰離子電解質膜可包括至少一燒蝕邊緣。在各種實施方式中，相對于膜的本體，所述燒蝕邊緣可以是鋰富集的。在其他實施方式中，所述膜可以是陶瓷鋰離子電解質膜，且在各種實施方式中，可以是支撐的或未支撐的。

在至少某些實施方式中，根據本發明制備的鋰離子電解質膜可以是機械強度高的、致密的、氣密性的、平坦的、無皺紋的、薄的、無孔的和細小顆粒的中的一種或更多種，且可包括一或更多基本上不含缺陷的邊緣，特別是與切割前的鋰離子電解質膜相比較而言。此外，相對于現有方法，還可制造具有基本上精確的尺寸的鋰離子電解質膜。但是，應注意，根據本發明的至少某些實施方式可能不具備上述的一種或更多種性質，但這樣的實施方式也包含在本發明的范圍之內。