复合固态电解质和含有该复合固态电解质的锂离子电池制造技术

复合固态电解质包含：聚合物电解质材料，陶瓷离子导体，以及被选择为与所述陶瓷离子导体和所述本体聚合物化合物相容的官能化偶联剂

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】复合固态电解质和含有该复合固态电解质的锂离子电池
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求
2021
年5月3日提交的美国申请号
17/306,921
的权益，美国申请号
17/306,921
是
2020
年6月
24
日提交的
、
现在颁发为美国专利号
11,005,124
的名称为固体电解质组合物的美国申请号
16/910,643
的部分继续申请，而美国申请号
16/910,643
是
2017
年6月
30
日提交的
、
现在颁发为美国专利号
10
，
734,676
的美国申请号
15/639,899
的继续申请
。
这些申请中的每一个都通过引用以其整体结合于此
。
[0003]政府许可权
[0004]本专利技术在美国能源部授予的
DE
‑
EE0008853
的政府支持下完成
。
政府对本专利技术享有一定权利
。

技术介绍

[0005]本专利技术属于电池
，并且更具体地，属于用作固态电池单元中的电解质的固体材料和复合材料的领域
。
[0006]常规锂离子电池包括正极或阴极
、
负极或阳极
、
电解质以及通常的隔膜/>。
电解质通常包含液体组分，所述液体组分有利于锂离子传输，从而使得锂离子能够渗透到电极的活性材料中
。
与此相比，固态锂离子电池在最终制成品中缺少液体组分
。
在这样的固态电池单元中的电解质不包含液相
。
固态电池单元与含有液体电解质的电池相比可以具有更低的易燃性和挥发性，并且因为液密密封不是必须的而可以提供更宽范围的包装选择
。
固态电池单元的另一个优点可以是提高的每单元的能量密度，因为固体电解质可以使得能够使用高容量锂金属阳极
。
[0007]固态单元由于实际限制而尚未实现普遍的采用
。
一个缺点是由于通过固体和跨过固
‑
固界面的锂传输差而造成的高阻抗
。
固态单元倾向于具有实质质量或程度的在电池的不同固体组分之间的界面
。
界面可以出现在电极本身之内，固态电解质之内，以及电极与电解质之间
。
这样的界面的大小或范围以及在每个界面处的阻抗可能限制锂离子传输并且妨碍电池性能
。
差的跨过这些界面的锂离子传输导致电池单元中的高阻抗和低的充电放电容量
。
[0008]可能期望得到一种展现较低的界面阻抗以在固态电池单元中提供较好的锂传输的固态电解质
。

技术实现思路

[0009]在一个或多个实施方案中，提供了一种复合固态电解质，所述复合固态电解质包含：聚合物电解质材料，陶瓷离子导体，以及被选择为与所述陶瓷离子导体和本体聚合物化合物
(
体相聚合物化合物，
bulk polymer compound)
相容的官能化偶联剂
。
所述聚合物电解质材料包含本体聚合物化合物和锂盐
。
所述官能化偶联剂具有结构上类似于所述本体聚合物化合物的主链
。
[0010]在一个或多个实施方案中，提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括：能够可
逆地嵌入锂离子的阴极，阳极，以及复合固态电解质
。
所述复合固态电解质包含：聚合物电解质材料，陶瓷离子导体，以及被选择为与所述陶瓷离子导体和本体聚合物化合物相容的官能化偶联剂
。
所述聚合物电解质材料包含本体聚合物化合物和锂盐
。
所述官能化偶联剂具有结构上类似于所述本体聚合物化合物的主链
。
[0011]在一个或多个实施方案中，提供了一种复合固态电解质，所述复合固态电解质包含：聚合物电解质材料，作为陶瓷离子导体的磷酸钛铝锂
(LATP)
，以及官能化偶联剂
。
所述聚合物电解质材料包含本体聚合物化合物和三氟甲磺酸锂盐
。
所述本体聚合物化合物包括聚环氧乙烷（
PEO)
或聚偏二氟乙烯
(PVDF)。
所述官能化偶联剂被选择为与所述陶瓷离子导体和所述本体聚合物化合物相容
。
当所述本体聚合物化合物包括
PEO
时，所述官能化偶联剂具有包括聚乙二醇
(PEG)
的主链，并且当所述本体聚合物化合物包括
PVDF
时，所述主链包括全氟化烷基
。
附图说明
[0012]图
1A
示出了根据本公开的某些实施方案的固体电解质制剂的电化学测试的结果
。
[0013]图
1B
示出了根据本公开的某些实施方案的固体电解质制剂的电化学测试的结果
。
[0014]图2示出了用于形成根据本公开的某些实施方案的固态电解质的一种合成路线的示意图
。
[0015]图3示出了用于形成根据本公开的某些实施方案的固态电解质的另一种合成路线的示意图
。
[0016]图4示出了根据一个实施方案的用于实验测试在陶瓷离子导体和聚合物电解质材料之间的界面阻抗的一种三层测试单元
。
[0017]图5是示出不同三层测试单元的界面阻抗或电阻的图
。
[0018]图6是示出所测试三层单元的官能化偶联剂中每一种的化学名称
、
与图5相关的字母标识符
、
官能团类别和化学结构的表格
。
[0019]图7是示出在主链中具有不同数量的重复
PEG
单元的具体官能化
PEG
偶联剂的界面阻抗的图
。
[0020]图8是三种不同电解质的离子传导率的图
。
[0021]图9是示出对照聚合物电解质和根据一个实施方案的多种复合固态电解质
(
所述多种复合固态电解质的区别仅在于陶瓷负载量
)
的离子传导率的图
。
[0022]图
10
是示出具有
PVDF
作为本体聚合物化合物的不同三层测试单元的界面阻抗或电阻
(“R”)
的图
。
[0023]图
11
是示出图
10
中所测试三层单元的官能化偶联剂中每一种的化学名称
、
与图
10
相关的字母标识符
、
至少一个末端单元的官能团类别和化学结构的表格
。
具体实施方式
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.
一种复合固态电解质，所述复合固态电解质包含：聚合物电解质材料，所述聚合物电解质材料包含本体聚合物化合物和锂盐：陶瓷离子导体；以及官能化偶联剂，所述官能化偶联剂被选择为与所述陶瓷离子导体和所述本体聚合物化合物相容，其中所述官能化偶联剂具有在结构上类似于所述本体聚合物化合物的主链
。2.
根据权利要求1所述的复合固态电解质，其中所述本体聚合物化合物包括聚环氧乙烷
(PEO)
，并且所述官能化偶联剂的主链包括聚乙二醇
(PEG)。3.
根据权利要求1或权利要求2所述的复合固态电解质，其中所述官能化偶联剂的主链具有不少于8个且不多于
16
个的重复单元
。4.
根据前述权利要求中任一项所述的复合固态电解质，其中所述官能化偶联剂的主链具有不少于
10
个且不多于
14
个的重复单元
。5.
根据前述权利要求中任一项所述的复合固态电解质，其中所述官能化偶联剂为以下各项中的一项：
N
‑
(
酸
‑
PEG3)
‑
N
‑
双
(PEG3
‑
胺
)
，氨基
‑
PEG10
‑
醇，氨基
‑
PEG10
‑
胺，氨基氧基
‑
PEG8
‑
酸，叠氮基
‑
PEG10
‑
酸，
Fmoc
‑
N
‑
酰胺基
‑
PEG10
‑
酸
)
，或羟基
‑
PEG10
‑
酸
。6.
根据前述权利要求中任一项所述的复合固态电解质，其中所述本体聚合物化合物包括聚偏二氟乙烯
(PVDF)
，并且所述官能化偶联剂的主链包括全氟化烷基
。7.
根据前述权利要求中任一项所述的复合固态电解质，其中所述官能化偶联剂在所述主链的端部包含至少一个羟基官能团
。8.
根据前述权利要求中任一项所述的复合固态电解质，其中所述官能化偶联剂为以下各项中的一项：2，2，3，3，4，4，5，5，6，6，7，7‑
十二氟
‑1，8‑
辛二醇，七氟丁酰脒，或2‑
(4
，4，5，5，6，6，6‑
七氟己基
)
丙二酸
。9.
根据前述权利要求中任一项所述的复合固态电解质，其中所述陶瓷离子导体包括磷酸钛铝锂
(LATP)。10.
根据前述权利要求中任一项所述的复合固态电解质，其中所述锂盐包括三...

【专利技术属性】
技术研发人员：凯勒，
申请(专利权)人：野猫技术开发公司，
类型：发明
国别省市：