[發(fā)明專利]熱熔擠出的固態(tài)電池組組件

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201980017309.2
• 申請(qǐng)日: 2019-02-26
• 公開（公告）號(hào): CN111801838A
• 公開（公告）日: 2020-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: R·蘇巴拉曼;S·庫(kù)潘
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號(hào): H01M10/0585
• 分類號(hào): H01M10/0585;H01M4/04;H01M4/139;H01M10/0562
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 章敏;楊思捷

共擠電池組組件的方法包括通過(guò)熱熔擠出形成第一薄膜電池組組件，和通過(guò)熱熔擠出形成第二薄膜電池組組件。對(duì)第一和第二組件中至少一個(gè)的表面區(qū)域施加表面處理，以致相對(duì)于所述至少一個(gè)組件的其余部分，所述表面區(qū)域具有下列至少一種：降低的粒子間距離、減少的聚合物粘合劑材料的量和增加的暴露出的離子導(dǎo)電材料的量。將第一和第二組件進(jìn)料經(jīng)過(guò)共擠模頭以形成共擠多層薄膜。

相關(guān)申請(qǐng)

本公開要求2018年3月5日提交的名稱為“熱熔擠出的全固態(tài)電池組（HOT MELTEXTRUDED ALL SOLID STATE BATTERIES）”的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?2/638,657的優(yōu)先權(quán)，其公開內(nèi)容全部并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開大體上涉及電池組，更特別涉及固態(tài)電池組。

背景

除非本文中另行指明，這一節(jié)中描述的資料不是本申請(qǐng)中的權(quán)利要求書的現(xiàn)有技術(shù)并且不通過(guò)包含在這一節(jié)中而被承認(rèn)為現(xiàn)有技術(shù)。

鋰(Li)金屬的若干品質(zhì)已促使努力將基于Li金屬的組件并入電池組中。Li金屬具有3860 mAh/g的理論容量，并因此提供用于Li離子電池組的任何已知陽(yáng)極材料的最高容量。因此，含有鋰金屬或鋰合金陽(yáng)極的電池組可具有比含有由其它材料形成的陽(yáng)極的電池組高的比能。例如，鋰/硫和鋰/空氣電池組有潛力達(dá)到500至1000 Wh/kg或更高的比能。但是，這些所需品質(zhì)伴隨著弊端以致妨礙Li金屬用作電池組的陽(yáng)極。

特別地，由于形成電子導(dǎo)電的枝晶結(jié)構(gòu)，具有Li金屬陽(yáng)極的電池組的壽命通常有限。在充電過(guò)程中，Li離子從陰極移動(dòng)到陽(yáng)極，且在放電過(guò)程中反過(guò)來(lái)。經(jīng)過(guò)連續(xù)充電/放電循環(huán)，Li離子具有以針狀或苔蘚狀結(jié)構(gòu)，即“枝晶”積聚而非均勻沉積的趨勢(shì)。枝晶可能由于各種原因形成，包括陽(yáng)極表面中的不連續(xù)、陽(yáng)極內(nèi)的雜質(zhì)和陽(yáng)極內(nèi)的特性，如電流密度（mA/cm²）在充電過(guò)程中的變化。Li離子經(jīng)連續(xù)循環(huán)積聚成枝晶因此從陽(yáng)極中吸取Li金屬材料，并可導(dǎo)致電池組中的寄生容量損失。此外，在最壞的情況下，枝晶會(huì)繼續(xù)生長(zhǎng)并在電池組的陽(yáng)極和陰極之間形成短路。電池組電極之間的短路可嚴(yán)重降低電池組的壽命，并且有可能危險(xiǎn)。

在抑制枝晶生長(zhǎng)的努力中，具有Li金屬陽(yáng)極的電池組通常包含機(jī)械剛性隔膜，如固態(tài)聚合物材料、復(fù)合氧化物、玻璃和其它化合物。這樣的材料可充當(dāng)物理約束枝晶生長(zhǎng)以防止在電池組內(nèi)形成短路的機(jī)械邊界。但是，常規(guī)固態(tài)隔膜材料具有弊端以致對(duì)用于形成電池組的方法、電池組的材料和結(jié)構(gòu)以及電池組的運(yùn)行條件和特征施加限制。

例如，固態(tài)氧化物隔膜材料通常需要非常高溫的形成過(guò)程，例如燒結(jié)，這可能導(dǎo)致在電池組形成過(guò)程中的溫度高于其它電池組組件的穩(wěn)定性溫度。例如，通常由過(guò)渡金屬氧化物（Ni、Co、Al、Fe、Mn等）和磷酸鹽等組成的陰極活性材料具有比在燒結(jié)過(guò)程中出現(xiàn)的極高燒結(jié)溫度低的穩(wěn)定性溫度。因此，固態(tài)氧化物作為隔膜材料的使用限制了可用于陰極活性材料的材料，或要求電池組的形成將隔膜和陰極的形成分開。常規(guī)陰極活性材料，如上列那些，也可能具有高的固體-固體界面阻抗，這可不利地影響電池組的充電倍率性能。因此，固態(tài)隔膜材料的使用也可導(dǎo)致電池組具有降低的充電倍率。

在另一實(shí)例中，固態(tài)硫化物隔膜材料通常具有導(dǎo)致這樣的材料不穩(wěn)定或不能形成體現(xiàn)為薄膜（例如具有大約20微米或更小的厚度）的可接受的隔膜的材料性質(zhì)。因此，這樣的材料會(huì)限制可形成的電池組的類型。

此外，對(duì)于幾種常規(guī)的固態(tài)隔膜材料，抑制枝晶形成和生長(zhǎng)的能力導(dǎo)致弊端以致該材料與其它材料相比作為隔膜的有利度降低。在典型的電池組中，隔膜合意地不是電子導(dǎo)電的，并對(duì)用于陽(yáng)極和陰極的材料化學(xué)穩(wěn)定。許多抑制枝晶生長(zhǎng)的隔膜材料具有提高的與電池組組件的反應(yīng)性，或與其它材料相比表現(xiàn)出降低的電導(dǎo)率。

另外，作為一個(gè)實(shí)際考慮，隔膜材料合意地適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)。但是，可抑制枝晶形成和生長(zhǎng)的許多材料不太適應(yīng)能夠大規(guī)模生產(chǎn)的生產(chǎn)方法。許多傳統(tǒng)固態(tài)材料需要如流延成型（tape-casting）、冷/熱壓制、燒結(jié)和退火之類的方法，它們是通常不能以高產(chǎn)量輸出的分批法。