固态电解质结构制造技术

本实用新型专利技术提供一种固态电解质结构，针对含钛成份的固态电解质，于其表面完整包覆有钛成分防析出保护层，利用固态氧化金属或有机高分子等所制成的保护层，能有效阻绝钛成份在较低电压下的还原反应，有效防止钛对于极层的污染或是影响，提高其化学抗性，大幅增加含钛成份的固态电解质的应用，同时配合保护层的设置，亦可改善固态电解质表面接触的状态，解决其接触面小、接触面不良、以及电荷转移反应常数较低等各种缺失。数较低等各种缺失。数较低等各种缺失。

【技术实现步骤摘要】
固态电解质结构


[0001]本技术是有关于一种固态电解质结构，特别是一种具保护层的含钛固态电解质结构。

技术介绍

[0002]现有的锂离子二次电池主要是通过液态电解质作为锂离子传输媒介，然而液态电解质的易挥发特性，对人体及环境都会造成不良影响；同时，液态电解质的易燃性对于电池使用者来说，也是极大的安全隐忧。
[0003]再者，目前锂电池性能不稳定的原因之一，主要是因为电极表面活性较大(负极)与电压较高(正极)，在电极与电解液的直接接触下会导致两者间界面产生不稳定，进而产生所谓的放热反应形成钝性保护膜于此接触接口上，此些反应会消耗液态电解质与锂离子，同时也会产生热。一旦发生局部短路，局部温度快速升高，此时钝性保护膜将变得不稳定，同时会释放出热；而此放热反应是可累积的，因而使得电池整体的温度持续上升。一旦电池温度增加至热炼锁反应(thermal runaway)的起始温度(或诱发温度(trigger temp))，则会引发热失控的现象，进而造成电池的破坏现象，例如爆炸或者起火，对于使用上造成相当大的安全性顾虑。
[0004]近年来，固态电解质成为另一研究关注重点，其具有相似于液态电解质的离子导电率，但却没有液态电解质的易于蒸发与燃烧的性质，同时，与活性材料表面的界面相对稳定(无论是化学性还是电化学特性)。然而固态电解质不同于液态电解质，其与活性材料的接触面小、且接触面不良、电荷转移反应常数较低，因此存在着与极层内正负极的活性材料的电荷转移界面阻值较大问题，不利于锂离子有效传输，故目前仍旧难以完全取代液态电解质。
[0005]再者，固态电解质相对于液态电解质而言，材料本身成本也提高不少，为了降低成本并控制与改良材料本身的兼容性，近年来也发展出各种不同的材料；其中，譬如磷酸钛铝锂(LATP)固态电解质，除了离子导电度良好外，其更具有相当的成本优势，然而，磷酸钛铝锂(LATP)固态电解质的低电压电化学抗性不佳，因为其含有钛成份，当析出时会与锂(离子)进行反应而污染负极极层，进而影响电化学反应的正常效能，因此难以扩大其应用范围。
[0006]如何能有效且大量的应用固态电解质，同时又能兼顾成本以及固态电解质表面状态的改良，为本领域亟待解决的问题。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本技术提供一种固态电解质结构，该固态电解质结构包含有：一含钛(Ti)固态电解质颗粒；以及一钛成分防析出保护层，位于该含钛固态电解质颗粒表面；其中该保护层完整包覆该含钛固态电解质颗粒，防止该固态电解质颗粒中的该钛成份发生还原反应，提高该固态电解质颗粒的化学抗性；其中该钛成分防析出保护层的厚度为50
‑
500
纳米。
[0008]作为优选，该含钛(Ti)固态电解质颗粒为磷酸钛铝锂(LATP)固态电解质颗粒。作为优选，该保护层为固态氧化金属保护层、聚合物型态保护层或其组合。
[0009]作为优选，该固态氧化物金属保护层由三氧化二铌(Nb2O3)及其衍生物所制成。
[0010]作为优选，该固态氧化物金属保护层由硝酸锂(LiNO
x
)及其衍生物所制成。
[0011]作为优选，该固态氧化物金属保护层由锂镧锆氧固态电解质(lithium lanthanum zirconium oxide；Li7La3Zr2O
12
；LLZO)所制成。
[0012]作为优选，该聚合物型态保护层包含有一离子导通型主体。
[0013]作为优选，该离子导通型主体由于聚氧化乙烯(PEO)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯晴(PAN)、聚甲基丙烯酸钾(PMMA)或聚偏氯乙烯(PVC)所制成。
[0014]作为优选，该离子导通型主体添加有一成膜剂。
[0015]作为优选，该离子导通型主体添加有一塑形剂。
[0016]作为优选，该离子导通型主体为离子液体(ion liquid)。
[0017]作为优选，该离子导通型主体包含有离子供给物(ion donor material)。
[0018]作为优选，该离子供给物为盐类。
[0019]本技术的主要目的在于提供一种固态电解质结构，可解决上述现有技术的缺失，不仅材料成本较为低廉，且能不受限制地应用于各极层。本技术的另一目的在于提供一种固态电解质结构，可利用保护层的设置，除了防止内部钛成份的析出，对外而言，更能解决固态电解质接触面所产生的高电荷转移电阻与低接触面积等各种问题。
[0020]为达到上述目的，本技术提供一种固态电解质结构，该固态电解质结构能够有效防止钛成份对于极层的污染，而能扩大含钛的固态电解质的应用范畴。
[0021]其中，保护层可为固态氧化金属、聚合物型态或其组合的成份所构成，对固态电解质颗粒而言，可有效防止钛成份的还原，提高低电压下的电化学抗性；对固态电解质颗粒外部而言，亦可通过保护层的设置，解决固态电解质的接触界面所产生的高电荷转移电阻与低接触面积所衍生的问题，因而可在兼顾成本与安全性的情况下达到最佳的离子传导方式。
[0022]底下通过具体实施例详加说明，当更容易了解本技术的目的、
技术实现思路
、特点及其所达成的功效。
附图说明
[0023]图1为本技术的实施例所提供的固态电解质结构的示意图。
[0024]图2为本技术的实施例所提供的固态电解质结构的钛浓度分布曲线图。
[0025]附图标记
[0026]10
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固态电解质结构
[0027]11
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固态电解质颗粒
[0028]12
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保护层
具体实施方式
[0029]如图1所示，为本技术的实施例所提供的固态电解质结构的示意图。本实用新
型所揭露的固态电解质结构10主要由固态电解质颗粒11以及钛成分防析出保护层12所构成，其中固态电解质颗粒11为含钛(Ti)成份的固态电解质，譬如为磷酸钛铝锂(LATP；Li
1+x
Al
x
Ti2–
x
(PO4)3)固态电解质，其具有相当高的离子导电度、良好的化学与热稳定性，同时又具有较低的原料与制造成本，因此，近年受到不少的关注；但其化学抗性不佳，当其中的钛成份析出时(尤其于低压状态下)，不仅会改变其表面性质，进而降低表面的离子导电度，同时因为钛会与锂(离子)发生反应，使得界面阻抗大幅增加，导致电化学反应的性质与效能大幅降低。
[0030]因此，本技术通过保护层12完整包覆于固态电解质颗粒11，防止固态电解质颗粒11中的钛成份析出，保护层12的厚度为10
‑
500纳米，并完整覆盖于固态电解质颗粒11表面，在此需特别注意，图中所绘示固态电解质颗粒11的态样仅为示意，并非限制其形状仅能为圆形(球体)、其他类球体、片状、页状等皆可适用。
[0031]同时，因为固态电解质颗粒11于披覆保护层12后，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固态电解质结构，其特征在于，该固态电解质结构包含有：一含钛固态电解质颗粒；以及一钛成分防析出保护层，位于该含钛固态电解质颗粒表面；其中该保护层完整包覆该含钛固态电解质颗粒，防止该固态电解质颗粒中的该钛成份发生还原反应，提高该固态电解质颗粒的化学抗性；其中该钛成分防析出保护层的厚度为50
‑
500纳米；所述含钛固态电解质颗粒为磷酸钛铝锂固态电解质颗粒。2.根据权利要求1所述的固态电解质结构，其特征在于，该保护层为固态氧化金属保护层、聚合物型态保护层或其组合。3.根据权利要求2所述的固态电解质结构，其特征在于，该固态氧化物金属保护层的材质为三氧化二铌及其衍生物。4.根据权利要求2所述的固态电解质结构，其特征在于，该固态氧化物金属保护层的材质为硝酸锂及其衍生物。5.根据权利要求2所述的固态电解质结构，其特征在于，该固态氧化物金属保护层的材质为...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨思枬，
申请(专利权)人：辉能科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：