[發明專利]用于鋰聚合物電池的陶瓷-聚合物復合電解質

有效

• 申請號: 201680076758.0
• 申請日: 2016-12-28
• 公開（公告）號: CN108475815B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 喬納森·皮斯托里諾;H·B·埃陶尼;拉塞爾·普拉特;M·辛
• 申請（專利權）人: 西奧公司
• 主分類號: H01M10/056
• 分類號: H01M10/056;H01M8/1046;H01M8/1048;H01M10/0562;H01M10/0565
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 牟靜芳;鄭霞

鋰離子導電的陶瓷材料和聚合物材料的復合物制造了用于鋰電池的優良的分隔物和電解質。陶瓷材料為鋰離子提供了高電導率的通路，增強了導電性較差的聚合物材料的性能。聚合物材料提供柔性、粘合性和空間填充性能，減輕了剛性陶瓷材料斷裂或分層的趨勢。通過使用添加劑和涂層，可以使聚合物和陶瓷之間的界面具有低離子電阻。

相關申請的交叉引用

本申請要求2015年12月28日提交的美國臨時專利申請62/272,012以及2016年8月3日提交的美國臨時專利申請62/370,705的優先權，該兩個美國臨時專利申請通過引用并入本文。

背景

發明領域

本發明大體上涉及用于電池單元(battery cell)的電解質材料，并且更具體地，涉及用作用于鋰電池單元的分隔物電解質(separator electrolyte)和陰極電解液(catholyte)的陶瓷-聚合物復合材料。

陶瓷材料和聚合物材料已經發展成為鋰電池中常規的含鋰離子導電溶劑的分隔物的固態替代物。但陶瓷和聚合物各有其自身的特征性難點和失效模式。陶瓷材料可能難以加工成足夠薄以用于電池的膜。此外，它們是易碎的，使得在電池循環期間的膨脹和收縮可能導致它們從相鄰的電池結構斷開或分層。聚合物材料在環境溫度可以具有低離子電導率。它們還傾向于是軟的，這可以允許在電池循環期間鋰枝晶的生長。

找到利用離子導電的聚合物和離子導電的陶瓷材料兩者的益處用于鋰電池的方法將是非常有用的。

附圖簡述

當結合附圖閱讀時，熟練的技術人員依據說明性實施方案的以下描述容易地理解前述方面及其他方面。

圖1是根據本發明的實施方案的鋰電池單元的示意圖。

圖2是示出陶瓷-聚合物復合電解質的電導率數據的圖，所述陶瓷-聚合物復合電解質具有在固體聚合物電解質和離子導電的LISICON陶瓷顆粒之間的顯著的界面離子電阻(significant interface ionic resistance)。

圖3是示出陶瓷-聚合物復合電解質的電導率數據的圖，所述陶瓷-聚合物復合電解質具有在固體聚合物電解質和離子導電的LLTO陶瓷顆粒之間的顯著的界面離子電阻。

圖4A是Li⁺離子當流過復合電解質時可以采取的合意的路徑的示意圖，所述復合電解質具有在固體聚合物電解質基質中的離子導電的陶瓷顆粒，其中沒有顯著的界面離子電阻。

圖4B是Li⁺離子在復合電解質中流動的不合意的情況的示意圖，所述復合電解質具有在固體聚合物電解質基質中的離子導電的陶瓷顆粒，其中存在顯著的界面離子電阻。

圖5是被用于研究在固體聚合物電解質和離子導電的陶瓷之間的電阻界面(resistive interface)的夾層電池(sandwich cell)的示意圖。

圖6是示出根據本發明的實施方案對陶瓷-聚合物復合電解質進行的阻抗測量的圖。

圖7是示出陶瓷-聚合物復合電解質的電導率數據的圖，所述陶瓷-聚合物復合電解質包含固體聚合物電解質、離子導電的LLTO陶瓷顆粒和化學添加劑。

概述

公開了陶瓷-聚合物復合電解質材料。該材料包含離子導電的陶瓷顆粒，該離子導電的陶瓷顆粒分布在離子導電的固體聚合物和化學添加劑的基質中以形成陶瓷-聚合物復合物(ceramic-polymer composite)。化學添加劑被配置成降低在陶瓷顆粒和離子導電的固體聚合物之間的界面處的離子電阻。