CN112787040B - 陶瓷隔离层 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种陶瓷隔离层，其主要包含有数个钝性陶瓷颗粒；以及一种位于这些钝性陶瓷颗粒间的离子传导材料，这些钝性陶瓷颗粒的质量占整个陶瓷隔离层总质量的40％以上，其中该离子传导材料主要由一种可供金属离子在材料内部移动的聚合物基材、一种能够解离金属盐并且作为增塑剂的添加材料以及一种离子供应材料所混合而成。本发明的陶瓷隔离层具有高温稳定性与高温电子绝缘性。

Description

陶瓷隔离层
技术领域
本发明涉及一种电化学系统中的隔离层，尤指一种陶瓷隔离层。
背景技术
在当今能源危机与能源革命的时代，二次化学能源扮演着十分重要的角色，特别是具有高比能量与比功率等优势的金属离子电池更是受到瞩目，例如钠离子电池、铝离子电池、镁离子电池，或者是锂离子电池，这些电池应用的范畴举凡信息与民生电子产品，近来更扩展到能源交通类别。
在一般金属离子电池的架构中为防止正负电极的物理性接触最为常见的方式是使用一隔离层进行阻隔，然而除了阻隔的需求，隔离层还必须具备有另一个重要的条件就是须有一定的离子导电度(ionic conductivity)，以使离子可以自由通过，以进行电化学反应，因此隔离层的选择在电池的能量密度、功率密度、循环效能以及安全性等表现上扮演着重要的角色。此外，隔离层还必须对于电解液或是电极材料具有化学以及电化学稳定性，以及必须具有一定的机械强度与高温承受度，以在电池于受到穿刺或高温软化下仍有效分隔正负电极。举例来说，目前锂一次电池中通常使用聚丙烯微孔膜，而锂二次电池通用的隔膜是聚丙烯和聚乙烯微孔膜，然而这些高分子材料所构成的隔离层在面临穿刺或电池高温运作下时，电子绝缘效果并不优异。这对应用于高功率输出且具有相对较高温操作环境下的电池来说，使用高分子材料隔离层并不适当。
有鉴于此，本发明提出一种崭新的陶瓷隔离层，以符合上述的需求。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种陶瓷隔离层，其结构本体为钝性陶瓷颗粒，陶瓷颗粒间填设有离子传导材料，此陶瓷隔离层能在高温下维持稳定性与电子绝缘性。
本发明提出一种陶瓷隔离层，其主要包含有数个钝性陶瓷颗粒与一种位于钝性陶瓷颗粒间的离子传导材料，该钝性陶瓷颗粒的质量占整个陶瓷隔离层质量的40％以上，该离子传导材料主要由一种可供金属离子在材料内部移动的聚合物基材与一种能够解离金属盐并且作为增塑剂的添加材料，以及一种离子供应材料所混合而成。
下文中通过具体实施例详加说明，以更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
附图说明
图1a是本发明的陶瓷隔离层的陶瓷颗粒与离子传导材料的一个实施例示意图。
图1b是本发明的桥接部与钝性陶瓷颗粒间的接触面示意图。
图1c-1f分别是本发明的陶瓷隔离层的陶瓷颗粒与离子传导材料的不同实施例示意图。
图2a-2f分别是本发明的陶瓷隔离层的陶瓷颗粒与离子传导材料的实施例示意图。
图2a’是图2a的局部放大图。
图3a-3e分别是本发明的陶瓷隔离层的陶瓷颗粒与离子传导材料的不同实施例示意图。
具体实施方式
为了让本发明的优点、精神与特征可以更容易明确的了解，后续将以实施例并参照所述附图进行详述与讨论。需声明的是这些实施例仅为本发明代表性的实施例，并不以此局限本发明的实施例与请求范畴仅能局限于这些实施例。提供这些实施例的目的仅是让本发明的公开内容更加透彻与易于了解。
在本发明公开的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并非在限制本发明所公开的各种实施例。除非有清楚的另外指示，所使用的单数形式也包含复数形式。除非另有限定，否则在本说明书中使用的所有术语(包含技术术语和科学术语)具有与本发明公开的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的涵义相同的涵义。上述术语(诸如在一般使用辞典中限定的术语)将被解释为具有与在相同技术领域中的语境涵义相同的涵义，并且将不被解释为具有理想化的涵义或过于正式的涵义，除非在本发明公开的各种实施例中被清楚地限定。
在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“具体实施例”等地描述意指结合该实施例描述地具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何一个或多个实施例中以合适的方式结合。
在本发明的描述中，除非另有规定或限定，需要说明的是术语“耦接”、“连接”、“设置”应做广义的理解，例如，可以是机械连接或电性连接，亦可以是两个组件内部的连通，可以是直接相连，亦可以通过中间媒介间相连，对于本领域通常知识者而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体涵义。
首先，本发明的陶瓷隔离层主要应用于电化学系统中，例如锂电池中，用以分隔正极与负极，避免正极与负极物理性接触。此陶瓷隔离层主要包含有数个钝性陶瓷颗粒与一种位于陶瓷颗粒间的离子传导材料，这些钝性陶瓷颗粒的质量占整个陶瓷隔离层质量的40％以上，其中该离子传导材料主要由一种可供金属离子(例如锂离子)在材料内部移动的聚合物基材与一种能够解离金属盐(例如锂盐)并且作为增塑剂的添加材料，以及一种离子供应材料所混合而成。本发明的陶瓷隔离层的特征在于利用离子传导材料进行离子的传递，搭配占整个陶瓷隔离层质量高达40％以上的钝性陶瓷颗粒作为陶瓷隔离层的主要结构支撑本体，来使该陶瓷隔离层能够在高温下呈现良好的稳定性与电子绝缘性。此外，该离子传导材料还混合有一种结晶抑制材料，以使离子传导材料的主要晶格状态为非结晶态，以利于离子传递。
这些钝性陶瓷颗粒所堆栈形成的结构在本申请中更可界定为“结构支撑本体”，这是因为在陶瓷隔离层中，这些陶瓷颗粒相较于陶瓷隔离层其他组件，例如离子传导材料，来说是属于刚性较强的部份，因此这些钝性陶瓷颗粒支撑或者建构出该陶瓷隔离层本质上的长宽高。
上述的可供金属离子(如锂离子)在材料内部移动的聚合物基材是指自身(原材料状态或者说在电化学反应初期)不具有金属离子(锂离子)，但可以传递金属离子(锂离子)的材料，举例来说可选自不含有盐类的线性结构材料，如聚氧化乙烯(PEO)；或者是已经具有盐类(离子供应材料)的PEO，举例来说聚氧化乙烯-三氟甲磺酸锂(PEO–LiCF3SO3)、双聚氧化乙烯-三氟甲基磺酰亚胺锂系列的复合固态聚合物，如PEO–LiTFSI–Al2O3复合固态聚合物(Composite solid polymer)、PEO–LiTFSI–10％TiO2复合固态聚合物、PEO–LiTFSI–10％HNT复合固态聚合物、PEO–LiTFSI–10％MMT复合固态聚合物、PEO–LiTFSI–1％LGPS复合固态聚合物、聚氧化乙烯-高氯酸锂-磷酸锂铝锗(PEO–LiClO4–LAGP)；或者是除了可供金属离子(锂离子)移动传递外，更因自身是交联型态能够增加成膜机械强度的材料，例如聚乙二醇双丙烯酸酯(Poly(ethylene glycol)diacrylate(PEGDA))、聚乙二醇双甲基丙烯酸酯(Poly(ethylene glycol)dimethacrylate(PEGDMA))、聚乙二醇甲基醚(Poly(ethyleneglycol)monomethylether(PEGME))、聚乙二醇双甲基醚(Poly(ethylene glycol)dimethylether(PEGDME))、聚氧化乙烯/2,(2-甲氧乙氧)-乙基缩水甘油基醚共聚物(poly[ethylene oxide-co-2-(2-methoxyethoxy)ethyl glycidyl ether](PEO/MEEGE))；或者是超分支聚合物(Hyperbranched polymers)系列，例如聚双(三乙二醇)苯甲酸酯(poly[bis(triethylene glycol)benzoate])；聚腈(Polynitriles)系列，如聚丙烯腈(Polyacrylonitrile(PAN))、聚甲基丙烯腈(poly(methacrylonitrile)(PMAN))、聚(N-2-氰乙基)乙胺(poly(N-2-cyanoethyl)ethyleneamine)(PCEEI))。
而结晶抑制材料可选自具有降低结晶性效果的材料，例如聚甲基丙烯酸乙酯(Poly(ethyl methacrylate)(PEMA))、聚甲基丙烯酸甲酯(Poly(methyl methacrylate)(PMMA))、聚氧乙烯(poly(oxyethylene))、聚氰基丙烯酸酯(poly(cyanoacrylate)(PCA))、聚乙二醇(Polyethylene glycol(PEG))、聚乙烯醇(Poly(vinyl alcohol)(PVA))、聚乙烯醇缩丁醛(Polyvinyl butyral(PVB))、聚氯乙烯(Poly(vinyl chloride)(PVC))、聚氯乙烯-聚甲基丙烯酸乙酯(PVC-PEMA)、聚氧乙烯-聚甲基丙烯酸甲酯(PEO-PMMA)、聚丙烯腈甲基丙烯酸甲酯共聚物(Poly(acrylonitrile-co-methyl methacrylate)P(AN-co-MMA))、聚乙烯醇-聚偏二氟乙烯(PVA-PVdF)、聚丙烯腈-聚乙烯醇(PAN-PVA)；聚碳酸酯(Polycarbonates)系列，例如聚环氧乙基乙烯基碳酸酯(poly(ethylene oxide-co-ethylene carbonate)(PEOEC))、多面体硅氧烷寡聚物(Polyhedral oligomericsilsesquioxane(POSS))、聚碳酸乙烯酯(Polyethylene carbonate(PEC))、聚碳酸丙烯酯(poly(propylene carbonate)(PPC))、聚乙基缩水甘油醚碳酸酯(poly(ethyl glycidylether carbonate)(P(Et-GEC))、聚叔丁基缩水甘油醚碳酸酯(poly(t-butyl glycidylether carbonate)P(tBu-GEC))；环状碳酸酯(Cyclic carbonates)系列，如聚碳酸三甲烯酯(poly(trimethylene carbonate)(PTMC))；聚硅氧烷(Polysiloxane-based)系列，如聚二甲硅烷(Polydimethylsiloxane(PDMS))、聚二甲硅烷环氧乙烷共聚物(poly(dimethylsiloxane-co-ethylene oxide)P(DMS-co-EO))、聚乙烯氧基硅氧烷(Poly(siloxane-g-ethyleneoxide))；聚酯(Polyesters)系列，如乙烯己二酸酯(ethylene adipate)、乙烯丁二酸酯(ethylene succinate)、乙烯丙二酸酯(ethylene malonate)；再者，如聚偏二氟乙烯共六氟丙烯(Poly(vinylidenedifluoridehexafluoropropylene)(PvdF-HFP))、聚偏二氟乙烯(Poly(vinylidenedifluoride)(PvdF))、聚己内酯(Poly(ε-caprolactone)(PCL))。
上述能够使金属盐(锂盐)解离并且作为增塑剂的添加材料可选自可塑晶体电解质(Plastic crystal electrolytes(PCEs))系列，例如丁二腈(Succinonitrile(SN)[ETPTA//SN；PEO/SN；PAN/PVA-CN/SN])、N-乙基-N-甲基吡咯烷+N,N-二乙基吡咯烷(N-ethyl-N-methylpyrrolidinium,[C2mpyr]+AnionsN,N-diethyl-pyrrolidinium,[C2epyr])、季烷基铵(Quaternary alkylammonium)、正烷基三甲基鏻(n-alkyltrimethylphosphonium,[P1,1,1,n])、十甲基二茂铁(Decamethylferro-cenium,[Fe(C5Me5)2])、1-(N,N-二甲胺)-2-氨基-三氟甲磺酸乙酯(1-(N,N-dimethylammonium)-2-(ammonium)ethane triflate([DMEDAH2][Tf]2))、Anions＝[FSI],[FSA],[CFSA],[BETA]、双(三甲基)硅基硫酸锂(LiSi(CH3)3(SO4),Trimethy(lithium trimethylsilylsulfate))；或者是离子液体，其可选自咪唑(IMIDAZOLIUM)系列，如双(三氟甲磺基)酰亚胺(ANION/Bis(trifluoromethanesulfonyl)imide)、双(氟磺基)酰亚胺(ANION/Bis(fluorosulfonyl)imide)、三氟甲磺酸酯(ANION/Trifluoromethanesulfonate)；或是铵(AMMONIUM)系列，如双(三氟甲磺基)酰亚胺(ANION/Bis(trifluoromethanesulfonyl)imide)；或是吡啶(PYRROLIDINIUM)系列，双(三氟甲磺基)酰亚胺(ANION/Bis(trifluoromethanesulfonyl)imide)、双(氟磺基)酰亚胺(ANION/Bis(fluorosulfonyl)imide)；或是哌啶(PIPERIDINIUM)系列，如双(三氟甲磺基)酰亚胺(ANION/Bis(trifluoromethanesulfonyl)imide)、双(氟磺基)酰亚胺(ANION/Bis(fluorosulfonyl)imide)。
上述的离子供应材料可以是锂盐。锂盐举例来说如双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)、双氟代磺酰亚胺锂(LiFSI)、四氟硼酸锂(LiBF4)或六氟磷酸锂(LiPF6)。
再者，离子传导材料还可混入有第二掺杂物，此第二掺杂物可以是纳米级的钝性陶瓷材料或者是无机固态电解质，或者是上述材料的组合。当第二掺杂物为钝性陶瓷材料时，可降低聚合物基材与添加材料的使用量，并且提高成膜性，作为成膜加强材料，在材料上举例来说二氧化硅。
此外，本发明利用添加材料提高聚合物基材的流动性，使聚合物基材具有更高的室温离子传导能力与较差的力学特性，能披覆于钝性陶瓷结构支撑本体表面上，更或者是渗透至钝性陶瓷的表面孔隙。此外，当添加材料为离子液体(ionic liquid)时，因为离子液体是不会挥发的，所以不会产生可燃性气体的问题，同时在去水干燥过程中，离子传导材料也不会因为内部添加剂挥发后而产生尺寸收缩与离子导通下降。
再接续的实施例示意图中，仅以第一颗粒与第二颗粒来示意并说明陶瓷隔离层中的钝性陶瓷颗粒与离子传导材料间的相对结构或者说位置关系，并非限制该陶瓷隔离层中的陶瓷颗粒数量，于此先声明。
请参阅图1a，其是本发明的陶瓷隔离层的陶瓷颗粒与离子传导材料的一个实施例示意图。如图所示，此陶瓷隔离层1包含有第一颗粒11，其为第一钝性陶瓷材料；第二颗粒12，其为第二钝性陶瓷材料；以及桥接部13，其位于该第一颗粒11与该第二颗粒12之间，该桥接部13是由该离子传导材料所形成，并且作为离子传递途径。如同先前所述，本发明利用添加材料，如离子液体提高聚合物基材的流动性，使聚合物基材具有更高的室温离子传导能力与较差的力学特性，并且能填设于第一颗粒11与第二颗粒12之间，使第一颗粒通过该桥接部13能够达到面到面或者近似浸润性的接触另一颗粒。
本发明所界定的面到面或者是浸润性的接触可以如图1b所示，若假设第一颗粒11是球状的且半径为D1，第二颗粒同样是球状的且半径为D2，桥接部13与第一颗粒11的接触面是弧度r1，该弧度r1对应的圆心角为θ1，弧度r1是2πD1*θ1/360；0<θ1<90。桥接部13与第二颗粒12的接触面是弧度r2，该弧度r2对应的圆心角为θ2，弧度r2是2πD2*θ2/360,0<θ2<90。因此，第一颗粒11与第二颗粒12是通过接触面弧度r1与r2进行接触。
上述的聚合物基材在此陶瓷隔离层中除了作为离子传导用途外，还作为接着剂与成膜剂，用以面到面或者近似浸润性的黏着/接触第一颗粒11与第二颗粒12。
请参阅图1c，其是本发明的另一个实施例示意图。如图所示，该桥接部13未与该第一颗粒11以及该第二颗粒12接触的面上还掺杂/设置有数个第一掺杂物14，该第一掺杂物14的材料可以是第三钝性陶瓷材料或者是无机固态电解质，或是上述材料的组合，再者在粒径上的选择第一掺杂物14是小于该第一颗粒11与该第二颗粒12。更者，该第一掺杂物14还延伸设置于该第一颗粒11与/或第二颗粒12的外表面，如图1d所示。
请参阅图1e，其是本发明的又一个实施例示意图。如图所示，桥接部13内还混有第二掺杂物15，其可以是纳米级的钝性陶瓷材料或者是无机固态电解质颗粒，或是上述材料的组合。
桥接部13内混有第二掺杂物15的实施例能与上述图1c或图1d的实施例结合，举例来说如图1f所示，该桥接部13内除了混有第二掺杂物15外，桥接部13未与该第一颗粒11以及该第二颗粒12接触的面上还掺杂/设置有数个第一掺杂物14。
在接续的实施例中，具有相同结构、材料或者特性条件的组件将承接先前的相同名称与组件符号进行陈述。
请参阅图2a，其是本发明的陶瓷隔离层的陶瓷颗粒与离子传导材料的另一个实施例示意图。如图所示，此陶瓷隔离层2包含有第一颗粒11；第二颗粒12；以及第一壳层21，其包覆该第一颗粒11的外表面；其中该第一壳层21是由上述的离子传导材料所形成，并且该第一壳层21连接第一颗粒与第二颗粒。基于离子传导材料是力学强度特性较差的材料，因此第二颗粒12与第一壳层21接着处将呈现是近似浸润式的面接触方式，而非点对点，如图2a中的局部放大图2a’所示。在后续的利用离子传导材料所建构出的组件碰触到硬质或者说具有固定外观形状的物质(颗粒)皆会是这样的浸润式面接触。
请参阅图2b，其相较于图2a的实施例的差异在于该第一壳层21外表面还掺杂/设置有数个第一掺杂物14。请参阅图2c，其相较于图2b的实施例的差异在于该第一壳层21是混有第二掺杂物15。请参阅图2d，第二颗粒12的外表面上也可形成有第二壳层22，此第二壳层22同样是由上述的离子传导材料所形成。
请参阅图2e，其相较于图2d的实施例的差异在于该第一壳层21与/或第二壳层22的外表面还掺杂/设置有数个第一掺杂物14。请参阅图2f，其相较于图2e的实施例的差异在于该第一壳层21与/或第二壳层22是混有第二掺杂物15。
请参阅图3a，其是本发明的陶瓷隔离层的陶瓷颗粒与离子传导材料的又一个实施方式示意图。如图所示，此陶瓷隔离层3包含有第一颗粒11；第二颗粒12；第一壳层21，其包覆该第一颗粒11的外表面；第二壳层22，其包覆该第二颗粒12的外表面；以及桥接部13，其位于该第一壳层21与该第二壳层22之间，并且连接或者说是接着该第一壳层21与该第二壳层22；其中该第一壳层21、该第二壳层22与该桥接部13皆是由该离子传导材料所形成。
请参阅图3b，其相较于图3a的实施例的差异在于该桥接部13未与该第一壳层21以及该第二壳层22接触的面上还掺杂/设置有数个第一掺杂物14。请参阅图3c，其相较于图3b的实施例的差异在于该第一掺杂物14还延伸设置于该第一壳层21与/或第二壳层22的外表面。
请参阅图3d，其相较于图3c的实施例的差异在于构成该第一壳层21、第二壳层22与桥接部13的离子传导材料是混有第二掺杂物15。
请参阅图3e，其相较于图3d的实施例的差异在于该第一壳层21、桥接部13与第二壳层22的外表面还设置有第一掺杂物14。
本发明所述的第一掺杂物14与第二掺杂物15可以是粒径小于第一颗粒11与第二颗粒12的钝性陶瓷材料，其除了可以减少固态电解质接触面调整材料的使用量外，可作为成膜加强材料。
上述的第一颗粒与第二颗粒可选自相同或相异的材料，第一掺杂物与第二掺杂物可选自相同或相异的材料。
综上所述，本发明提出一种崭新的陶瓷隔离层，其主要包含有数个钝性陶瓷颗粒；以及一种位于钝性陶瓷颗粒间的离子传导材料，这些钝性陶瓷颗粒占整个陶瓷隔离层质量的40％以上，其中该离子传导材料主要由一种可供金属离子在材料内部移动的聚合物基材、一种能够解离金属盐并且作为增塑剂的添加材料以及一种离子供应材料所混合而成。本发明的陶瓷隔离层具有高温稳定性与高温电子绝缘性。
唯以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围。故依本发明申请范围所述的特征及精神所为的均等变化或修饰，均应包括于本发明的权利要求书内。
【附图标记说明】
1、2、3 陶瓷隔离层
11 第一颗粒
12 第二颗粒
13 桥接部
14 第一掺杂物
15 第二掺杂物
21 第一壳层
22 第二壳层

Claims (13)

1.一种陶瓷隔离层，其用以分隔电化学系统的正极与负极，该陶瓷隔离层包含有:
数个钝性陶瓷颗粒；以及
一种离子传导材料，其位于该钝性陶瓷颗粒之间，该离子传导材料包含有:
一种聚合物基材，其可供金属离子在材料内部移动；
一种添加材料，其能够解离金属盐并且作为增塑剂；以及
一种离子供应材料；
其中该钝性陶瓷颗粒的质量至少占该陶瓷隔离层总质量的40％，
其中该钝性陶瓷颗粒包含有第一颗粒与第二颗粒，该离子传导材料位于该第一颗粒与该第二颗粒之间并形成桥接部，以连接该第一颗粒与该第二颗粒，
其中该桥接部未与该第一颗粒以及该第二颗粒接触的面上还掺杂/设置有数个第一掺杂物，该第一掺杂物的颗粒小于该钝性陶瓷颗粒。
2.一种陶瓷隔离层，其用以分隔电化学系统的正极与负极，该陶瓷隔离层包含有:
数个钝性陶瓷颗粒；以及
一种离子传导材料，其位于该钝性陶瓷颗粒之间，该离子传导材料包含有:
一种聚合物基材，其可供金属离子在材料内部移动；
一种添加材料，其能够解离金属盐并且作为增塑剂；以及
一种离子供应材料；
其中该钝性陶瓷颗粒的质量至少占该陶瓷隔离层总质量的40％，
其中该钝性陶瓷颗粒包含有第一颗粒与第二颗粒，该第一颗粒与该第二颗粒相邻，该离子传导材料是位于该第一颗粒的外表面并形成第一壳层，
其中该离子传导材料于该第二颗粒的外表面形成第二壳层，其中该第一壳层与该第二壳层间还形成有桥接部，该桥接部由该离子传导材料所形成，该桥接部连接或者接着该第一壳层与该第二壳层，
该桥接部未与该第一颗粒以及该第二颗粒接触的面上还掺杂/设置有数个第一掺杂物，该第一掺杂物的颗粒小于该钝性陶瓷颗粒。
3.一种陶瓷隔离层，其用以分隔电化学系统的正极与负极，该陶瓷隔离层包含有:
数个钝性陶瓷颗粒；以及
一种离子传导材料，其位于该钝性陶瓷颗粒之间，该离子传导材料包含有:
一种聚合物基材，其可供金属离子在材料内部移动；
一种添加材料，其能够解离金属盐并且作为增塑剂；以及
一种离子供应材料；
其中该钝性陶瓷颗粒的质量至少占该陶瓷隔离层总质量的40％，
其中该钝性陶瓷颗粒包含有第一颗粒与第二颗粒，该第一颗粒与该第二颗粒相邻，该离子传导材料是位于该第一颗粒的外表面并形成第一壳层，
其中该离子传导材料于该第二颗粒的外表面形成第二壳层，
该第一壳层与该第二壳层接触，
其中该第一壳层与该第二壳层的表面上还掺杂/设置有数个第一掺杂物，该第一掺杂物的颗粒小于该钝性陶瓷颗粒。
4.如权利要求1-3中任一项所述的陶瓷隔离层，其中该离子传导材料还包含有一种结晶抑制材料。
5.如权利要求1-3中任一项所述的陶瓷隔离层，其中该离子供应材料是锂盐。
6.如权利要求1-3中任一项所述的陶瓷隔离层，其中该离子传导材料还混入有第二掺杂物，其尺寸为纳米级，该第二掺杂物选自钝性陶瓷材料、无机固态电解质或上述材料的组合。
7.如权利要求1-3中任一项所述的陶瓷隔离层，其中该聚合物基材选自聚氧化乙烯(PEO)、聚乙二醇双丙烯酸酯(PEGDA)、聚乙二醇双甲基丙烯酸酯(PEGDMA)、聚乙二醇甲基醚(PEGME)、聚乙二醇双甲基醚(PEGDME)、聚氧化乙烯/2,(2-甲氧乙氧)-乙基缩水甘油基醚共聚物(PEO/MEEGE)、超分支聚合物系列或聚腈系列。
8.如权利要求1-3中任一项所述的陶瓷隔离层，其中该添加材料是可塑晶体电解质(PCEs)或离子液体。
9.如权利要求1所述的陶瓷隔离层，其中该第一掺杂物延伸至该第一颗粒与第二颗粒的外表面。
10.如权利要求1所述的陶瓷隔离层，其中该第一掺杂物选自钝性陶瓷材料、无机固态电解质或上述材料的组合。
11.如权利要求2所述的陶瓷隔离层，其中该第一掺杂物延伸至该第一壳层与第二壳层的外表面。
12.如权利要求2所述的陶瓷隔离层，其中该第一掺杂物选自钝性陶瓷材料、无机固态电解质或上述材料的组合。
13.如权利要求3所述的陶瓷隔离层，其中该第一掺杂物选自钝性陶瓷材料、无机固态电解质或上述材料的组合。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101908645A (zh) * 2010-07-30 2010-12-08 哈尔滨工业大学 一种增强相连续定向分布的陶瓷/固态聚合物电解质复合材料及其制备方法
CN102888016A (zh) * 2012-09-12 2013-01-23 常州大学 具有交联结构复合层的锂离子二次电池隔膜的制备方法
CN105409032A (zh) * 2013-06-21 2016-03-16 魁北克电力公司 全固态锂-硫电化学电池及其生产方法
CN109546207A (zh) * 2018-11-30 2019-03-29 西安交通大学 一种复合固态聚合物电解质膜及其制备方法和应用

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5523181A (en) * 1992-09-25 1996-06-04 Masahiro Watanabe Polymer solid-electrolyte composition and electrochemical cell using the composition
US7604895B2 (en) * 2004-03-29 2009-10-20 Lg Chem, Ltd. Electrochemical cell with two types of separators
JP4734912B2 (ja) 2004-12-17 2011-07-27 日産自動車株式会社 リチウムイオン電池およびその製造方法
TWI560928B (en) 2012-01-20 2016-12-01 Prologium Technology Co Ltd Electricity supply system and ceramic separator thereof
US8216722B2 (en) * 2007-11-27 2012-07-10 Ceramatec, Inc. Solid electrolyte for alkali-metal-ion batteries
US20100239918A1 (en) * 2009-03-17 2010-09-23 Seeo, Inc Nanoparticle-block copolymer composites for solid ionic electrolytes
CA2770733C (en) * 2009-11-05 2018-10-16 Ceramatec, Inc. Solid-state sodium-based secondary cell having a sodium ion conductive ceramic separator
BR112012033046B1 (pt) * 2010-08-11 2020-09-24 Carl Freudenberg Kg Separador com um corpo básico de não tecido
JP5443445B2 (ja) * 2011-07-06 2014-03-19 トヨタ自動車株式会社 硫化物固体電解質材料、リチウム固体電池、および、硫化物固体電解質材料の製造方法
KR101950975B1 (ko) * 2011-07-11 2019-02-21 캘리포니아 인스티튜트 오브 테크놀로지 전기화학 시스템들용 신규 세퍼레이터들
CN103999280B (zh) * 2011-12-19 2017-04-19 丰田自动车株式会社 锂二次电池
CN107452928B (zh) * 2012-02-07 2021-07-27 辉能科技股份有限公司 电能供应系统及其陶瓷隔离层
JP6187468B2 (ja) 2012-09-28 2017-08-30 日本ゼオン株式会社 全固体二次電池用スラリー、全固体二次電池用電極の製造方法及び全固体二次電池用電解質層の製造方法
WO2017030390A1 (ko) * 2015-08-18 2017-02-23 울산과학기술원 고체 전해질 및 이의 제조방법, 전극 활물질 -고체 전해질 복합체 및 이의 제조 방법, 상기 고체 전해질을 포함하는 전고체 전지, 그리고 상기 전극 활물질 -고체 전해질 복합체를 포함하는 전고체 전지
KR102546315B1 (ko) * 2015-09-25 2023-06-21 삼성전자주식회사 리튬전지용 전극 복합분리막 어셈블리 및 이를 포함한 리튬전지
WO2017117306A1 (en) * 2015-12-28 2017-07-06 Seeo, Inc. Ceramic-polymer composite electrolytes for lithium polymer batteries
US10734673B2 (en) * 2017-06-23 2020-08-04 GM Global Technology Operations LLC Ionically-conductive reinforced glass ceramic separators/solid electrolytes
WO2019004011A1 (ja) 2017-06-27 2019-01-03 株式会社日本触媒 電解質組成物、電解質膜、電極、電池及び電解質組成物の評価方法
US12113186B2 (en) * 2017-09-13 2024-10-08 Lg Energy Solution, Ltd. Electrode for all solid-state battery including solid electrolyte
CN116864912A (zh) * 2017-12-22 2023-10-10 新罗纳米技术有限公司 具有含陶瓷的分隔器层的分隔器
CN110832687B (zh) * 2018-03-27 2023-05-05 株式会社Lg新能源 用于全固态电池的复合固体电解质膜和包含其的全固态电池
WO2019200073A1 (en) * 2018-04-11 2019-10-17 Axium Ip, Llc Polymer-ceramic hybrid separator membranes, precursors, and manufacturing processes
CN109192909B (zh) * 2018-09-11 2020-11-10 江苏清陶能源科技有限公司 一种锂离子电池用功能陶瓷有机涂层复合隔膜及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101908645A (zh) * 2010-07-30 2010-12-08 哈尔滨工业大学 一种增强相连续定向分布的陶瓷/固态聚合物电解质复合材料及其制备方法
CN102888016A (zh) * 2012-09-12 2013-01-23 常州大学 具有交联结构复合层的锂离子二次电池隔膜的制备方法
CN105409032A (zh) * 2013-06-21 2016-03-16 魁北克电力公司 全固态锂-硫电化学电池及其生产方法
CN109546207A (zh) * 2018-11-30 2019-03-29 西安交通大学 一种复合固态聚合物电解质膜及其制备方法和应用

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