[發明專利]固態復合隔膜、其制造方法以及固態可充電鋰電池

在審

• 申請號: 201910697285.1
• 申請日: 2013-03-01
• 公開（公告）號: CN110416478A
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發明（設計）人: 喬伊庫馬爾·S·托克紹姆;達沃林·巴比克;朗尼·G·約翰遜;拉茲伯恩·阿蘭佐·阿利;大衛·凱特馬·約翰遜;威廉·勞赫
• 申請（專利權）人: 約翰遜IP控股有限責任公司
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16;H01M2/14
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 李小爽

本發明涉及固態復合隔膜、其制造方法以及固態可充電鋰電池。具體而言，本發明公開了一種固態復合隔膜，包含分散在無定形無機離子導電的金屬氧化物中的電子絕緣無機粉末。本發明還提供了用于制備復合隔膜的方法以及包含該復合隔膜的鋰電池。

本申請是申請日為2013年3月1日的題為“高容量固態復合正極、固態復合隔膜、固態可充電鋰電池及其制造方法”的中國專利申請號201380023413.5的分案申請。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2012年3月1日提交的美國臨時專利申請號61/605,241和2012年3月5日提交的61/606,840的優先權，其公開內容以引用方式并入本文。

背景技術

電池單元(電池，battery cell)是一種特別有用的物品，其提供存儲的電能，該電能可用于向多種設備包括需要電源的便攜式設備供能。電池單元(常常被略微不準確地以縮寫形式稱作“電池”)通常由至少一種電解質(也稱作“電解導體”)設置在隔開的電極對之間形成的電化學裝置。當各個接觸電極的集電器(集流器，current collector)連接于包括待提供功率的物體或設備(通常稱為“負載(load)”)的外部電路時，電極和電解質是引起電流在電極之間流動的電化學反應的反應物。電子通過電極的自由端流動伴隨著并且由離子在電解質中和通過電解質的產生和流動引起。

通常，通過以下方式增強電池性能：改善一個或多個單獨的組件諸如電極和/或電解質，和/或改善電池的組件之間的相互作用。用作電解質的材料可具有若干種不同的形式。例如，電解質材料可以是液體、固體或諸如具有液體和固體這兩種特性的糊劑材料。除電極和電解質之外，電池還可包含隔膜組件，其使各電極彼此分隔開。各電極的分隔防止電極間不期望的直接電子傳導，稱作短路。通常，能夠產生并維持各電極間的物理間距的一些類型的固體材料被用作隔膜。

近年來，人們越來越關注俗稱的“固態”電池，在這種電池中，電極或電解質中不使用液體。在固態電池中，分隔電極(隔膜功能)和用作各電極之間離子傳導的介質(電解質功能)的功能由單個組件實現。因此，固體離子導電電解質通常既用作隔膜也用作電解導體。最近，固體離子導電材料諸如離子導電金屬氧化物，具體是無定形離子導電金屬氧化物，已被研究用作固態電池中的固體電解質。然而，一些固體離子導電材料存在瑕疵，諸如材料中的裂縫(crack)，這可以對電池的性能造成不利的影響。固體離子導電材料通常是通過可引起最終產品形成裂縫的過程由前體(precursor)產生的。這種裂縫可抑制通過固體電解質最佳地傳輸離子。此外，裂縫可提供各電極之間的電子傳輸的途徑，從而產生短路，短路可導致電池失效。因此，應當理解的是，研發一種適于用在固態電池中、并且其中瑕疵被充分減少或消除且電池性能增強的固體離子導電電解質將是有利的。

薄膜濺射的正極(cathode，陰極)材料目前被用作現有技術的薄膜固態鋰電池和鋰離子電池。由于鋰原子在活性正極材料中通常具有低擴散系數，因此在電池的充電/放電循環期間，只能在淺處、不完全地獲取厚層正極的容量。因此，在合理的充電放電率下，鋰離子只能從其進入正極材料的入口點移動有限的距離。該淺處獲取(shallow access)顯著降低了所得電池的體積和重量能量密度。

當前的薄膜固態鋰離子電池技術采用昂貴的基底，包括貴金屬，并使用昂貴的濺射工藝形成正極材料涂層。不僅成本高，還使用高溫穩定的貴金屬諸如金來保持這種電池在高溫(>850℃)過程中所需要的集電器的導電性，其中所述高溫過程用于使正極材料的膜和/或層結晶。

因此，非常期望成本有效的包括高容量正極的固態鋰電池。

發明內容

根據本發明的實施方式的固態復合正極包括分散在無定形無機離子導電金屬氧化物中的活性正極材料。

根據本發明的實施方式的固態復合正極的制備方法包括：

(a)制備包含活性正極材料和無定形無機離子導電金屬氧化物的前體的漿料(淤漿，漿液，slurry)；