CN114122511A - 用于全固态电池的框架支撑固态电解质复合材料 - Google Patents

用于全固态电池的框架支撑固态电解质复合材料 Download PDF

Info

Publication number
CN114122511A
CN114122511A CN202110394002.3A CN202110394002A CN114122511A CN 114122511 A CN114122511 A CN 114122511A CN 202110394002 A CN202110394002 A CN 202110394002A CN 114122511 A CN114122511 A CN 114122511A
Authority
CN
China
Prior art keywords
solid
electrolyte composite
solid electrolyte
porous
frame
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.)
Pending
Application number
CN202110394002.3A
Other languages
English (en)
Inventor
高平
邵敏华
李嘉栋
顾其傲
李津
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hong Kong University of Science and Technology HKUST
Original Assignee
Hong Kong University of Science and Technology HKUST
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hong Kong University of Science and Technology HKUST filed Critical Hong Kong University of Science and Technology HKUST
Publication of CN114122511A publication Critical patent/CN114122511A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

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
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0561—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of inorganic materials only
    • H01M10/0562—Solid materials
    • 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
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0565—Polymeric materials, e.g. gel-type or solid-type
    • 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
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/136—Electrodes based on inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy
    • 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
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H01M4/661—Metal or alloys, e.g. alloy coatings
    • H01M4/662—Alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H01M50/414—Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
    • H01M50/417—Polyolefins
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
    • H01M50/491—Porosity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
    • H01M50/494—Tensile strength
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
    • H01M50/497—Ionic conductivity
    • 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
    • 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
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/5825—Oxygenated metallic salts or polyanionic structures, e.g. borates, phosphates, silicates, olivines
    • 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

Abstract

本申请提供了一种用于固态电池的固态电解质复合材料以及全固态电池系统。所述固态电解质复合材料包括为固态电解质复合材料提供支撑和机械强度的多孔框架以及填充多孔框架的空隙以使固态电解质复合材料的离子电导率最大化的多个离子导体。多孔框架可由超高分子量聚乙烯(UHMWPE)聚合物制成，并且多个离子导体可由聚(环氧乙烷)‑LiN(SO2CF3)2(PEO‑LiTFSI)聚合物制成。全固态电池系统包括电池单元，各电池单元包括阴极集流体、置于阴极集流体下方并与阴极集流体连接的阴极、置于阴极下方并与阴极连接的固态电解质复合材料、置于固态电解质复合材料下方并与固态电解质复合材料连接的阳极，以及置于阳极的下方并与阳极连接的阳极集流体。

Description

用于全固态电池的框架支撑固态电解质复合材料
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年4月27日提交的美国临时申请系列No.63/101,317的权益，该申请的全部内容(包括任何表格、图或附图)通过引用并入本文。
技术领域
本申请涉及用于全固态电池的固态电解质。更具体而言，本申请涉及超薄聚合物框架支撑固态电解质复合材料，其具有高离子电导率和增强的机械强度，适用于全固态电池。
背景技术
全固态电池已经被广泛视为使用非液态电解质的常规电池的替代解决方案。固态电解质的使用缓解了安全性问题，并且促进了诸如Li、Na、K之类的碱性金属作为电池阳极的直接使用，从而突破了能量瓶颈。
在中国专利申请CN 106654276 A和CN 110137568 A中发现了固态电解质溶液的几个实例。将诸如氧化铝、氧化钛和硫化物或陶瓷型离子导体之类的填料用于降低聚合物结晶度。然而，这些方法几乎不能增强电池系统的机械性能。在包括U.S.10,566,652B2的一些其他专利中，将多层电解质设计成使多种材料的优势性能整合到一个电池系统中。然而，仍然尚未解决包括高厚度和低电导率的问题等。
尽管做出了种种努力，但现有的固体电解质复合材料在符合各种应用对高离子电导率和增强的机械强度这两者的要求方面仍然具有挑战性。
引用列表
[1]Tian,W.,Shi,B.,Wu,Y.&Tang,W.(2016).中国专利No.106654276A；
[2]Ci,L.&Cheng,J.(2019)中国专利No.110137568A；
[3]Fang,D.A.I.,Yang,L.,Yersak,T.A.,Salvador,J.R.,&Cai,M.(2020)；
[4]美国专利No.10,566,652.华盛顿：美国专利商标局。
发明内容
本领域持续需要用于全固态电池系统的改进设计和技术，以提供增强的机械性能和高离子电导性，从而提高全固态电池系统的性能。
本申请的实施方案涉及框架支撑固态电解质复合材料，其包括提供离子电导率的至少一种离子导体以及提供固态电解质复合材料的机械强度的至少一种多孔框架。
根据本申请的一个实施方案，用于固态电池的固态电解质复合材料包括为固态电解质复合材料提供支撑和机械强度的多孔框架以及填充多孔框架的空隙以使离子电导率最大化的多个离子导体。多孔框架包括互连成一个或多个图案的多个单元，从而形成连续的网络。此外，多孔框架包括多孔三维(3D)结构或多孔二维(2D)结构。多孔框架可由超高分子量聚乙烯(UHMWPE)聚合物制成，并且多个离子导体可包含聚(环氧乙烷)-LiN(SO2CF3)2(PEO-LiTFSI)聚合物。由多孔框架支撑的固态电解质复合材料可呈膜或板的形状，并且厚度为约3μm。多孔框架de有效框架孔隙率为约40％，以获得约550Mpa的拉伸强度和约1.5Nμm-1的抗穿刺性。此外，多个离子导体的PEO-LiTFSI聚合物的环氧乙烷(EO)与锂离子的比率可为约10:1，从而在22℃的温度具有1.8×10-5S cm-1的锂离子电导率。
在本申请的另一实施方案中，全固态电池单元包括阴极集流体；置于阴极集流体下方的阴极；置于阴极下方的固态电解质复合材料，固态电解质复合材料包括为固态电解质复合材料提供支撑和机械强度的多孔框架以及填充多孔框架的空隙以使离子电导率最大化的多个离子导体；置于固态电解质复合材料下方的阳极，以及置于阳极下方的阳极集电体。此外，阴极集电体可以由铝(Al)制成，阴极可以由磷酸铁锂(LiFePO4)、导电炭黑Super P和PEO-LiTFSI制成，阳极可以由锂(Li)制成，并且阳极集流体可以由铜(Cu)制成。此外，当全固态电池单元以1.0C充/放电速率工作时的比容量为约140mAh g-1，并且在以1.0C充/放电速率进行900次充/放电循环之后保持93％的初始比容量。
附图说明
举例说明本申请的一些实施方案，并且本申请不受附图中的图的限制，其中类似的附图标记可以表示相同的元件，并且在附图中：
图1A为根据本申请的实施方案的全固态电池的框架支撑固态电解质膜的示意图；图1B为根据本申请的实施方案的全固态电池单元的堆叠顺序的示意图，所述全固态电池单元包括框架支撑固态电解质膜；
图2为根据本申请的实施方案的具有框架支撑固态电解质膜的全固态电池在60℃的温度的倍率性能的点列图；
图3为根据本申请的实施方案的具有框架支撑固态电解质膜的全固态电池在60℃的温度的循环性能的点列图。
具体实施方式
本文使用的术语仅以描述特定实施方案为目的，并不旨在限制本申请。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列项目的任何和全部组合。如本文所使用的，除非上下文另有明确说明，否则单数形式“一个(a)”，“一种(an)”和“该(the)”旨在包括复数形式以及单数形式。应当进一步理解，当在本说明书中使用术语“包括(comprise)”和/或“包含(comprising)”时，规定了所述特征、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件和/或其组的存在或添加。
除非另有定义，否则本文使用的全部术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。将进一步理解，应当将诸如在常用词典中定义的术语之类的术语解释为具有与其在相关技术和本公开的上下文中的含义一致的含义，并且除非在此明确地如此定义，否则将不以理想化或过于正式的意义进行解释。
当在本文中结合数值使用术语“约”时，应当理解，该值的范围可为该值的90％至该值的110％，即，该值可为所述值的+/-10％。例如，“约1千克”是指0.90千克至1.1千克。
在描述本申请时，应当理解，公开了许多技术和步骤。这些技术和步骤各自具有独有的优点，并且各自还与一种或多种或在一些情况下全部的其他公开的技术结合使用。因此，为了清楚起见，该描述将避免以不必要的方式重复各个步骤的每个可能的组合。然而，阅读说明书和权利要求书时应当理解，这样的组合完全在本申请和权利要求书的范围内。
在以下描述中，为了解释的目的，阐述了许多具体细节，以提供对本申请的透彻理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实施本申请。
将本公开视为本申请的实例，并且旨在不由以下的附图或描述所示的具体实施方案限制本申请。
现在将通过参考代表优选实施方案的附图来描述本申请。
包括框架支撑固态电解质复合材料的全固态电池
图1A示出了根据本申请的各种实施方案的薄膜形式的框架支撑固态电解质复合材料100的一个实例的结构。框架支撑固态电解质膜100可包括用作固态电解质复合材料100的骨架的多孔框架110和填充多孔框架110的空隙的多个离子导体120。
如图1A所示，多孔框架110可包括互连成一个或多个图案的多个单元，从而产生连续的网络。由于连续互连的网络结构，因此多孔框架110为框架支撑固态电解质复合材料100提供了包括增强的机械强度和改进的完整性的优点。
在一个实施方案中，多孔框架110可具有多孔二维(2D)结构。
在另一实施方案中，多孔框架110可具有多孔三维(3D)结构。
在优选的实施方案中，多孔框架110可由(例如)超高分子量聚乙烯(UHMWPE)聚合物制成，并且多个离子导体120可由(例如)聚(环氧乙烷)-LiN(SO2CF3)2(LiTFSI)(PEO-LiTFSI)聚合物制成。在制备框架支撑固态电解质膜100时，将诸如聚(环氧乙烷)-LiN(SO2CF3)2(LiTFSI)(PEO-LiTFSI)聚合物之类的多个离子导体120浸入到由(例如)超高分子量聚乙烯(UHMWPE)聚合物制成的多孔框架110中。离子导体120渗入多孔框架110的结构并填充连续的网络之间的间隙，从而形成框架支撑固态电解质复合材料膜100。
在一个实施方案中，将离子导体120配置为完全填充多孔框架110的孔。
在另一实施方案中，为了提高框架支撑固态电解质复合材料膜100的一些方面的性能，可将诸如填料、增塑剂或不同类型的离子导体之类的经选择的附加组成与离子导体120一起添加以填充多孔框架110的孔的间隙。例如，可以添加包括(但不限于)氧化铝、二氧化硅、氧化钛的填料以增强离子电导率和机械性能或促进形成电解质-电极界面。在另一实例中，增塑剂可以包括(但不限于)丁二腈(SN)或碳酸乙烯酯(EC)。在又一实例中，离子导体可以包括(但不限于)Li7La3Zr2O12(LLZO)或Li10GeP2S12(LGPS)。
在优选的实施方案中，框架支撑固态电解质复合材料膜100的厚度可以小于10μm、优选小于或等于3μm。
在优选的实施方案中，框架支撑固态电解质复合材料膜100的有效框架孔隙率可为约40％，达到的超高拉伸强度为约550Mpa，并且抗穿刺性为约1.5Nμm-1，其中膜厚度为约3μm。
在优选的实施方案中，可以将多个离子导体的PEO-LiTFSI复合材料的环氧乙烷(EO)与锂离子的比率配置为约10:1，使得在22℃的温度可获得1.8×10-5S cm-1的锂离子电导率。
在一个实施方案中，在22℃的温度，所制作的框架支撑固态电解质膜100的锂离子电导率为约1.5×10-5S cm-1。
与厚度为约200μm的常规PEO-LiTFSI膜相比，厚度为约3μm的本申请的框架支撑固态电解质复合材料膜100的锂离子电导超过其30倍。
图1B示出了根据本申请的各种实施方案，包括图1A的框架支撑固态电解质膜100的全固态电池单元200的一个优选实施方案的结构和堆叠顺序。全固态电池单元200包括阴极集流体210、阴极220、框架支撑固态电解质膜100、阳极230和阳极集流体240。
在一个实施方案中，阴极集流体210设置在阴极220上，阴极220依次设置在框架支撑固态电解质膜100上，并且框架支撑固态电解质膜100设置在阳极230上，阳极230依次设置在阳极集流体240上。
此外，可以将阴极集流体210设置成与阴极220直接接触。同样地，可以将阴极220设置成与框架支撑固态电解质膜100直接接触，可以将框架支撑固态电解质膜100设置成与阳极230直接接触，并且可以将阳极230设置成与阳极集流体240直接接触。
在一个实施方案中，阴极集流体210由诸如铝(Al)之类的金属材料制成。
在一个实施方案中，阴极220由(例如)磷酸铁锂(LiFePO4)、导电炭黑Super P和PEO-LiTFSI制成。
在一个实施方案中，阳极230由(例如)诸如锂(Li)之类的金属材料制成。
在一个实施方案中，阳极集流体240由诸如铜(Cu)之类的金属材料制成。
表征测试
参考图2，在约60℃的温度测试包括框架支撑固态电解质膜100的全固态电池单元200的倍率性能。在这些测试中，选择磷酸铁锂作为阴极材料，并且将下限截止电压和上限截止电压分别设置为2.5V和3.8V。观察到，当将全固态电池单元200的充/放电速率控制为1.0C时，可以达到约140mAh g-1的比容量。此外，观察到，当将全固态电池单元200的充/放电速率控制为0.1C时，可以达到约149mAh g-1的比容量。
现在参考图3，在约60℃的温度测试包括框架支撑固态电解质膜100的全固态电池单元200的循环性能。在这些测试中，将下限截止电压和上限截止电压分别设置为2.5V和3.8V。全固态电池单元200充电，然后以1.0C充/放电速率持续放电900次。尽管全固态电池单元200的比容量随着循环时间推移而逐渐减小，但是在900次循环测试之后，可以保持约93％的初始比容量(在测试开始时进行测定)。
再次参考图3，在测试期间，观察到全固态电池单元200的库伦效率在900次测试循环之后几乎没有变化，并且在整个循环过程中保持在约100％。
尽管已经参考优选的实施方案及其具体实例在本文中说明和描述了本申请，但是对于本领域普通技术人员将显而易见的是，可以进行获得相同功能和/或实现类似结果的其他实施方案和实例。
在本文提及或引用的全部专利、专利申请、临时申请和出版物与本说明书的明确教导不一致的情况下，本文提及或引用的全部专利、专利申请、临时申请和出版物全部(包括全部附图和表格)通过引用并入本文。
应当理解，本文所描述的实例和实施方案仅用于说明目的，并且根据其进行的各种修改或改变已经暗示给本技术领域技术人员，上述修改或改变包括在本申请的精神和权限以及所附权利要求的范围内。此外，本文公开的任何发明或其实施方案的任何元件或限制可与本文公开的任何和/或全部其他元件或限制(单独或以任何组合)或其任何其他发明或实施方案组合，并且在本申请的范围内考虑全部这些组合，但不限于此。

Claims (20)

1.一种用于固态电池的固态电解质复合材料，包括：
为所述固态电解质复合材料提供支撑和机械强度的多孔框架；以及
填充所述多孔框架的空隙以使所述固态电解质复合材料的离子电导率最大化的多个离子导体。
2.根据权利要求1所述的固态电解质复合材料，其中所述多孔框架包括互连成一个或多个图案的多个单元，从而形成连续的网络。
3.根据权利要求1所述的固态电解质复合材料，其中所述多孔框架具有多孔三维(3D)结构。
4.根据权利要求1所述的固态电解质复合材料，其中所述多孔框架具有多孔二维(2D)结构。
5.根据权利要求1所述的固态电解质复合材料，其中所述多孔框架由超高分子量聚乙烯(UHMWPE)聚合物制成。
6.根据权利要求1所述的固态电解质复合材料，其中所述多个离子导体包含聚(环氧乙烷)-LiN(SO2CF3)2(PEO-LiTFSI)聚合物。
7.根据权利要求1所述的固态电解质复合材料，其中由所述多孔框架支撑的所述固态电解质复合材料呈膜或板的形状。
8.根据权利要求7所述的固态电解质复合材料，其中由所述多孔框架支撑的所述固态电解质复合材料的厚度为约3μm。
9.根据权利要求8所述的固态电解质复合材料，其中所述多孔框架的有效框架孔隙率为约40％。
10.根据权利要求9所述的固态电解质复合材料，其中由所述多孔框架支撑的所述固态电解质复合材料的拉伸强度为约550Mpa。
11.根据权利要求9所述的固态电解质复合材料，其中由所述多孔框架支撑的所述固态电解质复合材料被配置为抗穿刺性为约1.5Nμm-1。
12.根据权利要求6所述的固态电解质复合材料，其中所述PEO-LiTFSI聚合物所含的环氧乙烷(EO)与锂离子的比率为约10:1。
13.根据权利要求12所述的固态电解质复合材料，其中所述PEO-LiTFSI聚合物在22℃的温度具有1.8×10-5S cm-1的锂离子电导率。
14.一种全固态电池单元系统，包括：
阴极集流体；
置于所述阴极集流体下方并与所述阴极集流体耦合的阴极；
置于所述阴极下方并与所述阴极耦合的固态电解质复合材料，该固态电解质复合材料包括为所述固态电解质复合材料提供支撑和机械强度的多孔框架以及填充所述多孔框架的空隙使所述固态电解质复合材料的离子电导率最大化的多个离子导体；
置于所述固态电解质复合材料下方并与所述固态电解质复合材料耦合的阳极；以及
置于所述阳极下方并与所述阳极耦合的阳极集流体。
15.根据权利要求14所述的全固态电池单元系统，其中所述阴极集流体由铝(Al)制成。
16.根据权利要求14所述的全固态电池单元系统，其中所述阴极由磷酸铁锂(LiFePO4)、导电炭黑Super P和PEO-LiTFSI制成。
17.根据权利要求14所述的全固态电池单元系统，其中所述阳极由锂(Li)制成。
18.根据权利要求14所述的全固态电池单元系统，其中所述阳极集流体由铜(Cu)制成。
19.根据权利要求14所述的全固态电池单元系统，其中所述全固态电池单元系统以1.0C充/放电速率工作时的比容量为约140mAh g-1。
20.根据权利要求14所述的全固态电池单元系统，其中所述全固态电池单元在以1.0C充/放电速率进行900次充/放电循环之后保持93％的初始比容量。
CN202110394002.3A 2020-04-27 2021-04-13 用于全固态电池的框架支撑固态电解质复合材料 Pending CN114122511A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202063101317P 2020-04-27 2020-04-27
US63/101,317 2020-04-27

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114122511A true CN114122511A (zh) 2022-03-01

Family

ID=78223277

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110394002.3A Pending CN114122511A (zh) 2020-04-27 2021-04-13 用于全固态电池的框架支撑固态电解质复合材料

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20210336290A1 (zh)
CN (1) CN114122511A (zh)

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060292444A1 (en) * 2002-12-23 2006-12-28 A123 Systems High energy and power density electrochemical cells
US7855017B1 (en) * 2005-11-09 2010-12-21 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Structural batteries and components thereof
CN103874724A (zh) * 2011-09-05 2014-06-18 埃克斯-马赛大学 作为电池电解质的包含基于TFSILi阴离子单体的聚阴离子的嵌段共聚物
US20170125868A1 (en) * 2015-11-04 2017-05-04 Samsung Electronics Co., Ltd. Polymer electrolyte and battery including the same
CN107403954A (zh) * 2017-08-09 2017-11-28 上海纳晓能源科技有限公司 固体电解质膜及其制备方法、锂离子电池
CN108258305A (zh) * 2016-12-28 2018-07-06 财团法人工业技术研究院 电解质与电池
KR101946381B1 (ko) * 2017-07-28 2019-02-11 한국생산기술연구원 박막형 고체전해질 복합시트 및 그를 포함하는 전고체 리튬이차전지
CN109326825A (zh) * 2017-07-31 2019-02-12 住友化学株式会社 非水电解液二次电池
CN109560241A (zh) * 2017-09-25 2019-04-02 松下知识产权经营株式会社 电池
CN109830746A (zh) * 2019-01-29 2019-05-31 蜂巢能源科技有限公司 固态电解质及其应用和阴极材料及其制备方法和应用
CN110071327A (zh) * 2019-04-10 2019-07-30 深圳新宙邦科技股份有限公司 一种固态电解质及聚合物锂离子电池
CN110581314A (zh) * 2018-06-08 2019-12-17 郑州宇通集团有限公司 一种多层结构复合固态电解质膜及其制备方法、固态电池
CN111048829A (zh) * 2019-12-16 2020-04-21 河南科技学院 一种固态锂离子复合电解质膜及其制备方法

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060292444A1 (en) * 2002-12-23 2006-12-28 A123 Systems High energy and power density electrochemical cells
US7855017B1 (en) * 2005-11-09 2010-12-21 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Structural batteries and components thereof
CN103874724A (zh) * 2011-09-05 2014-06-18 埃克斯-马赛大学 作为电池电解质的包含基于TFSILi阴离子单体的聚阴离子的嵌段共聚物
US20170125868A1 (en) * 2015-11-04 2017-05-04 Samsung Electronics Co., Ltd. Polymer electrolyte and battery including the same
CN108258305A (zh) * 2016-12-28 2018-07-06 财团法人工业技术研究院 电解质与电池
KR101946381B1 (ko) * 2017-07-28 2019-02-11 한국생산기술연구원 박막형 고체전해질 복합시트 및 그를 포함하는 전고체 리튬이차전지
CN109326825A (zh) * 2017-07-31 2019-02-12 住友化学株式会社 非水电解液二次电池
CN107403954A (zh) * 2017-08-09 2017-11-28 上海纳晓能源科技有限公司 固体电解质膜及其制备方法、锂离子电池
CN109560241A (zh) * 2017-09-25 2019-04-02 松下知识产权经营株式会社 电池
CN110581314A (zh) * 2018-06-08 2019-12-17 郑州宇通集团有限公司 一种多层结构复合固态电解质膜及其制备方法、固态电池
CN109830746A (zh) * 2019-01-29 2019-05-31 蜂巢能源科技有限公司 固态电解质及其应用和阴极材料及其制备方法和应用
CN110071327A (zh) * 2019-04-10 2019-07-30 深圳新宙邦科技股份有限公司 一种固态电解质及聚合物锂离子电池
CN111048829A (zh) * 2019-12-16 2020-04-21 河南科技学院 一种固态锂离子复合电解质膜及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20210336290A1 (en) 2021-10-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106654362B (zh) 复合固态电解质膜、制备方法及锂离子电池
EP0523840A1 (en) Battery utilizing ceramic membranes
EA033715B1 (ru) Вторичная цинк-диоксид-марганцевая батарея для применения при высокой мощности
EP0921529B1 (en) Hybrid electrolyte, method for producing the same, and method for producing electrochemical device comprising the same
JP2010073533A (ja) 充放電可能な電池
KR101499586B1 (ko) 상온형 Na/S 전지
JP3594895B2 (ja) プロトン伝導型ポリマー２次電池
WO1988008210A1 (en) Sheet-like electrode, method of producing the same, and secondary cell
CN109585759B (zh) 一种类凝胶结构锂电隔膜、制备方法及全固态锂电池
JPH09293518A (ja) 薄膜状電解質および該電解質を用いた電池
CN112514132A (zh) 复合电解质膜和包含该复合电解质膜的全固态电池
CN104584291A (zh) 用于锂电池的可持续集电体
CN105742689A (zh) 包含离子传导陶瓷作为电解质的全固态金属-金属蓄电池
CN115552680A (zh) 用于锂离子电池的固态聚合物隔膜
CN115714202A (zh) 一种超薄聚合物复合固态电解质膜及其制备方法
WO2017102011A1 (en) All-solid-state battery using sodium ion intercalation cathode with li/na exchanging layer
CN114759253A (zh) 纤维素膜作为支撑层的超薄、轻质、高机械强度peo基固态电解质的制备方法
JP5142264B2 (ja) 非水電解質二次電池用の集電体及びその製造方法並びに非水電解質二次電池用の正極及びその製造方法
CN110767936A (zh) 一种锂金属负极用固态电解质及其制备方法
KR20080086490A (ko) 비수 전해질 이차전지
CN107863487B (zh) 一种锂硫电池正极及其制备方法，锂硫电池电芯及锂硫电池
Gan et al. Synergetic effects of silica-coated silver nanowires in composite single-ion conducting polymer electrolytes for lithium metal batteries
KR102325856B1 (ko) 전착유도층이 도입된 아연 금속 전극 및 아연 금속 전지
CN108832178A (zh) 单离子聚合物电解质及其制备方法和应用
CN114122511A (zh) 用于全固态电池的框架支撑固态电解质复合材料

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