[發明專利]固態電化學組件、固態電化學裝置及其制備方法

有效

• 申請號: 201910502091.1
• 申請日: 2019-06-11
• 公開（公告）號: CN110581303B
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發明（設計）人: 郭展圖;弗朗切斯科·丘奇;袁銘輝;陸子恒
• 申請（專利權）人: 香港科技大學
• 主分類號: H01M10/05
• 分類號: H01M10/05;H01M10/0525;H01M10/0564;H01G11/00;H01G11/56
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 樊曉煥;張蘇娜

本發明提供了一種固態電化學組件、固態電化學裝置及其制備方法。所述固態電化學組件包括固態電化學功能層以及與固態電化學功能層物理接觸的塑晶夾層，所述塑晶夾層包含塑晶基質以及分散在所述塑晶基質中的離子導電化合物和添加劑。本發明的組件、固態電化學裝置及其制備方法改進了電極?固態電解質之間的界面電阻。

技術領域

本發明涉及電化學領域，特別是涉及一種適合于固態電化學裝置的電化學組件、固態電化學裝置(例如電池、電容器等)、制備組件的方法以及制備固態電化學裝置的方法。特別是，本發明尤其涉及全固態電化學裝置，這意味著該電化學裝置不含液體狀態的電解質，并且電解質是全固態的。

背景技術

自20世紀90年代末以來，鋰離子電池(LIB)已被用作便攜式電子設備的電源。最近，它們也被用來為電動汽車提供動力。然而，這些裝置含有易燃和易揮發的有機液體電解質，當電池管理不當時，它們會著火，發出有害氣體，甚至在發生事故時會爆炸。

傳統LIB的替代方案是固態電池(SSB)。SSB類似于LIB，不同之處在于有機液體電解質被固態電解質(SSE)取代。特別是，當固態電解質是陶瓷材料時，電池本身將會是安全并且沒有泄漏的問題。然而，電極和SSE之間的界面接觸不良通常會導致較大的界面電阻。

美國專利No.US8168333B2使用丁二腈(SN)和鋰鹽作為鋰離子電池的SSE。然而，這種材料的電化學穩定性僅達到3.9V(相對于Li/Li⁺)，并且盡管電池是固體，但它需要隔膜以防止短路。美國專利No.US8895193也在SN中使用LiBOB作為鋰離子電池中的SSE。這種類型的電池不含任何陶瓷固態鋰離子導體組分。

因此，仍然需要改進的固態電化學組件以及固態電化學電池。

發明內容

本發明提供了適合于固態電化學裝置的電化學組件、固態電化學裝置、制備適合于固態電化學裝置的組件的方法以及制備固態電化學裝置的方法。特別是，本發明涉及全固態電池及其部件。

具體來說，本發明提供了：

一種固態電化學組件，包括固態電化學功能層以及與固態電化學功能層物理接觸的塑晶夾層，所述塑晶夾層包含塑晶基質以及分散在所述塑晶基質中的離子導電化合物和添加劑，所述添加劑由下式表示：

其中，A表示C或O，B表示C或S，R₁表示＝O，n為1或2，R₂表示選自巰基、羰基、氰基、硝基、鹵原子、羥基、醛基、羧基、氨基和C1-C6烷基中的至少一個取代基，并且表示單鍵或者雙鍵。

一種固態電化學裝置，包括上述的固態電化學組件。

一種制備固態電化學組件的方法，包括下列步驟：

(11)固態電化學功能層；

(12)提供包含塑晶基質以及分散在所述塑晶基質中的離子導電化合物和添加劑的塑晶夾層形成用組合物；

(13)將所述塑晶夾層形成用組合物施加到所述固態電化學功能層的表面上以及

(14)將塑晶夾層形成用組合物固化，從而形成所述固態電化學組件。

根據所述的固態電化學組件或固態電化學裝置或制備固態電化學組件的方法，所述固態電化學功能層包括固態電解質層、陰極層、陽極層以及其組合中的至少一者。

根據所述的固態電化學組件或所述的固態電化學裝置或所述的制備固態電化學組件的方法，所述塑晶基質包含丁二腈和/或N-乙基-N-甲基吡咯烷鎓雙(氟磺酰)亞胺鹽，任選地，相對于夾層的總體積，所述塑晶基質的含量為1體積％-99體積％，優選90-99體積％。