[發明專利]鑄造和燒結生坯石榴石薄膜的方法和材料在審

申請號：	201680042641.0	申請日：	2016-07-21
公開（公告）號：	CN107851774A	公開（公告）日：	2018-03-27
發明（設計）人：	O.卡彭科;徐耕夫;N.多內里;S.伊耶;T.霍爾梅	申請（專利權）人：	昆騰斯科普公司
主分類號：	H01M4/04	分類號：	H01M4/04;H01M4/485;H01M4/36
代理公司：	中國專利代理(香港)有限公司72001	代理人：	麥振聲,周李軍
地址：	美國加利***	國省代碼：	暫無信息
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摘要：
搜索關鍵詞：	鑄造燒結生坯石榴石薄膜方法材料
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【說明書】：

本申請要求并享有于2015年7月21日提交的、題為“PROCESSES AND MATERIALS FOR CASTING AND SINTERING GREEN GARNET THIN FILMS”的美國臨時專利申請號62/195,172的優先權，所述臨時申請的內容通過引用其整體并入本文用于所有目的。

發明領域

本發明涉及無機薄膜(例如，生帶或由生帶制得的燒結膜)的前體，使用所述這些前體制作燒結的薄膜的方法，以及通過本發明所述方法制得的燒結薄膜。在一些實施例，由本發明所述方法制得的燒結薄膜用作可充電電池中的固體電解質。在許多實施例中，本發明所述并用于制作燒結薄膜的所述生帶具有比已知生帶更高的固體載量。由本發明方法制得的燒結薄膜具有比已知燒結薄膜更低的孔隙率、更高的密度、更少的缺陷、和/或更高的制備產率。

發明背景

固態陶瓷，諸如鋰填充石榴石材料和鋰的硼氫化物、氧化物、硫化物、鹵氧化物和鹵化物，在用于包括燃料電池和可再充電電池的各種電化學裝置中的離子導電電解質膜和隔板的材料方面具有幾個優點。當與其基于液體的對應物相比時，上述固體陶瓷具有安全和經濟方面的優點以及與材料的固態和密度相關的優點，這使得當所述這些材料作為電解質隔板被納入電化學裝置中時相應地具有高的體積和重量能量密度。固態離子導電陶瓷由于其在固態中的高離子導電性、其電絕緣性以及其與各種物質如鋰金屬的化學相容性和其對于寬電壓窗口的穩定性，因此非常適用于固態電化學裝置。

盡管固態離子導電陶瓷具有一系列有利和有益的性能，但這些材料遭遇了與形成生膜(即生帶)并隨后燒結所述這些生膜有關的一系列問題。當固態離子導電陶瓷通常配制成薄膜并燒結時，所述這些膜具有粘附至制備其的襯底上的傾向，從而由于加工條件而破裂或翹曲，或者在燒結后太脆而不能處理和操作。尤其，在薄膜燒結過程中，所述這些膜具有破裂、翹曲或以其他方式具有表面劣化的傾向。

因此，在與鑄造陶瓷例如但不限于石榴石和硫化鋰的生帶和燒結所述這些生帶以制備高密度石榴石薄膜有關的相關領域中存在一系列問題。在相關領域需要的是，譬如，用于鑄造生帶并用于燒結所述生帶的新材料和方法。除了制作和使用此類材料和方法外，本發明還闡述了此類材料和方法以及所述這些材料和方法在相關領域中的問題的其他解決方案。

發明摘要

在一個實施方案，本發明涉及鑄造薄膜帶的方法，其中所述方法通常包括提供至少一種源粉，改性所述至少一種源粉以制備改性源粉，提供所述改性源粉的漿體，鑄造所述漿體以形成生帶，干燥所述生帶；和燒結所述生帶以形成燒結的薄膜。

在第二實施方案，本發明涉及用于鑄造生帶的漿體，其中所述漿體包括源粉，任選地所述源粉的前體，和選自粘合劑、分散劑和溶劑的至少一個成員。

在第三實施方案，本發明涉及燒結生帶的方法，所述方法包括：(a)提供至少一種源粉；(b)改性所述至少一種源粉以制備改性源粉；(c)提供所述改性源粉的漿體；(d)鑄造所述漿體以形成生帶；(e)干燥所述生帶；和(f)燒結所述生帶；從而使生帶燒結。

在第四實施方案，本發明涉及用于制備流延生膜的漿體，所述漿體包含：

以下中的至少兩種或更多種：

溶劑，所述溶劑選自由甲醇、乙醇、MEK、異丙醇、丙酮、環己酮、甲苯、乙酸、和苯組成的組；

粘合劑，所述粘合劑選自由魚油、PVB、KD1、丙烯酸、triton、磷酸酯類、和其衍生物組成的組；

增塑劑，所述增塑劑選自由鄰苯二甲酸丁芐酯或鄰苯二甲酸二丁酯組成的組；

pH調節劑；

選自組中的燒結助劑；和

選自鋰填充石榴石的源粉。