[發(fā)明專利]復(fù)合材料膜，其制備及其在電化學(xué)固態(tài)電池中的用途

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911037486.5
• 申請日: 2019-10-29
• 公開（公告）號: CN111129402A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: H.盧;A.賴茨勒;J.Y.崔;T.巴赫
• 申請（專利權(quán)）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16;H01M4/13;H01M4/139;H01M2/14
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 邵長準(zhǔn);周齊宏

本發(fā)明涉及復(fù)合材料膜，其制備及其在電化學(xué)固態(tài)電池中的用途。具體地，本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料膜（1），其由包含至少一種固體電解質(zhì)和至少一種粘合劑的組合物組成，其中粘合劑在組合物中的含量隨著到復(fù)合材料膜（1）的邊緣（30、31）的距離減小而增加。本發(fā)明還涉及制備這種復(fù)合材料膜（1）的方法，其用途以及包含這種復(fù)合材料膜（1）的電化學(xué)固態(tài)電池。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料膜，其具有不均勻的成分分布并且由此可以特別有利地以電極膜或隔板膜的形式用于電化學(xué)固態(tài)電池中。本發(fā)明還涉及用于制備這種復(fù)合材料膜的方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)代電化學(xué)電池，特別是用于鋰離子電池組電池的電化學(xué)電池，越來越多地構(gòu)成為固態(tài)電池，即它們使用固體電解質(zhì)代替液體電解質(zhì)。這樣的固態(tài)電池通常包含無機(jī)固體電解質(zhì)。這些通常在使用粘合劑的情況下以復(fù)合材料膜的形式使用。制備無孔復(fù)合材料膜所需的壓制方法經(jīng)常導(dǎo)致復(fù)合材料膜中，特別是在復(fù)合材料膜的邊緣處產(chǎn)生裂紋。

JP 2015-103433公開了一種用于卷繞式電化學(xué)電池的固體電解質(zhì)層，其中固體電解質(zhì)中的粘合劑濃度沿著卷繞方向在固體電解質(zhì)層的一端處高于沿著卷繞方向在固體電解質(zhì)層的另一端處。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主題是一種復(fù)合材料膜，其由包含至少一種固體電解質(zhì)和至少一種粘合劑的組合物組成，其中所述至少一種粘合劑在組合物中的含量隨著到復(fù)合材料膜的邊緣的距離減小而增加。所述含量可以以基于組合物總重量的重量％來描述。

所述復(fù)合材料膜由包含至少一種固體電解質(zhì)和至少一種粘合劑的組合物組成，并且其中至少一種固體電解質(zhì)和至少一種粘合劑沒有均勻地分布在復(fù)合材料膜的整個體積上。根據(jù)本發(fā)明，在復(fù)合材料膜中存在至少一種固體電解質(zhì)和至少一種粘合劑的不均勻分布，從而產(chǎn)生至少一個區(qū)域，該區(qū)域包含比復(fù)合材料膜的其余區(qū)域更高的平均含量的至少一種粘合劑。這種區(qū)域（在本文中也稱為富含粘合劑區(qū)域）優(yōu)選在復(fù)合材料膜的邊緣區(qū)域中。在這種情況下，復(fù)合材料膜可具有梯度組成，其中至少一種粘合劑在組合物中的含量隨著到復(fù)合材料膜邊緣的距離減小而逐漸增加。替代地，至少一種粘合劑在組合物中的含量可以隨著到復(fù)合材料膜邊緣的距離減小而階梯式增加。

所述復(fù)合材料膜的組合物包含至少一種固體電解質(zhì)。優(yōu)選地，該固體電解質(zhì)是至少一種無機(jī)固體電解質(zhì)，特別是選自硫化物固體電解質(zhì)和氧化物固體電解質(zhì)。合適的無機(jī)固體電解質(zhì)是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。

合適的無機(jī)氧化物固體電解質(zhì)特別是：

a) 通式（I）的石榴石：

Li_yA₃B₂O₁₂（I）

其中A選自La，K，Mg，Ca，Sr和Ba中的至少一種元素，

B選自Zr，Hf，Nb，Ta，W，In，Sn，Sb，Bi和Te中的至少一種元素，

其中3≤y≤7。

特別優(yōu)選的代表物是主要為立方晶體結(jié)構(gòu)的式（I）的石榴石，特別是式Li₇La₃Zr₂O₁₂的鋯酸鋰鑭（LLZO）和式Li₅La₃Ta₂O₁₂的鉭酸鋰鑭（LLTO）。

b) 通式（II）的鈣鈦礦：

Li_3xLa_2/3-xTiO₃（LLTO）（II）

其中2/3≥x≥0。

特別優(yōu)選的代表物是Li_0.35La_0.55TiO₃的鈣鈦礦。