固态电解质和包括固态电解质的锂离子电池制造技术

本申请提供一种固态电解质，其包括由陶瓷粉和含氮芳香族共聚物组成的配体，所述陶瓷粉为核心和受体，所述含氮芳香族共聚物由第一聚合物和第二聚合物组成，所述第一聚合物为芳香族聚酰胺，所述第二聚合物选自

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】Deposition
，原子层沉积
)
或
CVD(Chemica lVapor Deposition
，化学气相沉积
)
技术，这需要高真空，将陶瓷离子导电材料沉积在电极活性材料的薄膜上
。
[0010]研究还发现，固态无机材料在锂离子电池运行过程中容易发生降解
。
这是因为在循环过程中，电极的体积会膨胀和收缩，从而导致活性材料和固态无机电解质之间的间隙，并且可能导致固态无机材料内部在运行过程中发生开裂
。
[0011]将聚合物与导电盐混合形成固态聚合物电解质
。
与固态无机电解质相比，其具有柔韧性好
、
加工性能好
、
重量轻
、
与电极接触稳定
、
电化学窗口宽等优点
。
但与固态无机电解质相比，目前的固态聚合物电解质室温下通常具有较低的离子电导率
(
在室温下＜
0.01mS cm
‑1)、
较低的机械强度和较易燃的特点
。
[0012]或者，一些固态锂离子电池专注于固态聚合物电解质，其依赖于聚合物提供了一定的柔韧性，同时也有足够的导电盐或液体电解质相，使其不再自由流动，但流动足以允许锂离子发生传输
。
这些技术通常在阳极和阴极之间具有较差的锂离子导电性，这意味着与固态无机电解质相比，它们必须在更高的温度或极低的倍率下运行
。
此外，这些聚合物材料的稳定性大多是有限的，有限的电压窗口限制了可用于这类电池的材料类型
。
如果在电压稳定窗口内选择材料，能量密度可能会受到影响
。
如果选择超出电压稳定窗口的材料，则会形成固态电解质界面，类似于液体电解质电池，这限制了锂离子的传导并导致电池内高的过电位
(overpotential)。
[0013]为了试验和改善固态电解质材料的性能，已经公开了聚合物和陶瓷材料共混物的说明
。
这些系统试图利用陶瓷材料改善离子导电性，同时使用聚合物相来实现卷对卷制造，并提高材料的柔韧性，使得在组装或电池运行过程中更难开裂和断裂
。
虽然这些技术在固态隔离阳极和阴极方面很有用，但它们在处理固态电解质与阳极或阴极电极之间的接触界面方面效果较差
。
这是因为这些电极主要由活性材料制成，以向电池提供能量密度，这极大地限制了在阴极和阳极结构内有效混合聚合物和陶瓷材料的能力
。

技术实现思路

技术问题
[0014]所需要的是一种固态电解质材料，这种材料可以在阳极和阴极电极上形成良好的接触界面，并经过加工形成一种固态的
、
无孔的
、
使阳极和阴极保持接触的锂离子导电层
。
解决问题的方法技术解决方案
[0015]鉴于以上内容，有必要提供一种固态电解质和包含所述固态电解质的锂离子电池，其可以与阳极电极和阴极电极形成良好的接触界面
。
[0016]本申请提供了一种固态电解质，所述固态电解质包括由陶瓷粉末和含氮芳香族共聚物组成的配体，所述陶瓷粉末是核心和受体
。
陶瓷粉末提供锂离子传输通道，但不导电
。
[0017]进一步地，含氮芳香族共聚物由第一聚合物和第二聚合物组成，第一聚合物为芳香族聚酰胺，第二聚合物选自
P2VP(
聚
(2
‑
乙烯基吡啶
))、P4VP(
聚
(4
‑
乙烯基吡啶
))、PVA(
聚乙烯醇
)、PEO(
聚环氧乙烷
)
和
PAN(
聚丙烯腈
)
中至少一种
。
[0018]进一步地，芳香族聚酰胺选自
PPTA(
聚对苯二甲酰对苯二胺
)
和
PMIA(
聚间苯二甲酰间苯二胺
)
中至少一种
。
[0019]进一步地，所述芳香族聚酰胺在含氮芳香族共聚物中的分子量百分比为
10
％至
90
％，优选为
20
％～
80
％，更好为
30
％～
60
％，最好为
30
％～
50
％
。
[0020]进一步地，所述含氮芳香族共聚物为无规共聚物
、
嵌段共聚物或接枝共聚物，并以
‑
COOH
基团封端
。
[0021]进一步地，所述芳香族聚酰胺由二胺和酰氯聚合而成，二胺优选苯二胺，酰氯优选苯甲酰氯
。
[0022]进一步地，所述
PPTA
由对苯二胺和对苯二甲酰氯聚合而成，和
/
或所述
PMIA
由间苯二胺和间苯二甲酰氯聚合而成
。
[0023]进一步地，所述含氮芳香族共聚物在溶剂中的
Rg
在1～
100nm
范围内，优选为5～
50nm
；溶剂选自
DMAc、DMF
和
NMP。
[0024]进一步地，所述陶瓷粉末选自石榴石型陶瓷
、
钙钛矿型陶瓷
、LISICON
型陶瓷和硫化物型陶瓷中至少一种
。
[0025]进一步地，所述陶瓷粉末的平均粒径在
10
～
10000nm
范围内，优选在
50
～
1000nm
范围内
。
[0026]进一步地，所述固态电解质还包括导电盐，导电盐选自
LiTFSI、LiClO4和
LiPF6中至少一种
.
[0027]进一步地，所述导电盐与所述含氮芳香族共聚物的重量百分比的比值在5％～
20
％范围内，优选在8％～
15
％范围内
。
[0028]进一步地，所述含氮芳香族共聚物与所述陶瓷粉的重量百分比的比值在
10
％～
50
％之间
。
[0029]本申请还提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括如上所述的固态电解质
。
[0030]进一步地，所述固态电解质为可传导锂离子但不传导电子的固态无孔层，所述固态电解质的厚度为
500nm
～
50um
，优选厚度为5～
20um。
[0031]作为单独的电解质层，所述固态电解质夹在阳极电极和阴极电极之间，并且粘附在电极表面，从而可以有效地将锂离子从阳极输送到阴极
。
[0032]本申请还提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种固态电解质，包括由陶瓷粉末和含氮芳香族共聚物组成的配体，所述陶瓷粉末是核心和受体
。2.
如权利要求1所述的固态电解质，其特征在于，所述含氮芳香族共聚物由第一聚合物和第二聚合物组成，所述第一聚合物为芳香族聚酰胺，所述第二聚合物选自
P2VP、P4VP、PVA、PEO
和
PAN
中至少一种
。3.
如权利要求2所述的固态电解质，其特征在于，所述芳香族聚酰胺选自
PPTA
和
PMIA
中至少一种
。4.
如权利要求2所述的固态电解质，其特征在于，所述芳香族聚酰胺在含氮芳香族共聚物中的分子量百分比为
10
％至
90
％，优选为
20
％～
80
％，更好为
30
％～
60
％，最好为
30
％～
50
％
。5.
如权利要求1所述的固态电解质，其特征在于，所述含氮芳香族共聚物为无规共聚物
、
嵌段共聚物或接枝共聚物，并以－
COOH
基团封端
。6.
如权利要求2所述的固态电解质，其特征在于，所述芳香族聚酰胺由二胺和酰氯聚合而成，二胺优选苯二胺，酰氯优选苯甲酰氯
。7.
如权利要求3所述的固态电解质，其特征在于，所述
PPTA
由对苯二胺和对苯二甲酰氯聚合而成，和
/
或所述
PMIA
由间苯二胺和间苯二甲酰氯聚合而成
。8.
如权利要求1所述的固态电解质，其特征在于，所述含氮芳香族共聚物在溶剂中的
Rg
在1～
100nm
范围内，优选为5～
50nm
；溶剂选自
DMAc、DMF
和
NMP。9.
...

【专利技术属性】
技术研发人员：文娟，
申请(专利权)人：微宏公司，
类型：发明
国别省市：