[發明專利]固態電池的鈦酸鋰陽極和制造方法

在審

• 申請號: 201910028115.4
• 申請日: 2019-01-11
• 公開（公告）號: CN110048086A
• 公開（公告）日: 2019-07-23
• 發明（設計）人: 文卡塔拉馬尼·阿南丹;丹尼爾·默里;安迪·羅伯特·德雷斯
• 申請（專利權）人: 福特全球技術公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/62;H01M4/131;H01M4/1391;H01M10/0525;H01M10/0585
• 代理公司: 北京銘碩知識產權代理有限公司 11286
• 代理人: 王秀君;魯恭誠

本公開提供了“固態電池的鈦酸鋰陽極和制造方法”。一種固態電池，包括正極、負極和在所述正極與所述負極之間的隔片。所述負極包括被還原的鈦酸鋰(LTO)顆粒和固體電解質顆粒。所述負極缺少電子導電添加劑。

技術領域

本公開涉及一種固態電池及其制造方法。

背景技術

固態電池(SSB)為具有液體電解質的常規鋰離子電池提供了替代方案。典型地，SSB包括固體電極和固體電解質材料。固體電解質可以是耐鋰枝晶的，這可能導致內部短路并是易燃且不穩定的液體電池電解質的替代。用于SSB的固體電解質典型地用作在兩個電極之間的隔片，并且必須對鋰離子有高傳導性，但是具有非常低的電子導電率。因此，SSB可能具有非常低的自放電率。由于所使用的材料，SSB減少電解質泄漏和電解質與活性材料之間的反應并提供長保質期和高能量密度。

SSB具有提供優于常規鋰離子電池的其它益處的潛力，諸如更好的能量密度。典型地，為了提供大于約700Wh/L的能量密度，SSB必須使用鋰金屬作為陽極材料。然而，由于固體電解質隔片中的鋰枝晶生長、在循環期間陽極的體積變化、鋰/電解質界面的降解以及與各種固體電解質材料的不相容性，在SSB中使用鋰金屬是有挑戰性的。鋰金屬基陽極的替代之一是鈦酸鋰(LTO)。與高電壓陰極(諸如LMNO)耦合的LTO陽極可能能夠輸送約700Wh/L。此外，使用LTO作為陽極材料典型地提供諸如低體積變化和與各種固體電解質的良好的相容性的益處，以使LTO成為用于SSB的有吸引力的材料。

已開發了形成SSB的各種方法。然而，制造高能量密度SSB例如因合適的固體電解質對大氣濕度的高靈敏度而一直是個挑戰。在電極的活性材料與固體電解質顆粒之間也難以實現良好的界面電阻。例如，在約900℃的高溫下燒結用于提供電解質與活性材料之間的界面接觸，但是因高溫而面臨著碳作為電子導體的問題。

發明內容

根據一個實施例，公開了一種固態電池。所述固態電池包括正極、負極和在所述正極與所述負極之間的隔片。所述負極包括被還原的鈦酸鋰(LTO)顆粒和固體電解質顆粒。另外，所述負極缺少電子導電添加劑。

根據一個或多個實施例，所述被還原的LTO顆?？梢允窃谶€原性氣氛中在約300℃至1200℃的溫度下處理的原始LTO顆粒。此外，所述還原性氣氛可以是含有CO、H₂、碳氫化合物、H₂/N₂、H₂/Ar或其組合的氣體環境。在一些實施例中，所述被還原的LTO顆粒包括氧缺陷。在其它實施例中，所述被還原的LTO顆粒可以包括摻雜劑。所述摻雜劑可以是Mg²⁺、Zn²⁺、Al³⁺、Ni²⁺、Mo⁶⁺、Cu²⁺或其組合。在一個或多個實施例中，所述電子導電添加劑可以是碳或金屬顆粒。

根據一個實施例，公開了一種用于形成固態電極總成的方法。所述方法包括：提供被還原的LTO顆粒；將所述被還原的LTO顆粒與固體電解質顆?；旌弦孕纬苫旌衔铮粚⑺龌旌衔镏圃斐申枠O板；將所述陽極板與隔片板和陰極板布置在一起以形成堆疊；層壓所述堆疊；以及燒結所述堆疊以形成所述總成。

根據一個或多個實施例，所述制造可以包括使所述陽極板流延成型。在一些實施例中，所述燒結可以在惰性氣氛中進行。此外，所述惰性氣氛可以是氬或氮氣氛。在一個或多個實施例中，所述提供可以包括在還原性氣氛中在約300℃至1200℃的溫度下處理原始LTO。根據一個或多個實施例，所述方法還可以包括用Mg²⁺、Zn²⁺、Al³⁺、Ni²⁺、Mo⁶⁺、Cu²⁺或其組合摻雜原始LTO以形成所述被還原的LTO顆粒。在一些實施例中，所述混合可以包括基于預定期望容量和速率能力而選擇被還原的LTO顆粒與固體電解質的比率。