CN111183543A - 陶瓷-聚合物复合单离子导电薄膜电解质 - Google Patents
陶瓷-聚合物复合单离子导电薄膜电解质 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111183543A CN111183543A CN201880066190.3A CN201880066190A CN111183543A CN 111183543 A CN111183543 A CN 111183543A CN 201880066190 A CN201880066190 A CN 201880066190A CN 111183543 A CN111183543 A CN 111183543A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- organic phase
- inorganic phase
- structures
- electrolyte structure
- ionically conductive
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 title claims abstract description 88
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims description 78
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title description 16
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims abstract description 65
- 239000012074 organic phase Substances 0.000 claims abstract description 47
- 239000002318 adhesion promoter Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000003607 modifier Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 42
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 claims description 39
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 27
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 18
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical group O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 11
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 9
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 claims description 8
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 8
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 claims description 7
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 claims description 7
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 claims description 7
- -1 polyethylene Polymers 0.000 claims description 6
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 5
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 4
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 claims description 4
- 230000035515 penetration Effects 0.000 claims description 4
- YUYCVXFAYWRXLS-UHFFFAOYSA-N trimethoxysilane Chemical group CO[SiH](OC)OC YUYCVXFAYWRXLS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- XDLMVUHYZWKMMD-UHFFFAOYSA-N 3-trimethoxysilylpropyl 2-methylprop-2-enoate Chemical group CO[Si](OC)(OC)CCCOC(=O)C(C)=C XDLMVUHYZWKMMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M Acrylate Chemical compound [O-]C(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims description 2
- NRJJZXGPUXHHTC-UHFFFAOYSA-N [Li+].[O--].[O--].[O--].[O--].[Zr+4].[La+3] Chemical compound [Li+].[O--].[O--].[O--].[O--].[Zr+4].[La+3] NRJJZXGPUXHHTC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- URZWHNFFWSYUMB-UHFFFAOYSA-B aluminum lithium silicon(4+) titanium(4+) tetraphosphate Chemical compound P(=O)([O-])([O-])[O-].[Si+4].[Ti+4].[Al+3].[Li+].P(=O)([O-])([O-])[O-].P(=O)([O-])([O-])[O-].P(=O)([O-])([O-])[O-] URZWHNFFWSYUMB-UHFFFAOYSA-B 0.000 claims description 2
- CEMTZIYRXLSOGI-UHFFFAOYSA-N lithium lanthanum(3+) oxygen(2-) titanium(4+) Chemical compound [Li+].[O--].[O--].[O--].[O--].[Ti+4].[La+3] CEMTZIYRXLSOGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims description 2
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 claims description 2
- 125000001273 sulfonato group Chemical group [O-]S(*)(=O)=O 0.000 claims description 2
- 239000002178 crystalline material Substances 0.000 claims 2
- 239000006112 glass ceramic composition Substances 0.000 claims 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims 2
- ZDHXKXAHOVTTAH-UHFFFAOYSA-N trichlorosilane Chemical compound Cl[SiH](Cl)Cl ZDHXKXAHOVTTAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000005052 trichlorosilane Substances 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 24
- 230000008569 process Effects 0.000 description 23
- 239000010408 film Substances 0.000 description 13
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 13
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 11
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 6
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 description 5
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 5
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 5
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 4
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 3
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 description 3
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 229910000733 Li alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 2
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 2
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 2
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 2
- 239000002482 conductive additive Substances 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 2
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 2
- 239000002241 glass-ceramic Substances 0.000 description 2
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 2
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 229910001410 inorganic ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010416 ion conductor Substances 0.000 description 2
- 239000001989 lithium alloy Substances 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 235000021317 phosphate Nutrition 0.000 description 2
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 2
- 229920001610 polycaprolactone Polymers 0.000 description 2
- 239000004632 polycaprolactone Substances 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 2
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 101100008047 Caenorhabditis elegans cut-3 gene Proteins 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002200 LIPON - lithium phosphorus oxynitride Substances 0.000 description 1
- 239000005279 LLTO - Lithium Lanthanum Titanium Oxide Substances 0.000 description 1
- 229910003405 Li10GeP2S12 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001323 Li2O2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001216 Li2S Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910009297 Li2S-P2S5 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910009228 Li2S—P2S5 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910032387 LiCoO2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052493 LiFePO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002099 LiNi0.5Mn1.5O4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910012305 LiPON Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002097 Lithium manganese(III,IV) oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910009866 Ti5O12 Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 229910021525 ceramic electrolyte Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000013299 conductive metal organic framework Substances 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 1
- DZQISOJKASMITI-UHFFFAOYSA-N decyl-dioxido-oxo-$l^{5}-phosphane;hydron Chemical compound CCCCCCCCCCP(O)(O)=O DZQISOJKASMITI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000012983 electrochemical energy storage Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000002223 garnet Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 239000003999 initiator Substances 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000016507 interphase Effects 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 229910000664 lithium aluminum titanium phosphates (LATP) Inorganic materials 0.000 description 1
- IDBFBDSKYCUNPW-UHFFFAOYSA-N lithium nitride Chemical compound [Li]N([Li])[Li] IDBFBDSKYCUNPW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 230000004660 morphological change Effects 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 125000002524 organometallic group Chemical group 0.000 description 1
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 1
- UEZVMMHDMIWARA-UHFFFAOYSA-M phosphonate Chemical compound [O-]P(=O)=O UEZVMMHDMIWARA-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 150000003013 phosphoric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 229920000867 polyelectrolyte Polymers 0.000 description 1
- 229920001021 polysulfide Polymers 0.000 description 1
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000010345 tape casting Methods 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
- OEBWMIHWFIEUFN-UHFFFAOYSA-N trichloromethoxysilane Chemical compound [SiH3]OC(Cl)(Cl)Cl OEBWMIHWFIEUFN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 1
- 239000003232 water-soluble binding agent Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
- H01M4/381—Alkaline or alkaline earth metals elements
- H01M4/382—Lithium
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
- H01M2004/027—Negative electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0065—Solid electrolytes
- H01M2300/0068—Solid electrolytes inorganic
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0065—Solid electrolytes
- H01M2300/0068—Solid electrolytes inorganic
- H01M2300/0071—Oxides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0065—Solid electrolytes
- H01M2300/0082—Organic polymers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0088—Composites
- H01M2300/0091—Composites in the form of mixtures
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
一种适合用于电池的高迁移数的薄膜电解质结构包括非导电有机相部分和多个离子导电无机相结构。无机相结构分散贯穿有机相部分并且一般被布置在一层中。无机相结构被配置成跨越有机相部分的厚度，使得每个结构的相应部分被暴露在有机相部分的相对侧上。在有机相部分与无机相结构之间的相应界面经由离子键和/或共价键的未断链而具有强附着力特性。在一些实施例中，界面包括至少一个附着力促进剂，所述附着力促进剂被配置成促进在有机相部分与无机相结构之间的附着力。在一些实施例中，无机相结构具有如下表面：所述表面通过使用表面改性剂而被改性以促进对于有机相部分的附着力。
Description
本申请要求2017年10月12日提交的、美国临时申请62/571,348的权益，所述申请的公开内容通过引用以其全部被并入本文中。
技术领域
本公开内容涉及电池，并且更具体地涉及用于在电池中使用的高迁移数复合薄膜电解质。
背景技术
电池是能够被并入到许多系统中的所存储能量的有用的源。可再充电的锂离子（“Li-离子”）电池或电池单元由于其与其它电化学能量存储设备相比的高的比能量（用Wh/kg来被测量）所以是用于便携式电子器件以及电动载具和混合电动载具的具有吸引力的能量存储系统。然而，当前的Li-离子电池单元正达到其最大能量存储能力（近似250Wh/kg）。在具有该限制的情况下，这些电池单元不能提供具有足以用于具有超过100英里的英里范围的电动载具的存储的安全、低成本电池。为了实现更长范围，需要新一代电池单元，其具有更高的能量密度（至少400Wh/kg）、低成本（小于$125/kWh）、经改善的安全性、以及低环境影响。一个选项包括使用具有被并入到负电极中的锂金属（“Li-金属”）形式的电池单元。与具有常规含碳负电极的电池相比，这些电池单元供给异常高的比能量和能量密度。
作为示例，当在电池中使用高比容量负电极（诸如锂）的时候，在也使用高容量正电极活性材料时，实现在常规系统之上的容量增加的最大益处。常规的锂夹入氧化物（例如
、
和
）典型地被限制到近似280 mAh/g的理论容量（基于锂化氧化物的质量）以及180到250 mAh/g的实际容量。相比之下，锂金属的比容量大约是3863 mAh/g。针对锂离子正电极可实现的最高理论容量是1168 mAh/g（基于锂化材料的质量），其被Li2S和Li2O2共享。包括BiF3和FeF3的其它高容量材料也是可用的。然而，前述材料与常规氧化物正电极相比在更低的电压下与锂反应，从而限制理论比能量。然而，前述材料的理论比能量非常高（与针对具有锂负电极以及常规氧化物正电极的电池单元的近似500 Wh/kg的最大值相比，大于800Wh/kg）。
因而，如与具有石墨或其它夹层负电极的电池单元相比，使用锂-金属负电极（有时被称为阳极）的优点是整个电池单元的高得多的能量密度。使用纯Li金属的缺点是：锂是高度反应性的。因此，锂金属具有经历形态学改变的倾向，所述形态学改变使得在电池单元被充电的时候在负电极上及其周围形成具有高表面积的结构。示例性的高表面积结构包括枝晶和苔藓状结构。抑制基于Li金属的电池单元的商业化的一个因素是缺乏合适的薄膜电解质，所述合适的薄膜电解质抑制这些高表面积结构的形成以及为电池单元提供其它有益的功能。
现有的候选固体电解质具有不足够的导电率、低迁移数、以及拙劣的机械性质（例如聚合物）、拙劣的可处理性以及高边界电阻（例如陶瓷）、或对于空气和水的严重化学不稳定性（例如硫化材料）。许多研究组正在寻求用于组合候选材料（诸如聚合物与陶瓷）以实现具有所有可用性质中最佳性质的单个复合材料的方式。该工作中的绝大多数已经在聚合物-陶瓷复合物上被执行，其中所述复合物的聚合物与陶瓷相二者是离子导电的。然而，这样的复合物遭受一些问题，所述问题限制其效用。具体地，聚合物-陶瓷复合物由于有机相而不能被烧结，并且跨未被烧结的陶瓷中的晶粒的导电率典型地极拙劣。附加地，在聚合物和陶瓷相之间的界面导电率典型地非常拙劣。锂离子导电率路径倾向于排他地通过聚合物，但是聚合物相在机械上不足够强以致不能抵抗枝晶渗透。
因此，所需要的是具有足够高的离子导电率（大于1 E-5 S/cm）的薄的（小于20微米）、柔性的、强的、抵抗枝晶的并且不昂贵的单离子导电隔膜分离器。除了使能实现Li金属电池之外，这样的分离器更广泛地在电池中具有异常的效用。这些分离器可以与其它化学成分一起使用。如果迁移数是高的，并且如果隔膜能够充分地阻断电池溶剂和盐，则这些分离器可以附加地用于在另外的传统电池中分离阳极液与阴极液，其使得能够例如使用较高电压阴极或其中单个稳定液体电解质尚不可用的化学成分。这些分离器还可以用于调制液体、胶体或聚合物电池中的盐浓度梯度，从而使能实现经改善的倍率能力和更快的充电/放电。本文中所公开的隔膜分离器被配置以解决这些或有关问题中的任一个。
发明内容
在一个实施例中，一种电池单元包括正电极、负电极、以及被设置在正电极与负电极之间的至少一个薄膜复合电解质结构，所述电解质结构包括限定厚度的第一侧和第二侧、从所述第一侧延伸到所述第二侧的非导电有机相部分、以及分散贯穿所述非导电有机相部分的多个离子导电无机相结构，所述多个离子导电无机相结构中的每一个跨越所述厚度使得所述多个离子导电无机相结构中的每一个的第一部分被暴露在所述第一侧上，并且所述多个离子导电无机相结构中的每一个的第二部分被暴露在所述第二侧上，所述多个离子导电无机相结构中的每一个与所述非导电有机相部分限定相应界面，所述相应界面中的每一个包括离子键和共价键中至少一个的未断链。
在一个实施例中，一种复合电解质结构包括限定厚度的第一侧和第二侧、从所述第一侧延伸到所述第二侧的非导电有机相部分、以及分散贯穿所述非导电有机相部分的多个离子导电无机相结构，所述多个离子导电无机相结构中的每一个跨越所述厚度使得所述多个离子导电无机相结构中的每一个的第一部分被暴露在所述第一侧上，并且所述多个离子导电无机相结构中的每一个的第二部分被暴露在所述第二侧上，所述多个离子导电无机相结构中的每一个与所述非导电有机相部分限定相应界面，所述相应界面中的每一个包括离子键和共价键中至少一个的未断链。
在一个实施例中，一种用于形成薄膜复合电解质结构的方法包括：由离子导电无机相来制备多个颗粒，所述颗粒具有是从6到20微米的大小范围中的一个大小的平均颗粒大小；通过向颗粒表面施加附着力促进剂以及使用至少一个表面改性剂来使颗粒表面改性中的至少一个来改善颗粒的附着力特性；以及利用有机相来包封所述颗粒，所述有机相形成为具有第一侧以及与所述第一侧相对地面向的第二侧的连续薄膜层，每个颗粒具有被暴露在所述第一侧上的第一表面部分以及被暴露在所述第二侧上的第二表面部分。
附图说明
图1示出了根据一个实施例的复合电解质结构；
图2是通过线A-A所取的图1的复合电解质结构的截面切割，其图示了在以颗粒或结构的形式的无机相与有机相之间的强附着力；
图3描绘了一电化学电池单元的简化示意图，所述电化学电池单元包括以第一布置的图1的复合电解质结构；
图4描绘了一电化学电池单元的简化示意图，所述电化学电池单元包括以第二布置的图1的复合电解质结构；以及
图5-8描绘了用于形成图1的复合电解质结构的变体的不同过程。
具体实施方式
为了促进理解本公开内容的原理的目的，现在将参考在附图中所图示的以及在以下所撰写的说明书中所描述的实施例。理解到，没有从而对本公开内容范围的限制的意图。进一步理解到，本公开内容包括对所图示的实施例的任何变更和修改，并且包括如本公开内容所关于的领域中的技术人员通常将会想到的本公开内容原理的另外应用。
图1和2描绘了根据一个实施例的以薄的、盘形分离器或隔膜22的形式的陶瓷-聚合物复合电解质20。复合电解质20包括至少一个离子导电无机相24（下文中为“初生无机相”）以及至少一个非导电有机相26（下文中为“初生有机相”）。初生有机相26是含碳相，并且不是离子导体。该非导电属性使得初生有机相26能够引导离子电流中的大多数，所述离子电流通过初生无机相24而穿过复合电解质20。在一些实施例中，复合电解质20包括在初生无机相24的一个或多个表面上的一个或多个附加的非导电无机相（未被示出）。
在所示的实施例中，初生无机相24由穿过隔膜22的整个厚度（t）的颗粒或结构28所组成。在一些实施例中，颗粒或结构28是非晶的，诸如在Li离子导电玻璃中。在其它实施例中，颗粒或结构28是每颗粒具有很少或没有晶粒边界的单晶颗粒，使得复合电解质22的厚度（t）是与初生无机相24中的晶粒大小同阶的。在又另外的实施例中，颗粒或结构28是生长的或烧结的超结构，诸如纳米线或多晶颗粒。复合电解质20中的颗粒28的布置确保：大体上每个颗粒28具有在电解质20的第一侧32上的第一所暴露的表面部分30以及在电解质20的第二侧36上的第二所暴露的表面部分34。颗粒28的第一所暴露的表面部分30与第二所暴露的表面部分34一般在电解质20的相对侧32、36上与另一个相对。
如图2中最佳地示出的，初生有机相26沿着贯穿隔膜22的相应界面38而接触初生无机相24的颗粒28。由于初生无机相24穿过复合电解质20的整个厚度（t），所以离子电流穿过非常少的无机-有机界面，并且在组装之后的复合材料的烧结倘若没有被完全消除也被显著最小化。复合电解质20的该特征最小化在介质之间的界面电阻的效应。附加地，改性可以进一步改善在复合电解质20与并入了复合电解质（诸如其它电解质、阴极或阳极材料等等）的电池单元的其它部分之间的界面电阻。
在初生无机相24与初生有机相26之间的界面38被工程设计以处理强附着力特性。在一些实施例中，在界面处形成离子键和/或共价键的未断链，以促进在其之间的强附着力。如本文中所使用的，离子键和共价键中一个或多个的“未断链”意指沿着无机相与有机相之间的界面的实际键的数目大体上与界面处的可能的键的数目相对应。换言之，界面被配置成最大化在相应界面处的无机和有机相之间的离子和/或共价键，使得在沿着界面的键合中实质上没有不连续性。在其它实施例中，附着力促进剂与其它表面改性剂中的一个或多个被用于促进在初生无机相24与初生有机相26之间的强附着力。在图1和2中所描绘的结果得到的复合电解质20中，初生无机相24给予隔膜22上的离子导电率，并且初生有机相26给予隔膜22上的机械凝聚力和柔性。
在初生无机相24与初生有机相26之间的界面38被配置有促进初生相24、26之间的强键合的各种特征。在一些实施例中，初生无机相24的颗粒28被功能化，并且然后经受混合过程，以便促进与初生有机相26的强键合（例如参考图5所描述的过程500）。在其它实施例中，初生无机相24的颗粒28经受沉积过程、退火过程、涂覆过程、和分组/布置过程，并且然后经受另一涂覆过程，以便促进与初生有机相26的强键合（例如参考图6所描述的过程600）。在又其它的实施例中，初生无机相24的颗粒28经受沉积过程和反应过程或接枝过程，并且然后经受混合过程，以便促进与初生有机相26的强键合（例如参考图7所描述的过程700）。在仍另外的实施例中，初生无机相24的颗粒28经受涂覆过程和接枝过程、并且然后流延成型（blade-casting）过程，以便促进与初生有机相26的强键合（例如参考图8所描述的过程800）。
图3描绘了电化学电池单元100。电化学电池单元100包括阳极102、具有铝（“Al”）集电器106的阴极104、分离器108、以及复合电解质结构110。在所示的实施例中，阳极102包括锂金属、锂合金金属、或填充有锂金属或锂合金金属的网格。阳极102被定大小使得它至少具有如阴极104那么多的容量，并且优选地至少10%的过量容量。Al集电器106典型地在宽度上小于30微米，并且优选地小于15微米。在一些实施例中，Al集电器106具有表面处理。
阴极104包括至少活性材料与被配置成将相关的初级离子传导到电池单元100的基质的混合物。各种实施例中的活性材料包括硫或含硫材料（例如PAN-S复合物或Li2S）；空气电极；Li-插入材料，诸如NCM、LiNi0.5Mn1.5O4 、富Li分层氧化物、LiCoO2、LiFePO4、LiMn2O4；富Li NCM、NCA以及其它Li夹层材料或其混合体；或者任何其它活性材料、或者与Li阳离子和/或电解质阴离子反应和/或插入Li阳离子和/或电解质阴离子的材料的混合体。
在各种实施例中，基质包括Li导电液体、胶体、聚合物、或其它固体电解质。阴极104中的固体电解质材料可以进一步包括锂导电石榴石、锂导电硫化物（例如Li2S—P2S5）或磷酸盐、Li3P、LIPON、Li导电聚合物（例如聚氧化乙烯（PEO）或聚己内酯（PCL））、Li导电金属-有机框架、Li3N、Li3P、硫代-LISiCON、Li导电NaSICON、Li10GeP2S12、聚硫化磷酸锂、或其它固体Li导电材料。阴极104中的其它材料可以包括电子导电添加剂（诸如碳黑）、粘合剂材料、金属盐、塑化剂、填充剂（诸如SiO2）等等。阴极材料被选择成允许用于所期望设计的足够的电解质-阴极界面面积。阴极104在厚度上可大于1微米，优选地大于10微米，并且更优选地大于40微米。在一个实施例中，阴极104的组成包括近似60到85重量百分比的活性材料、近似3到10重量百分比的碳添加剂、以及15到35重量百分比的阴极液。
尽管在图3的实施例中的电池单元100被示出为具有一个分离器108以及一个复合电解质结构110，但是在不同实施例中的电池单元100可省略分离器108或者包括多于一个复合电解质结构110。在电池单元100的不同实施例中，复合电解质结构110可以具有相对于阳极102和阴极104的不同定位。例如，图3描绘了电池单元100，其具有被定位在分离器108与阳极102之间的复合电解质结构110。图4描绘了电池单元100的另一实施例，其中复合电解质结构110被定位在分离器108与阴极104之间。在又一实施例（未示出）中，第一复合电解质结构110被定位在分离器108与阳极102之间，并且第二复合电解质结构110被定位在分离器108与阴极104之间。
在一些实施例中，阳极102附加地或可替换地包括复合电极，所述复合电极具有活性材料（例如Li、Li4Ti5O12、Si或金属间化合物）、离子导电基质（例如固体聚合物电解质、液体电解质、陶瓷电解质（例如纳米线）、固体聚合电解质、或其组合）与电子导电添加剂（例如碳黑）的混合物。在这些实施例中，阳极102还可以包括阳极集电器（例如具有或没有表面处理的铜箔）。
在另外的实施例中，阳极102附加地或可替换地包括基质，所述基质将相关初级离子传导到电池单元100。该基质可以包括液体或胶体电解质、聚合物电解质（诸如聚氧化乙烯（PEO））、或者陶瓷或像玻璃的硫化或氧化离子导体、或组合。基质可以进一步包括（多个）粘合剂、金属盐、塑化剂、诸如SiO2之类的填充剂等等。基质还可以包含被配置成提供导电率的碳。阳极侧上的基质中的材料不需要与阴极侧中的材料是相同的。
在仍另外的实施例中，阳极102附加地或可替换地包括具有或没有改性的石墨Li离子电池阳极。在还仍另外的实施例中，阳极102附加地或可替换地包括Na或Mg金属、或者针对Na或Mg金属离子的合适的夹层化合物。
在各种实施例中，复合电解质结构110包括图1的复合电解质20以及其通过在本文中参考图5-8所描述的过程500、600、700和800所形成的任何变体、如通过溅射所制备的陶瓷薄层（例如LiPON）、“独立的”陶瓷或玻璃陶瓷层（例如LATP）、其中有机相也传导离子的聚合物-陶瓷复合物、以及包括PS-嵌段-PEO的聚合物或胶体。复合电解质结构110的要求部分地取决于复合电解质结构110是接触电池单元中的阳极102还是阴极104。在其中复合电解质结构110直接接触Li阳极（图3）的实施例中，复合电解质结构110必须针对Li金属是稳定的，或形成针对Li金属的稳定固体电解质中间相（SEI）。当复合电解质结构110直接接触Li阳极的时候，复合电解质结构110还必须起作用以抑制锂枝晶或在至少0. 1mA/cm2的电流密度下对Li枝晶渗透有抵抗力。
图5-8描绘了用于形成图1的复合电解质结构20的变体的不同过程。图5图示了用于形成图1的陶瓷-聚合物复合电解质20的第一变体的第一过程500。初始地，诸如锂镧钛氧化物（“LLTO”）的多晶Li离子导电材料被合成，其具有6微米的平均颗粒大小（框502）。这些颗粒然后利用有机膦酸或膦酸酯（诸如1-癸基膦酸或二乙基十一碳-10-烯基膦酸）、例如按照如下来被功能化（框504）：Ruiterkamp、G.J.等人的“Surface functionalization oftitanium dioxide nanoparticles with alkanephosphonic acids for transparentnanocomposites”（Journal of Nanoparticle Research（纳米颗粒研究杂志）, 13 (2011)2779）。经功能化的颗粒然后与纯的或包含小量引发剂的聚乙烯混合，并且被熔融挤压以形成具有20微米的平均厚度的薄膜（框506）。在一些实例中，需要按压来使膜变薄或致密化（框508）。膜然后被短暂地蚀刻，例如利用氧等离子体或UV臭氧，以从LLTO的表面移除残余的有机材料（框510）。
图6图示了用于形成图1的陶瓷-聚合物电解质20的第二变体的第二过程600。在第二过程600中，生长锂镧锆氧化物（“LLZO”）的单晶，其具有20微米的平均晶体大小（框602）。这些颗粒被置于流化床反应器中，并且100nm的非晶二氧化硅（“SiO2”）通过气相过程（诸如溅射）而被沉积到LLZO的表面上（框604）。在沉积之后，颗粒被短暂地退火以使界面均质化（框606）。颗粒然后经由水解作用而被涂覆有3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷（框608）。经涂覆的颗粒然后经由与在水溶性黏合剂中被涂覆的表面接触而被布置在单层中（框610）。表面然后被涂覆有一层紫外（UV）可固化的丙烯酸酯单体，并且整个组装件被UV固化（框612）。然后移除水溶性黏合剂（框614）。在一些实例中，剩余的膜例如利用与氧等离子体或UV臭氧组合的反应离子蚀刻（RIE）或氟化氢（HF）蚀刻而被短暂地蚀刻，来移除残余的有机金属和硅石，从而使LLZO的表面暴露（框616）。
图7图示了用于形成图1的陶瓷-聚合物电解质20的第三变体的第三过程700。在第三过程700中，非晶70/30 mol% Li2S-P2S5的颗粒被制备，其具有10微米的平均颗粒大小（框702）。这些颗粒被置于流化床反应器中，并且200nm的SiO2通过气相过程（诸如溅射）而被沉积到Li2S-P2S5的表面上（框704）。颗粒然后在无水液相中或通过聚苯乙烯接枝而与经三甲氧基硅烷替代的聚苯乙烯或经磺酸盐替代的聚苯乙烯反应（框706）。经反应的颗粒然后以适当的比例与聚苯乙烯溶液混合，并且被流延出以形成具有20微米平均厚度的膜（框708）。在一些实例中，需要按压来使膜变薄或致密化（框710）。膜然后例如通过RIE而被轻度蚀刻，以移除过量的聚合物和SiO2，从而在薄膜的两侧上使硫化物表面暴露（框712）。
图8图示了用于形成图1的陶瓷-聚合物电解质20的第四变体的第四过程800。在第四过程800中，Li导电的玻璃陶瓷（“LICGC”）、磷酸锂铝钛硅（“LATSP”）的颗粒被制备，其具有12微米的平均颗粒大小（框802）。这些颗粒经由典型的溶胶-凝胶过程而被湿法涂覆有SiO2（框804）。具有三氯或三甲氧基-硅烷侧基的聚硅氧烷经由水解作用而被接枝到颗粒的经SiO2涂覆的表面上（框806）。复合物然后被流延成型为膜，所述膜具有12微米的平均干燥厚度（框808）。在一些实例中，需要按压来使膜变薄或致密化（框810）。膜然后例如通过RIE而被轻度蚀刻，以移除过量的聚合物和SiO2，从而在薄膜的两侧上使LATSP表面暴露（框812）。
本文中所公开的复合电解质以及包括所述复合电解质的电池和设备可以用许多不同的类型和配置来被具体化。以下实施例作为示例被提供并且不意图是限制性的。
实施例1：一种复合电解质包含至少一个离子导电无机相和至少一个非导电有机相。初生无机离子导电相由穿过电解质的整个厚度的颗粒或结构所组成，并且在复合隔膜中的不同材料之间的界面具有强附着力特性。
实施例2：所述复合电解质形成一隔膜，所述隔膜具有至少1 E-5 S/cm的平均离子导电率，或在50 ohm-cm2以下（优选地＜10 ohm-cm2）的面积比电阻。
实施例3：在所述复合电解质中的不同材料之间的界面处的强附着力经由使用离子或共价键的未断链来被实现。
实施例4：在所述复合电解质中的不同材料之间的界面处的强附着力经由附着力促进剂或其它表面改性剂来被实现。
实施例5：所述复合电解质针对Li金属是稳定的，或形成针对Li金属的稳定的固体电解质界面（SEI）。
实施例6：所述复合电解质形成独立的柔性膜。
实施例7：所述复合电解质阻止或阻碍溶剂或盐的通过。
实施例8：所述复合电解质具有大于0.8的迁移数t+。
实施例9：所述复合电解质在至少0.lmA/cm2的电流密度下对Li枝晶渗透有抵抗力。
实施例10：一种电池包含复合电解质，所述复合电解质具有至少一个离子导电无机相和至少一个非导电有机相。初生无机离子导电相由穿过电解质的整个厚度的颗粒或结构所组成，并且在复合隔膜中的不同材料之间的界面具有强附着力特性。
实施例11：所述复合电解质起作用以抑制锂枝晶。
实施例12：所述复合电解质起作用以在电池单元的阳极侧和阴极侧中的一个或多个上隔离另外的溶剂、盐、或其它移动材料。
实施例13：所述复合电解质起作用以调制液体、胶体或聚合物电池中的盐浓度梯度，从而使能实现经改善的倍率能力。
虽然已经在附图和前述描述中详细图示和描述了本公开内容，但是其应当被视为在性质上是说明性的而不是限制性的。理解到，已经呈现了仅仅优选的实施例，并且期望保护落在本公开内容的精神内的所有改变、修改和另外的应用。
Claims (20)
1.一种电池单元，包括：
正电极；
负电极；以及
被设置在所述正电极与所述负电极之间的至少一个薄膜复合电解质结构，所述电解质结构包括：
限定厚度的第一侧和第二侧，
从所述第一侧延伸到所述第二侧的非导电有机相部分，以及
分散贯穿所述非导电有机相部分的多个离子导电无机相结构，所述多个离子导电无机相结构中的每一个跨越所述厚度，使得所述多个离子导电无机相结构中每一个的第一部分被暴露在所述第一侧上，并且所述多个离子导电无机相结构中每一个的第二部分被暴露在所述第二侧上，所述多个离子导电无机相结构中的每一个与所述非导电有机相部分限定相应界面，其中所述相应界面中的每一个包括离子键和共价键中至少一个的未断链，以便将所述非导电有机相部分稳固地附着到所述多个离子导电无机相结构中的每一个。
2.根据权利要求1所述的电池单元，进一步包括被设置在所述正电极与所述负电极之间的分离器，所述电解质结构被设置在所述分离器与所述负电极之间。
3.根据权利要求2所述的电池单元，其中所述负电极由锂金属形成，并且其中所述电解质结构被配置成在至少0.l mA/cm2的电流密度下抵抗枝晶渗透。
4.根据权利要求1所述的电池单元，进一步包括被设置在所述正电极与所述负电极之间的分离器，所述电解质结构被设置在所述分离器与所述正电极之间。
5.根据权利要求1所述的电池单元，进一步包括液体电解质、胶体电解质以及聚合物电解质中的一个，其中所述电解质结构被配置成调制在液体电解质、胶体电解质以及聚合物电解质中的一个中的盐浓度梯度。
6.根据权利要求1所述的电池单元，其中所述电池单元是两隔室电池单元，其具有在第一隔室中的阳极液和在第二隔室中的阴极液，所述电解质结构被配置成将所述阳极液与所述阴极液自彼此分离。
7.根据权利要求1所述的电池单元，其中所述电解质结构形成独立的柔性膜，其具有大于0.8的迁移数。
8.根据权利要求1所述的电池单元，其中所述电解质结构具有至少1 E-5 S/cm的平均离子导电率。
9.一种复合电解质结构，包括：
限定厚度的第一侧和第二侧，
从所述第一侧延伸到所述第二侧的非导电有机相部分；以及
分散贯穿所述非导电有机相部分的多个离子导电无机相结构，所述多个离子导电无机相结构中的每一个跨越所述厚度，使得所述多个离子导电无机相结构中每一个的第一部分被暴露在所述第一侧上，并且所述多个离子导电无机相结构中每一个的第二部分被暴露在所述第二侧上，所述多个离子导电无机相结构中的每一个与所述非导电有机相部分限定相应界面，其中所述相应界面中的每一个包括离子键和共价键中至少一个的未断链，以便将所述非导电有机相部分稳固地附着到所述多个离子导电无机相结构中的每一个。
10.根据权利要求9所述的复合电解质结构，其中所述相应界面中的每一个包括附着力促进剂，所述附着力促进剂被配置成改善在所述多个离子导电无机相结构中的每一个与所述非导电有机相部分之间的附着力。
11.根据权利要求9所述的复合电解质结构，其中所述多个离子导电无机相结构中的每一个的第三部分在所述第一侧和所述第二侧之间未暴露，所述第三部分通过表面改性剂而被改性以便改善对于所述非导电有机相部分的附着力。
12.根据权利要求9所述的复合电解质结构，其中所述多个离子导电无机相结构中的每一个（i）由单晶材料、多晶材料、或非晶材料中的一个形成，并且（ii）具有预定的平均颗粒大小，所述预定的平均颗粒大小是从6到20μm的大小范围中的一个大小。
13.根据权利要求9所述的复合电解质结构，其中所述多个离子导电无机相结构中的每一个由多晶材料形成，并且具有一表面部分，所述表面部分被功能化以改善对于所述非导电有机相部分的附着力。
14.根据权利要求13所述的复合电解质结构，其中所述多晶材料是锂镧钛氧化物，并且所述非导电有机相部分是聚乙烯。
15.根据权利要求9所述的复合电解质结构，其中所述多个离子导电无机相结构中的每一个由单晶材料形成，所述结构各自包括被设置在所述结构的一表面上的第一附着力促进剂的第一层以及被设置在所述第一层上的第二附着力促进剂的第二层。
16.根据权利要求15所述的复合电解质结构，其中：
所述单晶材料是锂镧锆氧化物，
所述第一附着力促进剂是二氧化硅，
所述第二附着力促进剂是3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷，并且
所述非导电有机相部分是紫外可固化的丙烯酸酯单体。
17.根据权利要求9所述的复合电解质结构，其中所述多个离子导电无机相结构中的每一个由非晶材料形成，所述结构各自包括被设置在所述结构的一表面上的第一附着力促进剂的第一层以及与所述第一层反应的第二附着力促进剂。
18.根据权利要求17所述的复合电解质结构，其中：
所述非晶材料是以70/30 mol%的比例的Li2S-P2S5，
所述第一附着力促进剂是二氧化硅，
所述第二附着力促进剂是经三甲氧基硅烷替代的聚苯乙烯或经磺酸盐替代的聚苯乙烯中的一个，并且
所述非导电有机相部分是聚苯乙烯。
19.根据权利要求9所述的复合电解质结构，其中所述多个离子导电无机相结构中的每一个由玻璃陶瓷材料形成，所述结构各自包括被设置在所述结构的一表面上的第一附着力促进剂的第一层以及被接枝在所述第一层上的第二附着力促进剂。
20.根据权利要求19所述的复合电解质结构，其中：
所述玻璃陶瓷材料是磷酸锂铝钛硅，
所述第一附着力促进剂是二氧化硅，并且
所述第二附着力促进剂是具有三氯-硅烷侧基或三甲氧基-硅烷侧基中的一个的聚硅氧烷。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201762571348P | 2017-10-12 | 2017-10-12 | |
| US62/571348 | 2017-10-12 | ||
| PCT/EP2018/077034 WO2019072684A1 (en) | 2017-10-12 | 2018-10-04 | THIN-FILM ELECTROLYTE UNIQUE ION CONDUCTOR CERAMIC-POLYMER COMPOSITE |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111183543A true CN111183543A (zh) | 2020-05-19 |
| CN111183543B CN111183543B (zh) | 2023-08-18 |
Family
ID=63914993
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201880066190.3A Active CN111183543B (zh) | 2017-10-12 | 2018-10-04 | 陶瓷-聚合物复合单离子导电薄膜电解质 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11456481B2 (zh) |
| EP (1) | EP3695452A1 (zh) |
| CN (1) | CN111183543B (zh) |
| WO (1) | WO2019072684A1 (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114597591B (zh) * | 2022-05-10 | 2022-08-12 | 四川新能源汽车创新中心有限公司 | 锂电池隔膜及其制备方法和应用 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009051872A (ja) * | 2007-08-23 | 2009-03-12 | Toyota Motor Corp | 多孔質膜の製造方法、高分子電解質の製造方法、多孔質膜、高分子電解質膜、及び固体高分子型燃料電池 |
| RU2008127397A (ru) * | 2005-12-06 | 2010-01-20 | Эл Джи Кем, Лтд. (Kr) | Органическо/неорганический композитный разделитель, имеющий градиент морфологии, способ его изготовления и содержащее его электрохимическое устройство |
| US20140065513A1 (en) * | 2012-08-29 | 2014-03-06 | Michael Edward Badding | Ion-conducting composite electrolyte comprising path-engineered particles |
| US20150024256A1 (en) * | 2013-07-16 | 2015-01-22 | Ford Global Technologies, Llc | Flexible composite solid polymer electrochemical membrane |
| US20150171430A1 (en) * | 2013-12-16 | 2015-06-18 | Robert Bosch Gmbh | Method for manufacturing a functional layer for a lithium cell |
| US20150255767A1 (en) * | 2014-03-06 | 2015-09-10 | Asahi Kasei Kabushiki Kaisha | Ion conducting hybrid membranes |
| US20160028114A1 (en) * | 2008-02-13 | 2016-01-28 | Seeo, Inc. | Multi-phase electrolyte lithium batteries |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102016208532A1 (de) * | 2016-05-18 | 2017-11-23 | Schott Ag | Lithiumionenleitendes Verbundmaterial, umfassend wenigstens ein Polymer und lithiumionenleitende Partikel |
-
2018
- 2018-10-04 CN CN201880066190.3A patent/CN111183543B/zh active Active
- 2018-10-04 WO PCT/EP2018/077034 patent/WO2019072684A1/en unknown
- 2018-10-04 EP EP18789332.6A patent/EP3695452A1/en active Pending
- 2018-10-04 US US16/645,366 patent/US11456481B2/en active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2008127397A (ru) * | 2005-12-06 | 2010-01-20 | Эл Джи Кем, Лтд. (Kr) | Органическо/неорганический композитный разделитель, имеющий градиент морфологии, способ его изготовления и содержащее его электрохимическое устройство |
| JP2009051872A (ja) * | 2007-08-23 | 2009-03-12 | Toyota Motor Corp | 多孔質膜の製造方法、高分子電解質の製造方法、多孔質膜、高分子電解質膜、及び固体高分子型燃料電池 |
| US20160028114A1 (en) * | 2008-02-13 | 2016-01-28 | Seeo, Inc. | Multi-phase electrolyte lithium batteries |
| US20140065513A1 (en) * | 2012-08-29 | 2014-03-06 | Michael Edward Badding | Ion-conducting composite electrolyte comprising path-engineered particles |
| US20150024256A1 (en) * | 2013-07-16 | 2015-01-22 | Ford Global Technologies, Llc | Flexible composite solid polymer electrochemical membrane |
| US20150171430A1 (en) * | 2013-12-16 | 2015-06-18 | Robert Bosch Gmbh | Method for manufacturing a functional layer for a lithium cell |
| US20150255767A1 (en) * | 2014-03-06 | 2015-09-10 | Asahi Kasei Kabushiki Kaisha | Ion conducting hybrid membranes |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20210119244A1 (en) | 2021-04-22 |
| CN111183543B (zh) | 2023-08-18 |
| WO2019072684A1 (en) | 2019-04-18 |
| EP3695452A1 (en) | 2020-08-19 |
| US11456481B2 (en) | 2022-09-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7279115B2 (ja) | アノード活物質、カソード活物質及び固体電解質のためのナノ加工コーティング並びにナノ加工コーティングを含む電池の製造方法 | |
| Umeshbabu et al. | Recent progress in all-solid-state Lithium− Sulfur batteries using high Li-ion conductive solid electrolytes | |
| Zhang et al. | Towards better Li metal anodes: challenges and strategies | |
| Wu et al. | In situ formation of stable interfacial coating for high performance lithium metal anodes | |
| US11043696B2 (en) | Metal alloy layers on substrates, methods of making same, and uses thereof | |
| US9249522B2 (en) | Electrophoretic deposition of thin film batteries | |
| KR102165543B1 (ko) | 고체 상태 전해질 물질을 가진 이온-전도 배터리 | |
| JP4997400B2 (ja) | 高分子固体電解質電池およびこれに用いられる正極シートの製造方法 | |
| JP7102556B2 (ja) | 固体電解質膜及びこれを含む全固体電池 | |
| CN111201660B (zh) | 固体电解质组合物、全固态二次电池及其制造方法 | |
| CN107134589A (zh) | 硫化物固体电解质材料、锂固体电池和硫化物固体电解质材料的制造方法 | |
| Jin et al. | Self-healing wide and thin Li metal anodes prepared using calendared Li metal powder for improving cycle life and rate capability | |
| Baniya et al. | Mitigating interfacial mismatch between lithium metal and garnet-type solid electrolyte by depositing metal nitride lithiophilic interlayer | |
| US20180159182A1 (en) | Linker-functionalized cathodes for solid state batteries | |
| CN111247673B (zh) | 活性物质层形成用组合物、电池、电极片及相关制造方法 | |
| CN111213213B (zh) | 固体电解质组合物、含固体电解质的片材及全固态二次电池、以及含固体电解质的片材及全固态二次电池的制造方法 | |
| Raja et al. | High performance multi-functional trilayer membranes as permselective separators for lithium–sulfur batteries | |
| CN112602208B (zh) | 全固态电池的电极和制造包括该电极的电极组件的方法 | |
| Wang et al. | Rational design of an electron/ion dual-conductive cathode framework for high-performance all-solid-state lithium batteries | |
| WO2020196040A1 (ja) | 全固体リチウムイオン二次電池とその製造方法、及び負極用積層シート | |
| CN111183543B (zh) | 陶瓷-聚合物复合单离子导电薄膜电解质 | |
| JP2018113142A (ja) | リチウム硫黄電池 | |
| JP2017162597A (ja) | 電極用材料、これを用いた全固体二次電池用電極シートおよび全固体二次電池ならびに全固体二次電池用電極シートおよび全固体二次電池の製造方法 | |
| JPWO2019203334A1 (ja) | 固体電解質組成物、全固体二次電池用シート、及び全固体二次電池、並びに、全固体二次電池用シート若しくは全固体二次電池の製造方法 | |
| KR20200050627A (ko) | 겔형 고분자 전해질을 포함하는 전고체전지용 복합 전극, 그의 제조방법 및 그를 포함하는 전고체 리튬 전지 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |