CN111712891A - 用于电解质支撑和加工的多孔陶瓷纤维 - Google Patents

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Abstract

电池组电池的电解质结构包括配置为薄膜固体电解质的第一部分和毗邻第一部分安置的第二部分。第二部分包含接触电解质的多孔陶瓷纤维材料。所述电解质结构配置为安置在正电极和锂金属负电极之间。所述多孔陶瓷纤维材料通过加强电解质以抵抗内应力和与电池组电池的制造和/或运行相关联的外应力而机械支撑电解质。所述多孔陶瓷纤维材料还提供基底，在其上沉积、生长或以其它方式形成电解质。在一个实施方案中，具有多孔陶瓷纤维材料的第二部分配置为在将电解质结构安置在正电极和负电极之间后除去。电解质在一个实施方案中由锂磷氧氮（LiPON）形成。

Description

用于电解质支撑和加工的多孔陶瓷纤维
本申请要求2017年12月22日提交的美国临时申请62/609,946的权益，其公开内容全文经此引用并入本文。
政府权利公告
在美国能源部高级研究计划局-能源(ARPA-E)依据DE-AR0000775给予的政府资助下作出本发明。政府在本发明中享有某些权利。
领域
本公开涉及电池组，更特别涉及包括用多孔陶瓷纤维材料支撑或加工的薄膜固体电解质的电池组。
背景
电池组是可并入许多系统中的有用的储能来源。由于它们与其它电化学储能装置相比的高比能量，可再充电锂离子（“Li离子”）电池组是用于便携式电子设备和电动车辆和混合动力车辆的有吸引力的储能系统。特别地，与具有常规碳质负电极的电池组相比，具有并入负电极或阳极中的某种形式的锂（“Li”）金属的电池组提供格外高的比能量（以Wh/kg测得）和能量密度（以Wh/L测得）。
电池组通常由阳极、阴极和在它们之间的电解质组成。电解质配置为使离子移动，同时抵抗电子流，这允许电子移动到电池组外以提供有用功。阴极和阳极被隔膜隔开，隔膜通常配置为防止可能造成短路的电子传递、防止液体电解质的传输和防止Li枝晶生长。用于电池组的现有隔膜以不同形式和材料出现。一个实例是由多孔陶瓷纤维形成的隔膜。这些陶瓷纤维隔膜的材料被认为多孔，因为该材料允许Li离子在阳极和阴极之间移动，但其用作“隔膜”以防止电短路和/或防止液体电解质的传输。由多孔陶瓷纤维形成的隔膜表现出机械强度和热稳定性等所需属性。这些隔膜通常由普及的陶瓷，如氧化钛和其它过渡金属氧化物形成。
由于液体电解质的相对高离子传导性，现有可再充电Li离子电池组通常使用液体电解质。使用液体或聚合物电解质的另一显著优点是其适应在电池组循环过程中嵌入和脱出锂时改变体积的阴极活性材料(“CAM”)颗粒的体积变化的能力。相反，全陶瓷电池组可能由于这些体积变化而发生疲劳和破裂，尤其是在阴极内。液体阴极电解质的另一优点是CAM的所有表面的更好润湿，以允许CAM的更好利用。
尽管有这些优点，但液体电解质通常是可燃物质，这引起安全问题。液体电解质也与Li金属阳极不相容，这妨碍更高的能量密度。工业上趋向于固态电池组，其包含固体电解质，以减轻这些问题。转向使用固体电解质的一个挑战是找到具有下列属性的电解质：(1)固体电解质对所需阴极和阳极电化学稳定；(2) 固体电解质具有所需离子传导性而没有电子传导性；和(3) 固体电解质具有机械强度、温度稳定性和对安全性和快速充电的其它要求。
一类有前途的固体电解质材料包括薄膜基玻璃质材料，如LiPON。LiPON是用于薄膜Li金属电池组电池的公知电解质。玻璃质材料如LiPON作为面向Li金属的电解质的一个显著优点是其缺乏晶界。晶界是一种破坏点，在此Li长丝可沿晶界生长并最终使电池短路。在由LiPON形成的电解质中缺乏晶界通常阻止了Li长丝的生长。
玻璃质材料，如LiPON受制于一些问题。例如，LiPON通常被认为具有较不理想的机械强度。此外，LiPON通常通过溅射到基底上或通过借助一些其它方法沉积到基底上来形成。当基底在沉积过程中熔融时，所得表面不光滑或不均匀，这可提高界面电阻率和/或提高机械应力，由此降低该材料的总体机械稳定性。另外，LiPON通常通过昂贵的真空沉积法生长，并且其锂离子电导率在室温下为大约1e-6 S/cm。因此，对于实际的高电流用途，LiPON通常作为100纳米至几微米的薄层沉积。尽管固体电解质可由具有更高电导率的其它玻璃质材料（例如高达1e-2 S/cm的硫化物）形成，但由这些其它玻璃质材料形成的电解质仍受制于较不理想的机械强度并用类似的沉积法形成。
因此需要具有提高的机械强度和改进的可加工性的薄膜电解质。
概述
固态电池组电池在一个实施方案中包括正电极、包含锂金属的负电极和布置在正电极和负电极之间的电解质结构，所述电解质结构包括配置为薄膜固体电解质的第一部分和毗邻第一部分安置的第二部分，第二部分包含接触薄膜固体电解质的多孔陶瓷纤维材料。所述多孔陶瓷纤维材料通过加强电解质以抵抗内应力和与电池组电池的制造和运行相关联的外应力而机械支撑薄膜固体电解质。所述多孔陶瓷纤维材料增强与薄膜固体电解质、正电极和负电极的附着力。所述多孔陶瓷纤维材料配置为基底，在其上沉积、生长或以其它方式形成薄膜固体电解质。
电池组电池在一个实施方案中包括包含锂金属的负电极、包含活性材料颗粒和液体电解质的多孔复合正电极和布置在负电极和正电极之间的电解质结构，所述电解质结构包括配置为薄膜固体电解质的第一部分和毗邻第一部分安置的第二部分，第二部分包含接触薄膜固体电解质的多孔陶瓷纤维材料，所述电解质结构的第一部分接触负电极且多孔陶瓷纤维材料的孔隙被液体电解质填充。
生产电池组电池的方法在一个实施方案中包括通过在包含多孔陶瓷纤维材料的第二部分上形成配置为薄膜固体电解质的第一部分而制造电解质结构，所述多孔陶瓷纤维材料接触薄膜固体电解质；和将所述电解质结构安置在电池组电池的正电极和锂金属负电极之间以使所述电解质结构接触正电极和负电极。
附图简述
图1描绘了在电池中的第一布置下具有包含薄膜固体电解质和多孔陶瓷纤维基底的电解质结构的电化学电池的简化示意图；
图2描绘了在电池中的第二布置下具有包含薄膜固体电解质和多孔陶瓷纤维基底的电解质结构的电化学电池的简化示意图；
图3描绘了在与复合阴极和液体电解质联合的第三布置下具有包含薄膜固体电解质和多孔陶瓷纤维基底的电解质结构的杂化电化学电池的简化示意图；和
图4图解了形成图3的杂化电化学电池的方法。
详述
为了利于理解本公开的原理，现在参考在附图中图解和在下列书面说明书中描述的实施方案。要理解的是，无意由此限制本公开的范围。进一步理解的是，本公开包括对所示实施方案的任何变动和修改并包括如本公开所属领域的技术人员会正常想到的本公开的原理的进一步应用。
图1描绘了电化学电池100。电化学电池100包括阳极或负电极102、阴极或正电极104和具有第一部分112和第二部分114的电解质110。阳极102包含Li金属或可以电化学可逆地嵌入和脱出Li离子的一些其它Li嵌入材料。阳极102的尺寸使得其具有至少与相关阴极104一样大的容量，和优选至少10%的过量容量，和在一些实施方案中高达大于50%的容量。
阴极104包含至少活性材料和配置为传导与电池100相关的初级离子的基质的混合物。活性材料在各种实施方案中包括硫或含硫材料（例如PAN-S复合材料或Li2S）；空气电极；Li嵌入材料，如NCM、LiNi0.5Mn1.5O4、富锂层状氧化物、LiCoO2、LiFePO4、LiMn2O4；富锂NCM、NCA和其它嵌锂材料或其共混物；或与Li阳离子和/或电解质阴离子反应和/或插入Li阳离子和/或电解质阴离子的任何其它活性材料或材料共混物。
基质在各种实施方案中包括传导Li的凝胶、聚合物或其它固体电解质。阴极104中的固体电解质材料可进一步包括传导锂的石榴石、传导锂的硫化物（例如Li2S—P2S5）或磷酸盐、Li3P、LIPON、传导Li的聚合物（例如聚环氧乙烷(PEO)或聚己内酯(PCL)）、传导Li的金属有机骨架、Li3N、Li3P、硫代LISiCON、传导Li的NaSICON、Li10GeP2S12、多硫代磷酸锂（lithium polysulfidophosphate）或其它固体的传导锂的材料。阴极104中的其它材料可包括电子导电添加剂，如炭黑、粘合剂材料、金属盐、增塑剂、填料如SiO2等。选择阴极材料，以实现对所需设计而言足够的电解质-阴极界面面积。阴极104在厚度上可大于1微米，优选大于10微米，更优选大于40微米。在一个实施方案中，阴极104的组合物包含大约60至85重量%活性材料、大约3至10重量%碳添加剂和15至35重量%阴极电解质。
图1中所示的电解质结构110的第一部分112形成薄膜固体电解质。第一部分112包含玻璃质材料如LiPON或另一具有类似或更高Li离子电导率的玻璃质材料。第一部分112具有面向阳极的第一面116和在第一方向120上与面向阳极的第一面116隔开的面向阴极的第一面118。如图1的实施方案中所示，第一部分112的面向阳极的第一面116配置为附着于或以其它方式接触阳极102。换言之，第一部分112贴着阳极102安置。第一方向120通常对应于在本公开中表征和比较电池100的结构的各自厚度的方向。例如，第一部分112具有相对于第一方向120大约100纳米至几微米的厚度。在另一些实施方案中，第一部分112具有比参照图1描述的小或大的厚度。
图1中所示的电解质结构110的第二部分114包含多孔陶瓷纤维材料。在一些实施方案中，第二部分114的多孔陶瓷纤维材料包括氧化钛。多孔陶瓷纤维材料在另一些实施方案中包括其它过渡金属氧化物。在再一些实施方案中，多孔陶瓷纤维材料114包括其它陶瓷。本文所用的术语“多孔陶瓷纤维材料”包括其纳米级组分主要包括陶瓷纳米线，尤其是过渡金属氧化物纳米线的任何材料。
电解质结构110的第二部分114具有面向阳极的第二面122和在第一方向120上与面向阳极的第二面122隔开的面向阴极的第二面124。如图1的实施方案中所示，第二部分114的面向阳极的第二面122配置为附着于或以其它方式接触第一部分112的面向阴极的第一面118。第二部分114的面向阴极的第二面124配置为附着于或以其它方式接触阴极104。换言之，第二部分114安置在第一部分112和阴极104之间。第二部分114具有大约10至20微米的厚度。在另一些实施方案中，第二部分114具有比参照图1描述的小或大的厚度。
第二部分114在一些实施方案中由于陶瓷纳米线而可弯曲。在另一些实施方案中，以减轻第二部分114中的挠曲的方式布置陶瓷纳米线。在一些实施方案中，陶瓷纳米线具有大约50纳米的平均直径，但在另一些实施方案中平均直径大于或小于50纳米。陶瓷纳米线界定分散遍布第二部分114的厚度的许多孔隙和朝向第二部分的表面的开口。孔隙通常以大约100纳米的尺寸不规则形成。在另一些实施方案中，孔隙具有大于或小于100纳米的尺寸。陶瓷纳米线在一些实施方案中在它们的接合处互相结合以形成电解质结构110的第二部分。
图2描绘了电化学电池200。电池200类似于图1的电池100之处在于电池200包括阳极102、阴极104和电解质结构210。电池200的电解质结构210包括与电解质结构110的第一部分112和第二部分114类似的第一部分212和第二部分214。电解质结构210的第一部分212和第二部分214的组成和其它属性与参照电解质结构110描述的第一部分112和第二部分114基本相同。但是，与电解质结构110中的第一部分112和第二部分114的位置相比，电解质结构210中的第一部分212和第二部分214的位置相对于阳极102和阴极104反转。
特别地，如图2中所示，第二部分214的面向阳极的第二面222配置为附着于或以其它方式接触阳极102。换言之，包含多孔陶瓷纤维材料的第二部分214贴着阳极102安置。类似地，第一部分212的面向阳极的第一面216配置为附着于或以其它方式接触第二部分214的面向阴极的第二面224。第一部分212的面向阴极的第一面218配置为附着于或以其它方式接触阴极104。换言之，包含固体电解质的电解质结构210的第一部分212安置在第二部分214和阴极104之间。
图3描绘了电化学电池300。电池300类似于图1的电池100之处在于电池300包括阳极102和电解质结构310。电池300的电解质结构310包括与电解质结构110的第一部分112和第二部分114类似的第一部分312和第二部分314。电解质结构310的第一部分312和第二部分314的组成和其它属性与参照电解质结构110描述的第一部分112和第二部分114基本相同。
特别地，如图3中所示，第一部分312具有面向阳极的第一面316和面向阴极的第一面318。面向阳极的第一面316配置为附着于或以其它方式接触阳极102。换言之，包括固体电解质的第一部分312贴着阳极102安置。第二部分314具有面向阳极的第二面322和面向阴极的第二面324。第二部分314的面向阳极的第二面322配置为附着于或以其它方式接触第一部分312的面向阴极的第一面318。
电池300进一步包括多孔复合阴极304，其包含阴极活性材料颗粒306（“CAM”）和液体电解质308。复合阴极304具有大约50至150微米的厚度。在另一些实施方案中，复合阴极304具有比参照图3描述的小或大的厚度。第二部分314的面向阴极的第二面324配置为附着于或以其它方式接触复合阴极304。换言之，包含多孔陶瓷纤维材料的第二部分314安置在第一部分312和复合阴极304之间。液体电解质308填充电解质结构310的第二部分314中的多孔陶瓷纤维材料的孔隙。图3显示了仅为图解说明的目的放大并互相平行排列的多孔陶瓷纤维材料的孔隙。多孔陶瓷纤维材料的孔隙通常如上文联系图1的实施方案所述具有不规则形状和尺寸。
本文所述的电解质结构110、210和310具有许多优点。在一些情况下，这些优点归因于电解质结构110、210和310与电池的其它结构的关系。在另一些情况下，优点源自用于形成电解质结构110、210和310的方法、用于将所述电解质结构110、210、310并入电池中的方法、或两者。联系电解质结构110、210和310使用的多孔陶瓷纤维材料特别可用作(1) 用于固体电解质的机械支撑件和(2) 用于改进固体电解质的加工的基底中的一个或两个。
一般而言，作为机械支撑件，多孔陶瓷纤维材料加强电解质以抵抗内应力（例如Li枝晶）或在电池组制造过程中或在电池组运行中的外应力（例如机械或温度条件）。作为基底，多孔陶瓷纤维材料提供表面，在其上生长或其它方式加工另一电解质。与多孔陶瓷纤维材料一起加工的电解质可具有所需电化学性质，如低成本、高Li稳定性或高离子电导率，并由玻璃或陶瓷形成。电解质结构110、210和310具有下列附加配置和优点。
多孔陶瓷纤维材料（即第二部分114、214和314）在一些实施方案中为电解质（即第一部分112、212和312）提供机械支撑件。在电解质制造阶段的过程中、在电池制造阶段的过程中或在通常作为隔膜加入类似材料的任何地方加入多孔陶瓷纤维材料。多孔陶瓷纤维材料意在与具有其它理想性质（例如离子电导率、对Li金属阳极的稳定性）但具有不太理想的机械强度的电解质，如LiPON联合使用。多孔陶瓷纤维材料增加对整个电解质的机械加强作用。多孔陶瓷纤维材料的加入加强电解质以抵抗内应力（例如Li枝晶）或外应力（例如机械或温度条件）。多孔陶瓷纤维材料也增加整个电解质的柔性，由此显著改进该材料的可加工性。
多孔陶瓷纤维材料在一些实施方案中提供用于沉积电解质的基底。通过溅射、气相沉积或任何其它沉积方法沉积电解质。纤维材料的最佳热性质允许该沉积的平滑成层，由此增强表面接触和降低机械应力。在一些实施方案中，在并入电池中后通过化学或机械法除去纤维材料。在另一些实施方案中，如果该材料具有足够的离子传递和电化学稳定性性质，该纤维材料留在最终电池中。
在一些实施方案中，多孔陶瓷纤维材料提供表面，在其上生长玻璃质电解质的薄层。这些玻璃质电解质由于它们与Li金属一起使用时的几个独特优点而引起兴趣。由于它们的固有高的电阻率，这些玻璃质电解质通常具有2至5 um的厚度，因此需要合适的主体，在其上生长薄膜。多孔陶瓷纤维材料提供合适的主体。通过这种方法可考虑不同类型的玻璃质材料，包括LiPON和其它氮氧化锂。多孔陶瓷纤维材料的增强的热稳定性实现更平滑的表面和因此更低的界面电阻率和/或与更低的不均匀形态相关联的机械应力。
多孔陶瓷纤维材料在还另一个实施方案中提供用于加工或生产电解质的基底，如通过流延成型、浸涂或一些其它生产方法，其也可带来机械或表面附着力功能。多孔陶瓷纤维材料可用作基底，用其可以进行其它陶瓷氧化物的流延成型法。一个实例是在多孔陶瓷基底上与烧结剂和致孔剂一起利用石榴石（LLZO及其变体）的流延成型。由于该陶瓷多孔纤维，普通烧结法也将实现额外机械增强和柔性。调节陶瓷纤维的表面性质可进一步增强石榴石材料在陶瓷基底上的附着力。
多孔陶瓷纤维材料也可用作基底以浸涂基于硫化物的陶瓷材料。浸涂可由基于硫化物的电解质（在合适溶剂中）的溶液或由硫化物的熔体（与氧化物相比通常低温熔体）进行。浸涂提供多孔陶瓷隔膜的孔隙的均匀吸液并形成潜在无缺陷的表面。由于通过陶瓷支撑件稳定了几何面积，然后可对该材料施以退火/烧结而不发生尺寸的显著变化。
多孔陶瓷纤维材料在再另一个实施方案中提供独特的表面功能以增强电解质材料（硫化物、氧化物、玻璃）的附着力和增加机械柔性以增强隔膜的操作能力。增强的操作性质非常理想以能够实现电池组电池生产的卷对卷加工。
电解质结构110、210和310配置为用作唯一的电解质，如在电池100（图1）和电池200（图2）中或在杂化电池如电池300（图3）中。在杂化电池300中，多孔陶瓷纤维材料为与Li金属负电极交界的致密陶瓷或玻璃层提供基底，同时该纤维材料的孔隙被也填充复合阴极304的孔隙的液体或聚合物电解质（即阴极电解质）填充。
由于它们作为薄膜形成，标准LiPON型电解质通常缺乏机械强度。通过将LiPON型材料作为薄导电层添加在较厚支撑件，如联系电解质结构110、210和310描述的多孔陶瓷纤维材料之上，该电解质材料更容易操作并可集成到具有通过更便宜的常规方法加工的较厚电极的电池组中。由于其厚度（大约10至30微米）比LiPON层大得多，该支撑件需要具有比LiPON相对高得多的电导率（大约1e-4 S/cm或更高）。
通过用液体电解质或另一具有高电导率的固体电解质（聚合物或陶瓷）填充多孔陶瓷纤维材料的孔隙，提供这种较高电导率。用作隔膜的多孔陶瓷纤维材料倾向于具有比Li离子电池中使用的常规聚烯烃隔膜高的孔隙率，这种较高孔隙率在电解质填充孔隙时进一步增强隔膜的总体电导率。此外，由于其改进的机械性质和热性质，陶瓷隔膜可制造得比常规聚烯烃隔膜甚至更薄而不影响电池组安全性。
图4描绘了用于形成电化学电池，如图3的电池300的方法400，该电池具有包含多孔陶瓷纤维材料的电解质结构。最初，通过将包含薄陶瓷或玻璃质固体电解质的第一部分312沉积到包含多孔陶瓷纤维材料的第二部分314上而形成电解质结构310（方框402）。第二部分314具有大约10至20微米的厚度，而第一部分312沉积到小于1微米的厚度。一旦形成电解质结构310（方框402），将电解质结构310安置在包含Li金属的阳极102和包含CAM颗粒306的多孔复合阴极304之间（方框404）。
复合阴极304具有大约50至150微米的厚度。如果阴极304是Li源，阳极102中的Li金属的量通常相当于阴极304中所含的容量的小于20%。对于一开始为充电状态（脱锂）的其它阴极材料，将该容量构建到负电极中。然后将液体电解质308填充到第二部分314的多孔陶瓷纤维材料的孔隙和复合阴极304的孔隙中（方框406）。
本文中公开的电解质结构以及包括该电解质结构的电池组和装置可以许多不同的类型和配置实施。下列实施方案作为实例提供并且无意构成限制。
实施方案1: 作为固体电解质的机械支撑件的多孔陶瓷纤维材料。
实施方案2: 其中所述固体电解质是LiPON或一些其它薄膜。
实施方案3: 其中所述多孔陶瓷纤维材料在电池中安置在阴极和电解质之间[图1和3]或安置在阳极和电解质之间[图2]。
实施方案4: 其中所述多孔陶瓷纤维材料与如图3中所示的复合阴极一起使用和/或被液体电解质填充。
实施方案5: 实现与电解质和/或阳极和/或阴极的良好附着力的多孔陶瓷纤维材料。
实施方案6: 其中所述多孔陶瓷纤维材料在电池中安置在阴极和电解质之间[图1、3]或安置在阳极和电解质之间[图2]。
实施方案7: 其中所述多孔陶瓷纤维材料含有液体电解质并毗邻复合阴极[图3]。
实施方案8: 作为用于制造固体电解质的基底的多孔陶瓷纤维材料。
实施方案9: 其中所述固体电解质是LiPON或一些其它薄膜。
实施方案10: 其中所述固体电解质通过溅射或一些其它沉积方法沉积。
实施方案11: 其中通过流延成型、浸涂或一些其它加工方法加工所述固体电解质。
实施方案12: 其中所述多孔陶瓷纤维材料在电池中安置在阴极和电解质之间[图1、3]或安置在阳极和电解质之间[图2]。
实施方案13: 其中在安置在电池中之前通过一些化学、机械或其它手段除去多孔陶瓷纤维材料。
实施方案14: 其中将液体电解质加入此时毗邻复合阴极的多孔陶瓷纤维材料中[图3]。
尽管在附图和上文的说明书中已经详细图解和描述了本公开，但其在性质上应该被视为示例性而非限制性的。要理解的是，仅呈现优选实施方案并且希望保护在本公开的精神内的所有变动、修改和进一步应用。

Claims (20)

1.固态电池组电池，其包括：
正电极；
含锂金属的负电极；和
布置在正电极和负电极之间的电解质结构，所述电解质结构包括配置为薄膜固体电解质的第一部分和毗邻第一部分安置的第二部分，第二部分包含接触薄膜固体电解质的多孔陶瓷纤维材料。
2.权利要求1的固态电池组电池，其中所述多孔陶瓷纤维材料配置为通过加强薄膜固体电解质以抵抗内应力和与电池组电池的制造和运行的一种或多种相关联的外应力而机械支撑薄膜固体电解质。
3.权利要求1的固态电池组电池，其中所述多孔陶瓷纤维材料配置为基底，在其上沉积、生长或以其它方式形成薄膜固体电解质。
4.权利要求1的固态电池组电池，其中所述多孔陶瓷纤维材料配置为增强与薄膜固体电解质、正电极和负电极的一个或多个的附着力。
5.权利要求1的固态电池组电池，其中第二部分的表面具有配置为经过调节的表面性质，以进一步增强多孔陶瓷纤维材料与薄膜固体电解质、正电极和负电极的一个或多个的附着力。
6.权利要求1的固态电池组电池，其中：
电解质结构的第一部分具有配置为接触负电极的第一面和与第一面隔开并面向第二部分的第二面，且
电解质结构的第二部分具有配置为接触正电极的第三面和与第三面隔开并配置为接触第一部分的第二面的第四面。
7.权利要求1的固态电池组电池，其中：
电解质结构的第一部分具有配置为接触正电极的第一面和与第一面隔开并面向第二部分的第二面，且
电解质结构的第二部分具有配置为接触负电极的第三面和与第三面隔开并配置为接触第一部分的第二面的第四面。
8.权利要求1的固态电池组电池，其中：
电解质结构的第一部分在正电极和负电极之一和第二部分之间具有100纳米至5微米的第一厚度，且
电解质结构的第二部分在正电极和负电极的另一个和第一部分之间具有10至20微米的第二厚度。
9.权利要求8的固态电池组电池，其中电解质结构的第二部分具有至少1e-4 S/cm或更高的电导率。
10.权利要求1的固态电池组电池，其中第一部分的薄膜固体电解质由锂磷氧氮（LiPON）形成。
11.电池组电池，其包括：
含锂金属的负电极；
包括活性材料颗粒和液体电解质的多孔复合正电极；和
布置在负电极和正电极之间的电解质结构，所述电解质结构包括配置为薄膜固体电解质的第一部分和毗邻第一部分安置的第二部分，第二部分包含接触薄膜固体电解质的多孔陶瓷纤维材料，其中所述电解质结构的第一部分接触负电极且多孔陶瓷纤维材料的孔隙被液体电解质填充。
12.权利要求11的电池组电池，其中所述多孔陶瓷纤维材料配置为通过加强薄膜固体电解质以抵抗内应力和与电池组电池的制造和运行的一种或多种相关联的外应力而机械支撑薄膜固体电解质。
13.权利要求11的电池组电池，其中所述多孔陶瓷纤维材料配置为增强与薄膜固体电解质、正电极和负电极的一个或多个的附着力。
14.权利要求11的电池组电池，其中第一部分的薄膜固体电解质由致密陶瓷或玻璃层形成。
15.权利要求11的电池组电池，其中：
电解质结构的第一部分具有接触负电极的第一面和与第一面隔开并面向第二部分的第二面，第一面和第二面界定第一部分的第一厚度，
电解质结构的第二部分具有配置为接触正电极的第三面和与第三面隔开并配置为接触第一部分的第二面的第四面，第三面和第四面界定第二部分的第二厚度，
正电极具有接触第二部分的第四面的第五面和与第五面隔开并背向第二部分的第六面，第五面和第六面界定正电极的第三厚度，且第一厚度小于1微米，第二厚度为10至20微米，且第三厚度为50至150微米。
16.生产电池组电池的方法，其包括：
通过在包含多孔陶瓷纤维材料的第二部分上形成配置为薄膜固体电解质的第一部分而制造电解质结构，所述多孔陶瓷纤维材料接触薄膜固体电解质；和
将所述电解质结构安置在电池组电池的正电极和锂金属负电极之间以使所述电解质结构接触正电极和负电极。
17.权利要求16的方法，其中制造电解质结构包括通过沉积法在多孔陶瓷纤维材料上形成薄膜固体电解质。
18.权利要求16的方法，其中所述薄膜固体电解质是玻璃质电解质，并且其中制造电解质结构包括在多孔陶瓷纤维材料上生长玻璃质电解质的一个或多个薄层。
19.权利要求16的方法，其中：
所述薄膜固体电解质是陶瓷氧化物，且制造电解质结构包括通过流延成型在多孔陶瓷纤维材料上形成薄膜固体电解质，或
所述薄膜固体电解质是基于硫化物的陶瓷材料，且制造电解质结构包括通过浸涂在多孔陶瓷纤维材料上形成薄膜固体电解质。
20.权利要求16的方法，其进一步包括在将电解质结构安置在正电极和负电极之间后除去多孔陶瓷纤维材料。
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