[發明專利]離子導電復合電解質

有效

• 申請號: 201380053856.9
• 申請日: 2013-08-21
• 公開（公告）號: CN104995764B
• 公開（公告）日: 2017-03-01
• 發明（設計）人: M·E·拜丁;J·L·布朗;K·A·芬克;A·V·加戈夫;C·W·坦納
• 申請（專利權）人: 康寧股份有限公司
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16;H01M10/056;H01M10/39;H01M8/02;H01M8/1016;H01M6/18;H01M10/0525
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司31100
• 代理人: 郭輝,沙永生

相關申請交叉參考

本申請根據35U.S.C.§120，要求2012年8月29日提交的美國申請系列號13/597,871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。

背景技術

領域

本發明涉及離子導電電解質和包括該離子導電電解質的組件。

背景技術

已提出將離子導電電解質用于各種技術應用，包括鋰離子電池、鈉硫電池、固體氧化物燃料電池、氧分離器、電解器、傳感器、化學反應器等。

發明內容

發明人認識到離子導電陶瓷電解質中大量未實現的潛能，且將這種未實現的潛能歸因于求助多晶陶瓷電解質的總體趨勢，與單晶陶瓷電解質相比，制造多晶陶瓷電解質常常更加可行。

但是，多晶陶瓷電解質中的晶粒邊界限制電解質的離子電導率。

此外，多晶陶瓷電解質常常呈現低劣的機械性能，常常難以制造和結合進入電化學裝置中。

根據本發明的主題的離子導電復合電解質包括設置在固體聚合物基質中的路徑工程化(path-engineered)的離子導電陶瓷電解質顆粒，且可構造成提供超過常規陶瓷電解質所能形成的柔性和應變公差。

根據本發明的各種實施方式，提供離子導電復合電解質，其包括路徑工程化的離子導電陶瓷電解質顆粒和固體聚合物基質。

該路徑工程化的顆粒特征在于各向異性晶體微觀結構，其中晶體結構在與路徑工程化的顆粒的一個晶面相關的較佳的電導率方向H上的離子電導率大于晶體結構在與路徑工程化的顆粒的另一個晶面相關的降低的電導率方向L上的離子電導率。

定制(size)該路徑工程化的顆粒的尺寸并設置在聚合物基質中，從而大多數路徑工程化的顆粒沖破(breach)基質主體的兩個相對的主表面并在聚合物基質中取向，從而與降低的電導率方向L相比，較佳的電導率方向H更接近地對齊橫跨基質主體厚度的最小路徑長度。

根據本發明的其它實施方式，提供離子導電復合電解質，其中路徑工程化的顆粒的特征是各向同性晶體結構。

還根據本發明的其它實施方式，提供制備離子導電復合電解質的方法，該方法涉及通過對陶瓷前體晶體進行熱誘導的微觀斷裂，制備用于包含進入聚合物基質的路徑工程化的顆粒。

可將微觀斷裂的前體晶體分離成單個路徑工程化的離子導電陶瓷電解質顆粒。

附圖說明

當結合以下附圖閱讀下面對本發明的具體實施方式的詳細描述時，可對其形成最好的理解，附圖中相同的結構用相同的附圖標記表示，其中：

圖1A是根據本發明的一種離子導電復合電解質一部分的示意圖；

圖1B和1C顯示其中可使路徑工程化的顆粒在根據本發明的離子導電復合電解質中進行取向的許多方式中一些的示意圖；

圖2是用于根據本發明的離子導電復合電解質的路徑工程化的顆粒的詳細示意圖；

圖3顯示包括受阻的線性離子導電路徑的顆粒；

圖4顯示電化學裝置，其包括由復合電解質分離的陰極和陽極；和

圖5是面積比電阻和膜厚度的作圖。

具體描述

首先參考圖1A,示意性地顯示了一部分的離子導電復合電解質10，其包括路徑工程化的離子導電陶瓷電解質顆粒20,固體聚合物基質30,和任選地分布在整個聚合物基質30的纖維硬化劑組分40。

路徑工程化的顆粒20各自的性質可從顆粒到顆粒顯著變化，且圖1A中沒有顯示地特別精確。

相反，顯示圖1A的路徑工程化的顆粒20只是為了表明它們存在于聚合物基質30中和表明它們的尺寸和形狀通常穿過復合電解質30而變化。

類似地，如下文所更加詳細描述，為了說明性目的，故意將圖1B和1C所示的路徑工程化的顆粒簡化。

如圖1A所示,聚合物基質限定一對相對的主表面32,34，在該主表面之間限定基質主體。

定制路徑工程化的顆粒20的尺寸并設置在聚合物基質30中，從而大多數路徑工程化的顆粒20沖破(即,齊平或延伸超出)基質主體的兩個相對的主表面32,34。

設想了路徑工程化的顆?？蓛炦x的具有各向異性晶體結構,但也設想了各向同性晶體結構。

例如參考圖1B和1C中所示的六方晶體結構,設想了可選定路徑工程化的顆粒20從而它們具有各向異性晶體結構。

無論如何，可選定顆粒從而在與路徑工程化的顆粒20的一個晶面相關的較佳的電導率方向H的晶體結構的離子電導率大于在與路徑工程化的顆粒20的一個不同的晶面相關的降低的電導率方向L晶體結構的離子電導率。