[發明專利]用于鋰金屬固態電池的改性固態電解質

在審

• 申請號: 202110023716.3
• 申請日: 2021-01-08
• 公開（公告）號: CN113113663A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 安德魯·羅伯特·德雷斯;阿斯馬·沙拉菲
• 申請（專利權）人: 福特全球技術公司
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562;H01M10/052;H01M10/058
• 代理公司: 北京銘碩知識產權代理有限公司 11286
• 代理人: 魯恭誠;田碩

1.一種固態電池，其包括：

陰極；

包括鋰金屬的陽極；以及

在所述陰極與所述陽極之間的無機陶瓷多晶隔膜，所述隔膜包括離子傳導體相的晶粒和在所述晶粒之間限定的晶界，所述晶界包含氧化劑，所述氧化劑被配置為

使所述鋰金屬氧化，所述鋰金屬經由在所述陽極上鍍所述鋰金屬而產生的在所述晶界處的鋰金屬成核或沿著所述晶界的枝晶生長而與所述氧化劑接觸，以形成電子絕緣相從而防止沿著所述晶界形成電子傳導路徑，以及

在所述鋰金屬氧化時部分地還原，以形成離子傳導相從而促進沿著所述晶界的離子傳導。

2.如權利要求1所述的固態電池，其中所述氧化劑是：具有組成MO、MO₂、M₂O或M₂O₃的二元金屬氧化物，其中M是金屬；或復雜過渡金屬氧化物。

3.如權利要求1所述的固態電池，其中所述離子傳導體相是：LLZO；具有式NaM₂(PO₄)₃的NASICON，其中M是陽離子；Li₅La₃M₂O₁₂，其中M是Ta或Nb；Li_3xLa_2/3-xTiO₃(LLTO)；在300℃下離子傳導率為1.25×10^-1S/cm的LiSICON(鋰超離子導體)；或者LiPON。

4.如權利要求1所述的固態電池，其中所述晶界是所述無機陶瓷多晶隔膜內的孔或空隙。

5.如權利要求1所述的固態電池，其中所述氧化劑在與鋰金屬接觸之后在所述晶界中形成對于進一步的鋰氧化還原反應是電化學穩定的產物。

6.如權利要求1所述的固態電池，其中所述氧化劑在與鋰金屬接觸之后在所述晶界中形成離子傳導產物。

7.一種固態電池，其包括：

陰極；

包括鋰金屬的陽極；以及

在所述陰極與所述陽極之間的無機陶瓷多晶隔膜，所述隔膜包括離子傳導體相的晶粒和在所述晶粒之間限定的晶界，所述晶界包括用于防止沿著所述晶界的電子傳導的電子絕緣邊界相，以及用于促進沿著所述晶界的離子傳導的離子傳導相。

8.如權利要求7所述的固態電池，其中當鋰金屬經由在所述晶界處的成核或沿著所述晶界的所述鋰金屬的枝晶生長與氧化劑接觸時，形成所述電子絕緣邊界相。

9.如權利要求8所述的固態電池，其中所述離子傳導相是所述氧化劑的部分還原相。

10.如權利要求8所述的固態電池，其中所述氧化劑是：具有組成MO、MO₂、M₂O或M₂O₃的二元金屬氧化物，其中M是金屬；或復雜過渡金屬氧化物。

11.如權利要求8所述的固態電池，其中所述氧化劑在與鋰金屬接觸之后在所述晶界中形成對于進一步的鋰氧化還原反應是電化學穩定的產物。

12.如權利要求7所述的固態電池，其中所述離子傳導體相是：LLZO；具有式NaM₂(PO₄)₃的NASICON，其中M是陽離子；Li₅La₃M₂O₁₂，其中M是Ta或Nb；Li_3xLa_2/3-xTiO₃(LLTO)；在300℃下離子傳導率為1.25×10^-1S/cm的LiSICON(鋰超離子導體)；或者LiPON。