[發明專利]帶有上面具有離子和電子混合導電層的活性物質顆粒的電極

在審

• 申請號: 202010076586.5
• 申請日: 2020-01-23
• 公開（公告）號: CN111525177A
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 文卡塔拉馬尼·阿南丹;余贊燁;金镕現
• 申請（專利權）人: 福特全球技術公司
• 主分類號: H01M10/0525
• 分類號: H01M10/0525;H01M4/13;H01M4/139;H01M4/36;H01M10/056
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司 11205
• 代理人: 馬爽;臧建明

本公開提供了“帶有上面具有離子和電子混合導電層的活性物質顆粒的電極”。一種固態電池包括：陽極；陰極；以及固體電解質，所述固體電解質位于所述陽極與所述陰極之間。所述陽極或所述陰極包括結合的活性物質顆粒且不包括固體電解質顆粒，所述結合的活性物質顆粒在其上具有離子和電子混合導電共形界面層，所述離子和電子混合導電共形界面層在所述固態電池運行期間提供用于離子和電子的傳輸路徑。

技術領域

本公開涉及用于固態電池的結構和制造技術，所述固態電池諸如鋰基、鎂基、鉀基、鈉基以及鋅基固態電池。

背景技術

內燃發動機已成為現代社會中最常見的運輸推進系統。由于發動機中的燃燒過程導致溫室氣體的排放，因此人們越來越關注因集中在大都市地區的越來越多的車輛所致的空氣污染和全球變暖。在這方面，汽車制造商致力于通過在車輛中實施儲能系統來實現車輛電氣化，所述儲能系統可根據電動車輛(electric vehicle，EV)的類型顯著地減少或甚至消除排放。

在各種儲能系統中，可再充電鋰離子電池(lithium-ion battery，LIB)由于其高能量密度以及合理的循環壽命和成本而被用于EV應用。除運輸業外，LIB在其他工業領域(諸如小型電子器件和電網儲能)中已被廣泛使用或被認真考慮作為儲能裝置，這導致LIB的商業化生產快速增長并在過去十年中降低了成本。

盡管LIB有這些前景可觀的方面，但仍然存在主要源自LIB技術的基本局限性的若干挑戰。首先，需要增大LIB的能量密度以滿足EV的實際需求，盡管它仍然提供優于其他儲能技術的大能量密度。當前的商用電池電動車輛(BEV或純電動車輛)每次充電可提供100英里至200英里范圍內的行進距離，這比通過單個氣罐提供近似超過400英里的傳統車輛(來自僅內燃發動機的推進)的行進距離短。其次，LIB中的液體電解質由于其有機溶劑而在濫用條件下會經歷熱問題。

發明內容

一種固態電池包括：陽極；陰極；以及固體電解質，所述固體電解質位于所述陽極與所述陰極之間。所述陽極或所述陰極包括與活性物質顆粒結合的固體電解質顆粒，所述活性物質顆粒在其上包括離子和電子混合導電共形界面層，所述離子和電子混合導電共形界面層是由所述固體電解質顆?；蛩龌钚晕镔|顆粒內的摻雜劑朝向所述活性物質顆粒的表面的擴散以及所述摻雜劑與所述固體電解質顆粒的反應而產生的。所述固體電解質顆?？膳c所述活性物質顆粒一起燒結。所述離子和電子混合導電共形界面層可被配置為在所述固態電池運行期間提供用于離子和電子的傳輸路徑。所述固體電解質顆?？梢允茄趸?、聚合物或硫化物。所述活性物質顆粒可以是嵌入活性物質顆粒或轉換活性物質顆粒。

一種固態電池包括：陽極；陰極；以及固體電解質，所述固體電解質位于所述陽極與所述陰極之間。所述陽極或所述陰極包括結合的活性物質顆粒且不包括固體電解質顆粒，所述結合的活性物質顆粒在其上具有離子和電子混合導電共形界面層，所述離子和電子混合導電共形界面層被配置為在所述固態電池運行期間提供用于離子和電子的傳輸路徑。所述結合的活性物質顆?？杀粺Y。所述活性物質顆粒可以是嵌入活性物質顆?；蜣D換活性物質顆粒。所述離子和電子混合導電共形界面層是由金屬氧化物、金屬磷酸鹽、金屬硅酸鹽或金屬硫化物的層在結合期間與所述活性物質顆粒反應而產生的。所述層可被鋰化。所述活性物質顆?？砂瑩诫s劑。

一種制造固態電池的方法包括：用金屬氧化物、金屬磷酸鹽、金屬硅酸鹽或金屬硫化物的層涂覆活性物質顆粒以形成涂覆的活性物質顆粒；使所述涂覆的活性物質顆粒燒結，使得所述層與所述活性物質顆粒反應，從而在所述活性物質顆粒上形成離子和電子混合導電共形界面層以形成電極；以及將所述電極布置成與固體電解質接觸。所述層可經由溶膠凝膠或氣相沉積來施加。所述層可被鋰化。所述活性物質顆?？梢允乔度牖钚晕镔|顆?；蜣D換活性物質顆粒。所述固態電池可以是鋰離子固態電池或鈉離子固態電池。

附圖說明

圖1A是固態電池的示意圖。

圖1B是圖1A的固態電池的固體電解質的示意圖。