[發明專利]固態電池

有效

• 申請號: 201810231238.3
• 申請日: 2018-03-20
• 公開（公告）號: CN108630996B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 芬卡塔拉瑪尼·阿納丹;安迪·羅伯特·德魯;希歐多爾·詹姆斯·米勒
• 申請（專利權）人: 福特全球技術公司
• 主分類號: H01M10/058
• 分類號: H01M10/058;H01M10/0525;H01M10/056
• 代理公司: 北京連和連知識產權代理有限公司 11278
• 代理人: 劉小峰

公開了一種形成固態電池的方法。該方法包括在干燥惰性氣氛中結合未反應的固體電解質前驅體以形成生片，將生片堆疊在多孔電極之間以形成固態電池，并且將電池加熱到前驅體的熔點溫度使得前驅體形成液相，滲入電極中的孔中，以在電池中形成離子傳導通道。

技術領域

本發明涉及一種固態電池及其制造過程，以及一種生產固態電池同時在制造過程中使固體電解質在大氣中的暴露最小化的方法。

背景技術

固態電池(SSB)包括固體電極和固體電解質材料。已經開發了各種形成SSB的方法。然而，例如由于合適的固體電解質對大氣濕度的高靈敏度，所以制造高能量密度的SSB一直是一個挑戰。在電極的活性材料和固體電解質顆粒之間實現良好的界面電阻也是困難的。例如，使用約900℃的高溫燒結來提供電解質和活性材料之間的界面接觸，但是由于高溫而消除了使用碳作為電子導體。

發明內容

根據一個實施例，公開了一種固態電池。該方法在干燥惰性氣氛中進行。該方法包括結合未反應的固體電解質前驅體以形成生片。該方法還包括將生片堆疊在多孔電極之間以形成固態電池。該方法包括將電池加熱到前驅體的熔點溫度使得前驅體形成滲入電極中的孔中的液相而在電池中形成離子傳導通道。固體電解質可以是富含鋰的反鈣鈦礦。前驅體的熔點溫度低于固態電池的任何其它組分的熔點。該方法還可以包括在加熱之前將生片和多孔電極壓在一起。該方法也可以包括冷卻固態電池以固化液相。該方法可以包括在冷卻期間保持垂直于電池的溫度梯度以誘導固體電解質的定向晶粒生長。電極可以包括與固體電解質不起反應的電子添加劑。固態電池還可以包括在至少一個電極-電解質界面上的無機涂層。

在替代實施例中，公開了一種生產固態電池的方法。該方法在惰性氣氛中進行。該方法包括利用第一和第二固體電解質的未反應前驅體來浸漬多孔電極。該方法也包括將未燒結的固體電解質的薄片插入電極之間以形成固態電池總成。該方法還包括將總成加熱到前驅體的熔點溫度使得前驅體液化并且在電極之間形成離子傳導通道。第一和第二固體電解質可以具有不同的化學組成。未燒結的固體電解質包括與第一固體電解質、第二固體電解質或兩者相同的前驅體。薄片可以包括多于一個層。前驅體的熔點溫度低于固態電池的任何其它組分的熔點。第一電解質、第二電解質、未燒結電解質或其組合可以包括富含鋰的反鈣鈦礦。

在又一替代實施例中，公開了一種生產固態電池的方法。該方法在惰性氣氛中進行。該方法包括利用第一固體電解質的未反應前驅體來浸漬多孔高溫聚合物結構體。該方法包括利用第二和第三固體電解質的未反應前驅體來浸漬多孔電極。該方法還可以包括將浸漬的聚合物結構體堆疊在浸漬的電極之間以形成固態電池總成。該方法還可以包括將總成加熱到前驅體的熔點溫度使得前驅體液化并且在電極之間形成離子傳導通道，并且使得聚合物結構體保持電極之間的距離。第一、第二以及第三固體電解質可以包括相同的前驅體。高溫聚合物結構體可以包括聚四氟乙烯。高溫聚合物結構體可以包括多孔纖維氈或離子非導電材料。前驅體的熔點溫度低于固態電池的任何其它組分的熔點。該方法還可以包括冷卻總成以固化第一、第二以及第三電解質。

附圖說明

圖1描繪了根據一個實施例的固態電池的透視側視圖；

圖2示意性地描繪了制造圖1所描繪的固態電池的一系列步驟；

圖3示意性地描繪了生產圖1的固態電池的一系列替代步驟；

圖4示意性地示出了形成圖1的固態電池的另一替代方法；以及

圖5示出了圖1中描繪的固態電池沿著線2-5的橫截面。

具體實施方式

現將詳細的參考發明人已知的本發明的組合物、實施例以及方法。然而，應當理解的是，所公開的實施例僅僅是可以以各種和替代形式實施的本發明的示例。因此，本文公開的具體細節不應被解釋為限制性的，而僅僅作為用于教導本領域技術人員以各種方式使用本發明的代表性基礎。