CN114388883A - 包含离子凝胶的固态双极型电池组 - Google Patents

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Abstract

提供了高温稳定的固态双极型电池组。该电池组包括两个或更多个电极、一个或多个固态电解质层、和设置在该电池组中的空隙空间中的离子凝胶。各电极包括多个固态电活性粒子。各固态电解质层包括多个固态电解质粒子，并且一个或多个固态电解质层中的第一固态电解质层可以设置在两个或更多个电极的第一电极和第二电极之间。该离子凝胶设置在两个或更多个电极、两个或更多个电极的固态电活性粒子、一个或多个固态电解质层的固态电解质粒子和一个或多个固态电解质层之间的空隙空间中，使得该电池组具有降低的颗粒间孔隙率。该离子凝胶可以具有大约0.1 mS/Cm至大约10 mS/Cm的离子电导率。

Description

包含离子凝胶的固态双极型电池组
引言
本章节提供与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。
电化学储能装置如锂离子电池组可用于多种产品，包括汽车产品，如启停系统（例如12V启停系统）、电池组辅助系统（“µBAS”）、混合动力电动车（“HEV”）和电动车（“EV”）。典型的锂离子电池组包含两个电极和电解质组件和/或隔离件。两个电极之一可充当正电极或阴极，另一个电极可充当负电极或阳极。锂离子电池组还可以包括各种端子和包装材料。可再充电锂离子电池组通过在负电极与正电极之间可逆地前后传递锂离子来运行。例如，在电池组充电过程中，锂离子可以从正电极移动至负电极，并在电池组放电时在相反的方向上移动。隔离件和/或电解质可以设置在负电极与正电极之间。该电解质适于在电极之间传导锂离子，并且类似两个电极，可以为固体形式、液体形式、或固体-液体混合形式。在包括设置在固态电极之间的固态电解质层的固态电池组的情况下，该固态电解质层物理分隔固态电极，由此不需要单独的隔离件。
固态电池组具有超出包括隔离件和液体电解质的电池组的优点。这些优点可以包括更长的储存期限和更低的自放电、更简单的热管理、降低的对包装的需求、和在更宽的温度窗口中运行的能力。例如，固态电解质通常是不挥发和不可燃的，使得电池能够在更严苛的条件下循环，而不会发生电位降低或热失控，这在使用液体电解质时可能会发生。但是，固态电池组通常经历相对较低的功率容量。例如，此类低功率容量可能是由于固态电极中和/或电极处的界面电阻、和固态活性粒子和/或固态电解质粒子之间有限的接触或空隙空间所导致的固态电解质层界面电阻。因此，合意的是开发高性能固态电池组材料和方法，其可以改善固态活性粒子和/或固态电解质粒子之间的接触和/或相互作用（例如微界面）、固态电极与固态电解质层之间的接触和/或相互作用（例如微界面），和/或减轻固态电池组中空隙空间的影响。
发明概述
本章节提供了本公开的一般概述，而不是其全部范围或其全部特征的全面公开。
本公开涉及固态电池组，例如固态双极型电池组，其包括离子凝胶，所述离子凝胶润湿固态电解质粒子和/或固态活性材料粒子之间的界面，以降低颗粒间孔隙率和改善离子接触。该固态电池组，例如双极型固态电池组，可以进一步包括聚合物阻挡块(polymerblocker)，其配置为与一个或多个相邻的集流体接触以减少潜在的离子短路。本公开还涉及引入离子凝胶和/或聚合物阻挡块的方法。
在各种方面，本公开提供了一种固态电池组，其包括两个或更多个电极、一个或多个固态电解质层、和设置在空隙空间中的离子凝胶。每个电极可以包括多个固态电活性粒子。每个固态电解质层可以包括多个固态电解质粒子，其中一个或多个固态电解质层中的第一固态电解质层设置在两个或更多个电极的第一电极和第二电极之间。离子凝胶设置在两个或更多个电极、两个或更多个电极的固态电活性粒子、一个或多个固态电解质层的固态电解质粒子和一个或多个固态电解质层之间的空隙空间中，使得该固态电池组具有小于或等于大约20体积%的颗粒间孔隙率。该离子凝胶可以具有大于或等于大约0.1 mS/Cm至小于或等于大约10mS/cm的离子电导率。
在一方面，该离子凝胶可以包括大于或等于大约30重量%至小于或等于大约95重量%的离子液体和大于或等于大约2重量%至小于或等于大约40重量%的固体组分。
在一方面，该固体组分可以包括有机聚合物、无机氧化物、聚合物/氧化物混合物(polymer/oxide hybrid)和金属-有机骨架（MOF）中的至少一种。
在一方面，该有机聚合物可以选自：聚(环氧乙烷)（PEO）（其中1,000≤ n≤10,000,000）、聚(偏二氟乙烯-共-六氟丙烯)（PVDF=HFP）（其中1,000≤x≤10,000,000且1,000≤y≤10,000,000）、聚(甲基丙烯酸甲酯)（PMMA）（其中1,000≤n≤10,000,000）、羧甲基纤维素（CMC）（其中1,000≤n≤10,000,000）、聚丙烯腈（PAN）（其中1,000≤n≤10,000,000）、聚偏二氟乙烯（PVDF）（其中1,000≤n≤10,000,000）、一种或多种聚(乙烯醇)（PVA）（其中1,000≤n≤10,000,000）、一种或多种聚乙烯基吡咯烷酮（PVP）（其中1,000≤n≤10,000,000）及其组合；该无机氧化物可以选自：SiO2、Al2O3、TiO2、ZrO2及其组合；该聚合物/氧化物混合物可以包括一种或多种该有机聚合物和一种或多种该无机氧化物；并且一种或多种金属-有机骨架（MOF）可以选自：MIL-101、UiO-67、ZIF-8及其组合。
在一方面，该离子液体包含阳离子和阴离子。该阳离子可以选自：Li(三甘醇二甲醚)甲基咪唑鎓（[Li(G3)]+）、Li(四甘醇二甲醚)（[Li(G4)+]）、1-乙基-3（[Emim]+）、1-丙基-3-甲基咪唑鎓（[Pmim]+）、1-丁基-3-甲基咪唑鎓（[Bmim]+）、1,2-二甲基-3-丁基咪唑鎓（[DMBim]）、1-烷基-3-甲基咪唑鎓（[Cnmim]+）、1-烯丙基-3-甲基咪唑鎓（[Amim]+）、1,3-二烯丙基咪唑鎓（[Daim]+）、1-烯丙基-3-乙烯基咪唑鎓（[Avim]+）；1-乙烯基-3-乙基咪唑鎓（[Veim]+）、1-氰基甲基-3-甲基咪唑鎓（[MCNim]+）、1,3-二氰基甲基-咪唑鎓（[BCNim]+）、1-丙基-1-甲基哌啶鎓（[PP13]+）、1-丁基-1-甲基哌啶鎓（[PP14]+）、1-甲基-1-乙基吡咯烷鎓（[Pyr12]+）、1-丙基-1-甲基吡咯烷鎓（[Pyr13]+）、1-丁基-1-甲基吡咯烷鎓（[Pyr14]+）、甲基-甲基羧甲基-吡咯烷鎓（[MMMPyr]+）、四甲基铵（[N1111]+）、四乙基铵（[N2222]+）、三丁基甲基铵（[N4441]+）、二烯丙基二甲基铵(tiallyldimethylammonium)（[DADMA]+）；N-N-二乙基-N-甲基-N-(2-甲氧基乙基)铵（[DEME]+）、N,N-二乙基-N-(2-甲基丙烯酰基乙基)-N-甲基铵（[DEMM]+）、三甲基异丁基-鏻（[P111i4]+）、三异丁基甲基鏻（[P1i444]+）、三丁基甲基鏻（[P1444]+）、二乙基甲基异丁基鏻（[P1224]+）、三己基癸基鏻(trihexdecylphosphonium)（[P66610]+）、三己基十四烷基鏻（[P66614]+）及其组合。该阴离子可以选自：六氟砷酸根、六氟磷酸根、双(氟磺酰基)酰亚胺（FSI）、双(三氟甲磺酰基)酰亚胺（TFSI）、高氯酸根、四氟硼酸根、环-二氟甲烷-1,1-双(磺酰基)酰亚胺（DMSI）、双(全氟乙烷磺酰基)酰亚胺（BETI）、双(草酸根)硼酸根(bis(oxalate)borate)（BOB）、二氟(草酸根合)硼酸根（DFOB）、双(氟丙二酸根合)硼酸根（BFMB）及其组合。
在一方面，该离子液体可以进一步包括选自以下的低沸点溶剂：碳酸二甲酯、碳酸亚乙酯、乙酸乙酯、乙腈、丙酮、甲苯、碳酸亚丙酯、碳酸二乙酯、1,2,2-四氟乙基, 2,2,3,3-四氟丙基醚及其组合。
在一方面，该离子凝胶可以进一步包括大于0重量%至小于大约40重量%的一种或多种锂盐。各锂盐包括选自六氟砷酸根、六氟磷酸根、双(氟磺酰基)酰亚胺（FSI）、高氯酸根、四氟硼酸根、环-二氟甲烷-1,1-双(磺酰基)酰亚胺（DMSI）、双(三氟甲磺酰基)酰亚胺（TFSI）、双(全氟乙烷磺酰基)酰亚胺（BETI）、双(草酸根)硼酸根（BOB）、二氟(草酸根合)硼酸根（DFOB）和双(氟丙二酸根合)硼酸根（BFMB）的阴离子。
在一方面，该固态电解质层可以包括包含第一多个固态电解质粒子的第一层和包含第二多个固态电解质粒子的第二层，其中第一和第二多个固态电解质粒子相同或不同，并且第一和第二多个固态电解质粒子限定了所述多个固态电解质粒子。
在一方面，该固态电池组可以进一步包括两个或更多个集流体，其中两个或更多个集流体中的第一集流体与第一电极相邻设置，并且两个或更多个集流体中的第二集流体与第二电极相邻设置。
在一方面，该第一和第二集流体中的至少一个包括包含第一材料的第一半部和包含第二材料的第二半部，其中第二半部与第一半部基本平行，并且第一和第二材料是不同的。
在一方面，该固态电池组可以进一步包括聚合物阻挡块，其中聚合物阻挡块使第一集流体接触到第二集流体。该聚合物阻挡块可以具有大于或等于大约2 μm至小于或等于大约200 μm的厚度。该聚合物阻挡块包括绝缘材料，选自：聚氨酯树脂、聚酰胺树脂、聚烯烃树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、乙烯、丙烯、丁烯、硅酮、聚酰亚胺树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、乙烯-丙烯二烯橡胶（EPDM）、异氰酸酯粘合剂、丙烯酸树脂粘合剂、氰基丙烯酸酯粘合剂及其组合。
在一方面，该固态电池组可以是双极型电池组，其中两个或更多个电极包括第一电极、第二电极和一个或多个双极型电极，所述多个固态电活性粒子包括第一多个固态电活性粒子和第二多个固态电活性粒子，并且所述一个或多个固态电解质层包括第一固态电解质层和第二固态电解质层。每个双极型电极可以包括集流体。该第一多个固态电活性粒子可以设置在该集流体的第一侧上，并且该第二多个固态电活性粒子可以设置在该集流体的第二侧上。该第一固态电解质层可以设置在该第一电极与该一个或多个双极型电极的第一侧之间，并且该第二固态电解质可以设置在该一个或多个双极型电极的第二侧与该第二电极之间。该离子凝胶可以进一步设置在第一多个固态电活性粒子与第二多个固态电活性粒子、第一固态电解质层与第一电极、一个或多个双极型电极、一个或多个双极型电极与第一固态电解质层、一个或多个双极型电极与第二固态电解质层、以及第二固态电解质层与第二电极之间的空隙空间中。
在各种其它方面，本公开提供了包含多个固态电活性粒子和设置在固态电活性粒子之间的空隙空间中的离子凝胶的固态电极，使得该固态电极具有小于或等于大约20体积%的颗粒间孔隙率。该离子凝胶可以具有大于或等于大约0.1 mS/cm至小于或等于大约10mS/cm的离子电导率。
在一方面，所述多个固态电活性粒子可以限定电极层。该固态电极可以进一步包括与该电极层相邻设置的固态电解质层。该固态电解质层可以包括多个固态电解质粒子。该离子凝胶可以进一步设置在固态电解质粒子之间和固态电解质层与电极层之间的空隙中。
在一方面，该离子凝胶可以包括大于或等于大约30重量%至小于或等于大约95重量%的离子液体和大于或等于大约2重量%至小于或等于大约40重量%的固体组分。该离子液体可以包括阳离子和阴离子，并且该固体组分可以包括有机聚合物、无机氧化物、聚合物/氧化物混合物和金属-有机骨架（MOF）中的至少一种。
在一方面，该离子液体可以包括选自以下的阳离子：Li(三甘醇二甲醚)甲基咪唑鎓（[Li(G3)]+）、Li(四甘醇二甲醚)（[Li(G4)+]）、1-乙基-3（[Emim]+）、1-丙基-3-甲基咪唑鎓（[Pmim]+）、1-丁基-3-甲基咪唑鎓（[Bmim]+）、1,2-二甲基-3-丁基咪唑鎓（[DMBim]）、1-烷基-3-甲基咪唑鎓（[Cnmim]+）、1-烯丙基-3-甲基咪唑鎓（[Amim]+）、1,3-二烯丙基咪唑鎓（[Daim]+）、1-烯丙基-3-乙烯基咪唑鎓（[Avim]+）；1-乙烯基-3-乙基咪唑鎓（[Veim]+）、1-氰基甲基-3-甲基咪唑鎓（[MCNim]+）、1,3-二氰基甲基-咪唑鎓（[BCNim]+）、1-丙基-1-甲基哌啶鎓（[PP13]+）、1-丁基-1-甲基哌啶鎓（[PP14]+）、1-甲基-1-乙基吡咯烷鎓（[Pyr12]+）、1-丙基-1-甲基吡咯烷鎓（[Pyr13]+）、1-丁基-1-甲基吡咯烷鎓（[Pyr14]+）、甲基-甲基羧甲基-吡咯烷鎓（[MMMPyr]+）、四甲基铵（[N1111]+）、四乙基铵（[N2222]+）、三丁基甲基铵（[N4441]+）、二烯丙基二甲基铵（[DADMA]+）；N-N-二乙基-N-甲基-N-(2-甲氧基乙基)铵（[DEME]+）、N,N-二乙基-N-(2-甲基丙烯酰基乙基)-N-甲基铵（[DEMM]+）、三甲基异丁基-鏻（[P111i4]+）、三异丁基甲基鏻（[P1i444]+）、三丁基甲基鏻（[P1444]+）、二乙基甲基异丁基鏻（[P1224]+）、三己基癸基鏻（[P66610]+）、三己基十四烷基鏻（[P66614]+）及其组合。
在一方面，该离子液体可以包括选自以下的阴离子：六氟砷酸根、六氟磷酸根、双(氟磺酰基)酰亚胺（FSI）、双(三氟甲磺酰基)酰亚胺（TFSI）、高氯酸根、四氟硼酸根、环-二氟甲烷-1,1-双(磺酰基)酰亚胺（DMSI）、双(全氟乙烷磺酰基)酰亚胺（BETI）、双(草酸根)硼酸根（BOB）、二氟(草酸根合)硼酸根（DFOB）、双(氟丙二酸根合)硼酸根（BFMB）及其组合。
在一方面，该离子液体可以进一步包括低沸点溶剂。该低沸点溶剂可以选自：碳酸二甲酯、碳酸亚乙酯、乙酸乙酯、乙腈、丙酮、甲苯、碳酸亚丙酯、碳酸二乙酯、1,2,2-四氟乙基, 2,2,3,3-四氟丙基醚及其组合。
在一方面，该离子凝胶可以进一步包括大于0重量%至小于大约40重量%的一种或多种锂盐。各锂盐包括选自六氟砷酸根、六氟磷酸根、双(氟磺酰基)酰亚胺（FSI）、高氯酸根、四氟硼酸根、环-二氟甲烷-1,1-双(磺酰基)酰亚胺（DMSI）、双(三氟甲磺酰基)酰亚胺（TFSI）、双(全氟乙烷磺酰基)酰亚胺（BETI）、双(草酸根)硼酸根（BOB）、二氟(草酸根合)硼酸根（DFOB）和双(氟丙二酸根合)硼酸根（BFMB）的阴离子。
由本文中提供的描述，其它应用领域将变得显而易见。该概述中的描述和具体实例仅意在用于说明目的，而非意在限制本公开的范围。
附图概述
本文中描述的附图仅为说明所选实施方案，而非所有可能的实施方式，并且并非意在限制本公开的范围。
图1A是示例固态电池组的图示；
图1B是根据本技术的各个方面具有离子凝胶的示例固态电池组的图示；
图2A是根据本技术的各个方面包括设置在其暴露表面上的固态电解质层的示例负电极的图示；
图2B是根据本技术的各个方面包括设置在其暴露表面上的固态电解质层的示例正电极的图示；
图2C是根据本技术的各个方面的示例固态电池组的图示，其中固态电解质层包含设置在负电极的暴露表面上的第一固态电解质层和设置在正电极的暴露表面上的第二固态电解质层；
图3是根据本技术的各个方面形成具有离子凝胶的电极的示例方法的图示；
图4A是根据本技术的各个方面具有离子凝胶的示例双极型固态电池组的图示；
图4B是根据本技术的各个方面具有离子凝胶和双集流体的示例双极型固态电池组的图示；
图4C是根据本技术的各个方面具有离子凝胶和聚合物阻挡块的示例双极型固态电池组的图示；
图5A是对比电池的1C充电-放电曲线的图解；和
图5B是对比电池的1C循环容量的图解。
在附图的若干视图中，相应的附图标记表示相应的部件。
发明详述
提供了示例性实施方案，使得本公开将是透彻的，并将范围充分传达给本领域技术人员。阐述了许多特定细节，如特定组成、组件、设备和方法的实例以提供对本公开的实施方案的透彻理解。对本领域技术人员显而易见的是，不需要采用特定细节，可以以许多不同的形式来体现示例性实施方案，并且均不应当解释为限制本公开的范围。在一些示例性实施方案中，没有详细描述公知的工艺、公知的设备结构和公知的技术。
本文中所用的术语仅为了描述特定的示例性实施方案的目的，而非意在是限制性的。除非上下文明确说明，本文中所用的单数形式“一个”、“一种”和“该”也可以意在包括复数形式。术语“包含”、“包括”、“含有”和“具有”是包含性的，因此指定存在所述特征、要素、组合物、步骤、整数、操作和/或组件，而不排除存在或增加一种或多种其它特征、整数、步骤、操作、要素、组件和/或其组。尽管开放式术语“包含”应理解为用于描述和要求保护本文中所述的各种实施方案的非限制性术语，在某些方面，该术语可以替代地理解为更具限制性和约束性的术语，如“由……组成”或“基本由……组成”。由此，对描述组合物、材料、组分、要素、特征、整数、操作和/或工艺步骤的任何给定实施方案，本公开还具体包括由或基本由此类描述的组合物、材料、组分、要素、特征、整数、操作和/或工艺步骤组成的实施方案。在“由……组成”的情况下，该替代实施方案排除任何附加的组合物、材料、组分、要素、特征、整数、操作和/或工艺步骤，而在“基本由……组成”的情况下，从此类实施方案中排除实质上影响基础和新颖特征的任何附加的组合物、材料、组分、要素、特征、整数、操作和/或工艺步骤，但是在该实施方案中可以包括不会实质上影响基础和新颖特征的任何组合物、材料、组分、要素、特征、整数、操作和/或工艺步骤。
除非明确标识为实施顺序，本文中描述的任何方法步骤、工艺和操作不应解释为必须要求以讨论或显示的特定顺序实施它们。还要理解的是，除非另行说明，可以采用附加或替代步骤。
当组件、要素或层被称为“位于”、“接合到”、“连接到”或“耦合到”另一要素或层“之上”时，其可以直接位于、接合到、连接到或耦合到其它组件、要素或层上，或者可以存在中间要素或层。相反，当要素被称为“直接位于”、“直接接合到”、“直接连接到”或“直接耦合到”另一要素或层“之上”时，将不存在中间要素或层。用于描述要素之间的关系的其它词语应以类似方式解释（例如，“在……之间”对“直接在……之间”，“相邻”对“直接相邻”等等）。本文中所用的术语“和/或”包括相关列举的项目的一种或多种的任意和所有组合。
尽管在本文中可以使用术语第一、第二、第三等等来描述各种步骤、要素、组件、区域、层和/或部分，除非另行说明，这些步骤、要素、组件、区域、层和/或部分不应受这些术语的限制。这些术语可以仅用于区分一个步骤、要素、组件、区域、层或部分与另一步骤、要素、组件、区域、层或部分。除非上下文明确指出，否则诸如“第一”、“第二”的术语和其它数字术语在本文中使用时并不暗示顺序或次序。由此，下文讨论的第一步骤、要素、组件、区域、层或部分可以被称为第二步骤、要素、组件、区域、层或部分，而不离开该示例性实施方案的教导。
空间或时间上相对的术语，如“之前”、“之后”、“内部”、“外部”、“下方”、“低于”、“下部”、“上方”、“上部”等等在本文中为便于描述而用于描述如图中所示的一个要素或特征与另一要素或特征的关系。除了图中描绘的方位之外，空间或时间上相对的术语可以意在涵盖使用或操作中该装置或系统的不同方位。
在本公开通篇中，数字值表示范围的近似量度或边界，以涵盖与给定值的微小偏差和具有大致所述值的实施方案以及具有确切所述值的实施方案。除了在详述结尾提供的工作实施例中之外，本说明书中（包括所附权利要求书）的所有参数（例如量或条件）的数字值应理解为在所有情况下均被术语“大约”修饰，无论“大约”是否在该数字值前实际出现。“大约”表示所述数字值允许一些轻微的不精确（采用某些方法实现该值的精度；近似或合理地接近该值；近乎）。如果在本领域中以该普通含义未能理解“大约”所提供的不精确性，那么本文中所用的“大约”至少表示可能由测量和使用此类参数的一般方法引起的变化。例如，“大约”可以包含小于或等于5%、任选小于或等于4%、任选小于或等于3%、任选小于或等于2%、任选小于或等于1%、任选小于或等于0.5%、以及在某些方面任选小于或等于0.1%的变化。
此外，范围的公开内容包括整个范围中所有值和进一步细分的范围的公开，包括对该范围给出的端点和子范围。
现在将参考附图更全面地描述示例性实施方案。
本技术涉及包含离子凝胶的固态电池组（SSB），例如双极型固态电池组。固态电池组可以具有包含多个双极型电极的双极型堆叠设计，其中固态电活性材料粒子（和任选的固态电解质粒子）的第一混合物设置在集流体的第一侧上，并且固态电活性材料粒子（和任选的固态电解质粒子）的第二混合物设置在与第一侧平行的集流体的第二侧上。作为固态电活性材料粒子，该第一混合物可以包括阴极材料粒子。作为固态电活性材料粒子，该第二混合物可以包括阳极材料粒子。该固态电解质粒子在每种情况下可以相同或不同。
在每种情况下，离子凝胶可以润湿固态电解质粒子和/或固态电活性材料粒子之间的界面和/或填充固态电解质粒子和/或固态电活性材料粒子之间的空隙空间，以降低颗粒间孔隙率和改善离子接触；和/或聚合物阻挡块可以接触或连接一个或多个相邻集流体以减轻潜在的离子短路。此类双极型固态电池组可以并入储能装置，如可再充电锂离子电池组，其可用于汽车运输应用（例如摩托车、船、拖拉机、公共汽车、活动房屋、野营车和坦克）。但是，本技术还可用于多种其它行业和应用，作为非限制性实例包括航空航天部件、消费品、装置。建筑物（例如房屋、办公室、棚屋和仓库）、办公设备和家具、以及工业设备机械、农业或农场设备、或重型机械。在各种方面，本公开提供了可再充电锂离子电池组，其表现出高温稳定性以及提高的安全性和优异的功率容量和寿命性能。
循环锂离子的全固态电化学电池（也称为“固态电池组”和/或“电池组”）20的示例性和示意性图式显示在图1A和1B的每一个中。该电池组20包括负电极（即阳极）22、正电极（即阴极）24和固态电解质层26。
该固态电解质层26是物理分隔负电极22与正电极（即阴极）24的分隔层。该固态电解质层26可以由第一多个固态电解质粒子30来限定。第二多个固态电解质粒子90可以与固态负电活性粒子50在该负电极22中混合，第三多个固态电解质粒子92可以与固态正电活性粒子60在该正电极24中混合以形成连续的电解质网络，该网络可以是连续固态电解质网络。例如，该固态负电活性粒子50与该固态正电活性粒子60独立地不与电解质混合，或独立地与第二/第三多个固态电解质粒子90、92混合。
负电极集流体32可以位于负电极22处或附近。如下文在图4B的背景下讨论的那样，该负电极集流体32可以由铜或本领域技术人员已知的任何其它合适的导电材料形成。正电极集流体34可以位于正电极24处或附近。如下文在图4B的背景下讨论的那样，该正电极集流体34可以由铝或本领域技术人员已知的任何其它导电材料形成。该负电极集流体32与该正电极集流体34分别收集自由电子并使其向外部电路40和由外部电路40移动（如实心箭头所示）。例如，可中断外部电路40和负载装置42可以连接该负电极22（通过负电极集流体32）和正电极24（通过正电极集流体34）。
尽管所示实例包括单个正电极（即阴极）24和单个负电极（即阳极）22，本领域技术人员将认识到，本教导适用于各种其它配置，包括具有一个或多个阴极和一个或多个阳极，以及具有设置在其一个或多个表面上或与其一个或多个表面相邻设置的电活性粒子层的各种集流体的那些。
该电池组20可以通过在外部电路40闭合（以连接负电极22和正电极24）时并在负电极22具有比正电极24更低的电势时发生的可逆电化学反应在放电过程中生成电流（如图1A和1B中的箭头所示）。负电极22与正电极24之间的化学势差驱动负电极22处通过反应例如插层锂的氧化所产生的电子经外部电路40朝向正电极24。同样在负电极22处产生的锂离子同时经固态电解质层26朝向正电极24转移。电子流经外部电路40，锂离子跨越固态电解质层26迁移至正电极24，在那里离子镀敷、反应或嵌入。可以驾驭和引导通过外部电路40的电流穿过该负载装置42（在箭头方向上），直到负电极22中的锂耗尽且电池组20的容量降低。
可以将外部电源（例如充电装置）连接到该电池组20上以逆转电池组放电过程中发生的电化学反应，从而随时为电池组20充电或重新供能。可用于将电池组20充电的外部电源可以根据电池组20的尺寸、构造和特定的最终用途而不同。一些值得注意和示例性的外部电源包括但不限于通过壁装电源插座连接到AC电力网的AC-DC转换器和机动车交流发电机。将外部电源连接到电池组20上促进了在正电极24处的反应，例如嵌入的锂的非自发氧化，由此产生电子和锂离子。电子（其通过外部电路40流回负电极22）和锂离子（其跨越固态电解质层26移动回负电极22）在负电极22处重新结合，并用锂补充其以便在下一电池组放电循环过程中消耗。由此，完整的放电事件然后完整的充电事件，被认为是一个循环，其中锂离子在正电极24和负电极22之间循环。
在该电池组20的许多配置中，将负电极集流体32、负电极22、固态电解质层26、正电极24和正电极集流体34各自制备为相对薄的层（例如厚度由几微米至一毫米或更小）并组装成电并联连接的层以提供合适的电能和电源组(power package)。在各种其它情况下，该电池组20可以包括串联电连接的电极22、24。
在各种方面，该电池组20可以包括尽管未在本文中描绘但本领域技术人员已知的多种其它组件。例如，该电池组20可以包括外壳、垫圈、端子盖以及可以位于电池组20中（包括在负电极22、正电极24和/或固态电解质层26之间或附近）的任何其它常规组件或材料。
如上所述，该电池组20的尺寸和形状可以根据设计其的特定应用而有所不同。电池组供能的车辆和手持式消费电子设备是其中该电池组20最有可能被设计为不同尺寸、容量和功率输出规格的两个实例。如上所述，该电池组20还可以与其它类似锂离子电池或电池组串联或并联连接以产生更大的电压输出、能量和功率（如果负载装置42需要的话）。该电池组20可以生成向着负载装置42的电流，该负载装置42可以可操作地连接到外部电路40上。该负载装置42可以完全或部分由电池组20放电时通过外部电路40的电流来供电。虽然该负载装置42可以是任何数量的已知电动装置，作为非限制性实例，耗电负载装置的一些具体实例包括用于混合电动车或全电动车的电动机、膝上型计算机、平板计算机、蜂窝电话和无绳电动工具或器具。该负载装置42还可以是为了存储电能而对电池组20充电的发电设备。
再参照图1A和1B，该固态电解质层26在负电极22（即阳极）与正电极24（即阴极）之间提供电气分隔——防止物理接触。该固态电解质层26还提供了离子内部通过的最小电阻路径。在各种方面，如上所述，该固态电解质层26可以由第一多个固态电解质粒子30来限定。例如，该固态电解质层26可以为包含第一多个固态电解质粒子30的层或复合材料的形式。该固态电解质粒子30可以具有大于或等于大约0.02 μm至小于或等于大约20 μm、和在某些方面任选大于或等于大约0.1 μm至小于或等于大约1 μm的平均粒径。尽管并未显示，本领域技术人员将认识到，在某些情况下，一种或多种粘合剂粒子可以与固态电解质粒子30混合。例如，在某些方面，该固态电解质层26可以包括大于或等于大约0.5重量%至小于或等于大约10重量%的一种或多种粘合剂。该一种或多种粘合剂可以包括例如聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚四氟乙烯（PTFE）、乙烯丙烯二烯单体（EPDM）橡胶、丁腈橡胶（NBR）、苯乙烯-丁二烯橡胶（SBR）和聚丙烯酸锂（LiPAA）。
该固态电解质层26可以为层形式，其厚度为大于或等于大约5 µm至小于或等于大约200 µm、任选大于或等于大约10 µm至小于或等于大约100 µm、任选大约40 µm，并在某些方面任选大约20 µm。如图1A中所示，此类固态电解质层26可以具有大于0体积%至小于或等于大约50体积%、大于或等于大约1体积%至小于或等于大约40体积%、或大于或等于大约2体积%至小于或等于大约20体积%的在第一多个固态电解质粒子30之间的颗粒间孔隙率80（在本文中定义为孔隙总体积对所述层或膜的总体积的分数）。
该第一多个固态电解质粒子30可以包含一种或多种氧化物基粒子、金属掺杂或异价取代氧化物（aliovalent-substituted oxide）粒子、硫化物基粒子、氮化物基粒子、氢化物基粒子、卤化物基粒子和硼酸盐基粒子。
在某些变体中，该氧化物基粒子可以包含一种或多种石榴石陶瓷、LISICON型氧化物、NASICON型氧化物和钙钛矿型陶瓷。例如，该石榴石陶瓷可以选自：Li7La3Zr2O12、Li6.2Ga0.3La2.95Rb0.05Zr2O12、Li6.85La2.9Ca0.1Zr1.75Nb0.25O12、Li6.25Al0.25La3Zr2O12、Li6.75La3Zr1.75Nb0.25O12及其组合。该LISICON型氧化物可以选自：Li2+2xZn1-xGeO4（其中0 < x< 1）、Li14Zn(GeO4)4、Li3+x(P1−xSix)O4（其中0 < x < 1）、Li3+xGexV1-xO4（其中0 < x < 1）及其组合。该NASICON型氧化物可以通过LiMM'(PO4)3来定义，其中M和M'独立地选自Al、Ge、Ti、Sn、Hf、Zr和La。例如，在某些变体中，该NASICON型氧化物可以选自：Li1+xAlxGe2-x(PO4)3（LAGP）（其中0 ≤ x ≤ 2）、Li1.4Al0.4Ti1.6(PO4)3、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3、LiTi2(PO4)3、LiGeTi(PO4)3、LiGe2(PO4)3、LiHf2(PO4)3及其组合。该钙钛矿型陶瓷可以选自：Li3.3La0.53TiO3、LiSr1.65Zr1.3Ta1.7O9、Li2x-ySr1-xTayZr1-yO3（其中x = 0.75y且0.60 < y <0.75）、Li3/8Sr7/16Nb3/4Zr1/4O3、Li3xLa(2/3-x)TiO3（其中0 < x < 0.25）及其组合。
在某些变体中，该金属掺杂或异价取代的氧化物粒子可以包括例如铝（Al）或铌（Nb）掺杂的Li7La3Zr2O12、锑（Sb）掺杂的Li7La3Zr2O12、镓（Ga）掺杂的Li7La3Zr2O12、铬（Cr）和/或钒（V）取代的LiSn2P3O12、铝（Al）取代的Li1+x+yAlxTi2-xSiYP3-yO12（其中0 < x < 2且0 < y< 3）及其组合。
在某些变体中，该硫化物基粒子可以包括例如Li2S-P2S5体系、Li2S-P2S5-MOx体系（其中1 < x < 7）、Li2S-P2S5-MSx体系（其中1 < x < 7）、Li10GeP2S12（LGPS）、Li6PS5X（其中X是Cl、Br或I）（含锂硫银锗矿(lithium argyrodite)）、Li7P2S8I、Li10.35Ge1.35P1.65S12、Li3.25Ge0.25P0.75S4 （硫代LISICON）、Li10SnP2S12、Li10SiP2S12、Li9.54Si1.74P1.44S11.7Cl0.3、(1-x)P2S5-xLi2S（其中0.5≤x≤0.7）、Li3.4Si0.4P0.6S4、PLi10GeP2S11.7O0.3、Li9.6P3S12、Li7P3S11、Li9P3S9O3、Li10.35Ge1.35P1.63S12、Li9.81Sn0.81P2.19S12、Li10(Si0.5Ge0.5)P2S12、Li10(Ge0.5Sn0.5)P2S12、Li10(Si0.5Sn0.5)P2S12、Li3.833Sn0.833As0.16S4、LiI–Li4SnS4、Li4SnS4及其组合。
在某些变体中，该氮化物基粒子可以包括例如Li3N、Li7PN4、LiSi2N3及其组合；该氢化物基粒子可以包括例如LiBH4、LiBH4–LiX（其中x = Cl、Br或I）、LiNH2、Li2NH、LiBH4-LiNH2、Li3AlH6及其组合；该卤化物基粒子可以包括例如LiI、Li3InCl6、Li2CdCl4、Li2MgCl4、LiCdI4、Li2ZnI4、Li3OCl及其组合；并且该硼酸盐基粒子可以包括例如Li2B4O7、Li2O–B2O3–P2O5及其组合。
以这种方式，在各种方面，该第一多个固态电解质粒子30可以包括一种或多种选自以下的电解质材料：Li7La3Zr2O12、Li6.2Ga0.3La2.95Rb0.05Zr2O12、Li6.85La2.9Ca0.1Zr1.75Nb0.25O12、Li6.25Al0.25La3Zr2O12、Li6.75La3Zr1.75Nb0.25O12、Li6.75La3Zr1.75Nb0.25O12、Li2+2xZn1-xGeO4（其中0 < x < 1）、Li14Zn(GeO4)4、Li3+x(P1−xSix)O4（其中0 < x < 1）、Li3+xGexV1-xO4（其中0 < x < 1）、LiMM'(PO4)3（其中M和M'独立地选自Al、Ge、Ti、Sn、Hf、Zr和La）、Li3.3La0.53TiO3、LiSr1.65Zr1.3Ta1.7O9、Li2x-ySr1-xTayZr1-yO3（其中x =0.75y且0.60 < y < 0.75）、Li3/8Sr7/16Nb3/4Zr1/4O3、Li3xLa(2/3-x)TiO3（其中0 < x < 0.25）、铝（Al）或铌（Nb）掺杂的Li7La3Zr2O12、锑（Sb）掺杂的Li7La3Zr2O12、镓（Ga）掺杂的Li7La3Zr2O12、铬（Cr）和/或钒（V）取代的LiSn2P3O12、铝（Al）取代的Li1+x+yAlxTi2-xSiYP3-yO12（其中0 < x < 2且0 < y < 3）、Li2S-P2S5体系、Li2S-P2S5-MOx体系（其中1 < x < 7）、Li2S-P2S5-MSx体系（其中1 < x < 7）、Li10GeP2S12（LGPS）、Li6PS5X（其中X是Cl、Br或I）（含锂硫银锗矿）、Li7P2S8I、Li10.35Ge1.35P1.65S12、Li3.25Ge0.25P0.75S4 （硫代LISICON）、Li10SnP2S12、Li10SiP2S12、Li9.54Si1.74P1.44S11.7Cl0.3、(1-x)P2S5-xLi2S（其中0.5≤x≤0.7）、Li3.4Si0.4P0.6S4、PLi10GeP2S11.7O0.3、Li9.6P3S12、Li7P3S11、Li9P3S9O3、Li10.35Ge1.35P1.63S12、Li9.81Sn0.81P2.19S12、Li10(Si0.5Ge0.5)P2S12、Li10(Ge0.5Sn0.5)P2S12、Li10(Si0.5Sn0.5)P2S12、Li3.833Sn0.833As0.16S4、LiI–Li4SnS4、Li4SnS4、Li3N、Li7PN4、LiSi2N3、LiBH4、LiBH4–LiX（其中x =Cl、Br或I）、LiNH2、Li2NH、LiBH4-LiNH2、Li3AlH6、LiI、Li3InCl6、Li2CdCl4、Li2MgCl4、LiCdI4、Li2ZnI4、Li3OCl、Li2B4O7、Li2O–B2O3–P2O5及其组合。
在各种方面，如图2A–2C中所示，用于固态电池组的（如就图1A和1B所描述的）固态电解质层200A、200B、200C可以分别由以下形成：设置在负电极210（即阳极）的暴露表面216上的包含第一多个固态电解质粒子 240的单个（第一）层230，所述负电极由与负电极集流体214相邻设置的多个固态负电活性粒子212（和在某些情况下，如上文所述，另一多个固态电解质粒子(未显示)）来限定；设置在正电极220（即阴极）的暴露表面226上的包含第二多个固态电解质粒子260的单个（第二）层250，所述正电极由与正电极集流体224相邻设置的多个固态正电活性粒子222（和在某些情况下，如上文所述，另一多个固态电解质粒子(未显示)）来限定；或其组合——也就是说，设置在负电极210上的包含第一多个固态电解质粒子240的第一层230和设置在正电极220上的包含第二多个固态电解质粒子260的第二层250。
在各种情况下，该固态电解质粒子240、260可以包含如上文详述的固态电解质中的一种或多种。限定每个层230、250的固态电解质材料可以相同或不同。该固态电解质层200A、200B、200C各自可以具有大于或等于大约5 µm至小于或等于大约200 µm、任选大于或等于大约10 µm至小于或等于大约100 µm、任选大约40 µm、和在某些方面任选大约20 µm的厚度。该第一和第二层230、250具有一定厚度，以限定具有大于或等于大约5 µm至小于或等于大约200 µm、任选大于或等于大约10 µm至小于或等于大约100 µm、任选大约40 µm、和在某些方面任选大约20 µm的厚度的固态电解质层200A、200B、200C。
再参照图1A和1B，该负电极22可以由锂基质材料形成，所述锂基质材料能够充当锂离子电池组的负极端子。例如，在某些变体中，该负电极22可以由多个固态负电活性粒子50来限定。在某些情况下，如所示那样，该负电极22是包含固态负电活性粒子50与第二多个固态电解质粒子90的混合物的复合材料。例如，该负电极22可以包括大于或等于大约30重量%至小于或等于大约98重量%、和在某些方面任选大于或等于大约50重量%至小于或等于大约95重量%的固态负电活性粒子50，和大于或等于大约0重量%至小于或等于大约50重量%、和在某些方面任选大于或等于大约5重量%至小于或等于大约20重量%的第二多个固态电解质粒子90。此类负电极22可以具有大于或等于大约0体积%至小于或等于大约20体积%的如图1A中所示在固态负电活性粒子50和/或第二多个固态电解质粒子90之间的颗粒间孔隙率82。
该第二多个固态电解质粒子90可以与该第一多个固态电解质粒子30相同或不同。在某些变体中，该固态负电活性粒子50可以是锂基的，例如锂合金。在其它变体中，该固态负电活性粒子50可以是硅基的，包括例如硅合金和/或硅-石墨混合物。在再其它变体中，该负电极22可以是碳质阳极，并且该固态负电活性粒子50可以包含一种或多种负电活性材料，如石墨、石墨烯、硬碳、软碳和碳纳米管（CNT）。在再其它变体中，该负电极22可以包含一种或多种负电活性材料，如锂钛氧化物（Li4Ti5O12）;一种或多种金属氧化物，如TiO2和/或V2O5；和金属硫化物，如FeS。由此，该固态负电活性粒子50可以选自例如锂、石墨、石墨烯、硬碳、软碳、碳纳米管、硅、含硅合金、含锡合金及其组合。
在某些变体中，该负电极22可以进一步包括一种或多种导电添加剂和/或粘合剂材料。例如，该固态负电活性粒子50（和/或第二多个固态电解质粒子90）可以任选与一种或多种提供电子传导路径的导电材料（未显示）和/或至少一种改善负电极22的结构完整性的聚合物粘合剂材料（未显示）混杂。
例如，该固态负电活性粒子50（和/或第二多个固态电解质粒子90）可以任选与粘合剂混杂，所述粘合剂例如聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚四氟乙烯（PTFE）、乙烯丙烯二烯单体（EPDM）橡胶、丁腈橡胶（NBR）、苯乙烯-丁二烯橡胶（SBR）和/或聚丙烯酸锂（LiPAA）粘合剂。导电材料可以包括例如碳基材料或导电聚合物。碳基材料可以包括例如石墨、乙炔黑（如KETCHENTM黑或DENKATM黑）、碳纤维和纳米管、石墨烯（如氧化石墨烯）、炭黑（如Super P）等等的粒子。导电聚合物的实例可以包括聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔、聚吡咯等等。在某些方面，可以使用导电添加剂和/或粘合剂材料的混合物。
负电极22可以包括大于或等于大约0重量%至小于或等于大约30重量%、和在某些方面任选大于或等于大约2重量%至小于或等于大约10重量%的一种或多种导电添加剂；和大于或等于大约0重量%至小于或等于大约20重量%、和在某些方面任选大于或等于大约1重量%至小于或等于大约10重量%的一种或多种粘合剂。
该正电极24可以由锂基或电活性材料形成，该材料可以经历锂嵌入和脱嵌，同时充当该电池组20的正极端子。例如，在某些变体中，该正电极24可以由多个固态正电活性粒子60来限定。在某些情况下，如所示那样，该正电极24是包含固态正电活性粒子60与第三多个固态电解质粒子92的混合物的复合材料。例如，该正电极24可以包括大于或等于大约30重量%至小于或等于大约98重量%、和在某些方面任选大于或等于大约50重量%至小于或等于大约95重量%的固态正电活性粒子60，和大于或等于大约0重量%至小于或等于大约50重量%、和在某些方面任选大于或等于大约5重量%至小于或等于大约20重量%的第三多个固态电解质粒子92。此类正电极24可以具有大于或等于大约1体积%至小于或等于大约20体积%、和任选大于或等于5体积%至小于或等于大约10体积%的如图1A中所示在固态正电活性粒子60和/或第三多个固态电解质粒子92之间的颗粒间孔隙率84。
该第三多个固态电解质粒子92可以与该第一和/或第二多个固态电解质粒子30、90相同或不同。在某些变体中，该正电极24可以是层状氧化物阴极、尖晶石阴极和聚阴离子阴极中的一种。例如，在层状氧化物阴极的情况下（例如岩盐层状氧化物），该固态正电活性粒子60可以包含一种或多种正电活性材料，对固态锂离子电池组而言，所述正电活性材料选自LiCoO2、LiNixMnyCo1-x-yO2（其中0 ≤ x ≤ 1且0 ≤ y ≤ 1）、LiNixMnyAl1-x-yO2（其中0< x ≤ 1且0 < y ≤ 1）、LiNixMn1-xO2（其中0 ≤ x ≤ 1）和Li1+xMO2（其中0 ≤ x ≤ 1）。该尖晶石阴极可以包括一种或多种正电活性材料，如LiMn2O4和LiNi0.5Mn1.5O4。该聚阴离子阴极例如对锂离子电池组可以包括磷酸盐，如LiFePO4、LiVPO4、LiV2(PO4)3、Li2FePO4F、Li3Fe3(PO4)4或Li3V2(PO4)F3，和/或硅酸盐，例如对锂离子电池组为LiFeSiO4。以这种方式，在各种方面，该固态正电活性粒子60可以包含一种或多种正电活性材料，所述正电活性材料选自LiCoO2、LiNixMnyCo1-x-yO2（其中0 ≤ x ≤ 1且0 ≤ y ≤ 1）、LiNixMn1-xO2（其中0 ≤x ≤ 1）、Li1+xMO2（其中0 ≤ x ≤ 1）、LiMn2O4、LiNixMn1.5O4、LiFePO4、LiVPO4、LiV2(PO4)3、Li2FePO4F、Li3Fe3(PO4)4、Li3V2(PO4)F3、LiFeSiO4及其组合。在某些方面，该固态正电活性粒子60可以被涂覆（例如被LiNbO3和/或Al2O3）和/或该正电活性材料可以被掺杂（例如被铝和/或镁）。
在某些变体中，该正电极24可以进一步包括一种或多种导电添加剂和/或粘合剂材料。例如，该固态正电活性粒子60（和/或第三多个固态电解质粒子92）可以任选与一种或多种提供电子传导路径的导电材料（未显示）和/或至少一种改善正电极24的结构完整性的聚合物粘合剂材料（未显示）混杂。
例如，该固态正电活性粒子60（和/或第三多个固态电解质粒子92）可以任选与粘合剂混杂，所述粘合剂例如聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚四氟乙烯（PTFE）、乙烯丙烯二烯单体（EPDM）橡胶、丁腈橡胶（NBR）、苯乙烯-丁二烯橡胶（SBR）和/或聚丙烯酸锂（LiPAA）粘合剂。导电材料可以包括例如碳基材料或导电聚合物。碳基材料可以包括例如石墨、乙炔黑（如KETCHENTM黑或DENKATM黑）、碳纤维和纳米管、石墨烯（如氧化石墨烯）、炭黑（如Super P）等等的粒子。导电聚合物的实例可以包括聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔、聚吡咯等等。在某些方面，可以使用导电添加剂和/或粘合剂材料的混合物。
该正电极24可以包括大于或等于大约0重量%至小于或等于大约30重量%、和在某些方面任选大于或等于大约2重量%至小于或等于大约10重量%的一种或多种导电添加剂；和大于或等于大约0重量%至小于或等于大约20重量%、和在某些方面任选大于或等于大约1重量%至小于或等于大约10重量%的一种或多种粘合剂。
由于该电池组20中粒子之间的颗粒间孔隙率80、82、84（例如，生坯形式的电池组20可以具有大于或等于大约0体积%至小于或等于大约30体积%的固态电解质颗粒间孔隙率），固态电活性粒子50、60与多个固态电解质粒子30、90、92之间的直接接触可能远低于相当的非固态电池组中液体电解质与固态电活性粒子之间的接触。在各种方面，如如图1B中所示，本公开提供了离子凝胶100。离子凝胶100可以设置在电池组中，以润湿固态电解质粒子50、60和/或固态活性材料粒子30、90、92之间的界面和/或填充固态电解质粒子50、60和/或固态活性材料粒子30、90、92之间的空隙空间，以便例如降低颗粒间孔隙率80、82、84并改善离子接触和/或能够获得更高的热稳定性。该电池组20可以包括大于或等于大约0重量%至小于或等于大约30重量%、和在某些方面大于或等于大约5重量%至小于或等于大约20重量%的离子凝胶100。
该离子凝胶100是通过将离子液体固定在固体组分中，以使离子凝胶100保持该离子液体的性质而形成的软离子凝胶。例如，该离子凝胶100可以具有大于或等于大约0.1mS/cm至小于或等于大约10 mS/cm、任选大于或等于大约1 mS/cm至小于或等于大约10 mS/cm、和在某些方面任选大约1 mS/cm的离子电导率和大于大约200℃的分解温度。该离子凝胶100可以包括例如大于或等于大约30重量%至小于或等于大约98重量%、和在某些方面任选大于或等于大约50重量%至小于或等于大约95重量%的离子液体；大于或等于大约2重量%至小于或等于大约40重量%、和在某些方面任选大于或等于大约5重量%至小于或等于大约20重量%的固体组分。
该离子液体包含例如阳离子和阴离子，和在某些变体中任选的稀释溶剂。
该阳离子可以包括例如Li(三甘醇二甲醚)甲基咪唑鎓（[Li(G3)]+）、Li(四甘醇二甲醚)（[Li(G4)+]）、1-乙基-3（[Emim]+）、1-丙基-3-甲基咪唑鎓（[Pmim]+）、1-丁基-3-甲基咪唑鎓（[Bmim]+）、1,2-二甲基-3-丁基咪唑鎓（[DMBim]）、1-烷基-3-甲基咪唑鎓（[Cnmim]+）、1-烯丙基-3-甲基咪唑鎓（[Amim]+）、1,3-二烯丙基咪唑鎓（[Daim]+）、1-烯丙基-3-乙烯基咪唑鎓（[Avim]+）；1-乙烯基-3-乙基咪唑鎓（[Veim]+）、1-氰基甲基-3-甲基咪唑鎓（[MCNim]+）、1,3-二氰基甲基-咪唑鎓（[BCNim]+）、1-丙基-1-甲基哌啶鎓（[PP13]+）、1-丁基-1-甲基哌啶鎓（[PP14]+）、1-甲基-1-乙基吡咯烷鎓（[Pyr12]+）、1-丙基-1-甲基吡咯烷鎓（[Pyr13]+）、1-丁基-1-甲基吡咯烷鎓（[Pyr14]+）、甲基-甲基羧甲基-吡咯烷鎓（[MMMPyr]+）、四甲基铵（[N1111]+）、四乙基铵（[N2222]+）、三丁基甲基铵（[N4441]+）、二烯丙基二甲基铵（[DADMA]+）；N-N-二乙基-N-甲基-N-(2-甲氧基乙基)铵（[DEME]+）、N,N-二乙基-N-(2-甲基丙烯酰基乙基)-N-甲基铵（[DEMM]+）、三甲基异丁基-鏻（[P111i4]+）、三异丁基甲基鏻（[P1i444]+）、三丁基甲基鏻（[P1444]+）、二乙基甲基异丁基鏻（[P1224]+）、三己基癸基鏻（[P66610]+）、三己基十四烷基鏻（[P66614]+）及其组合。
该阴离子可以包括例如六氟砷酸根、六氟磷酸根、双(氟磺酰基)酰亚胺（FSI）、双(三氟甲磺酰基)酰亚胺（TFSI）、高氯酸根、四氟硼酸根、环-二氟甲烷-1,1-双(磺酰基)酰亚胺（DMSI）、双(全氟乙烷磺酰基)酰亚胺（BETI）、双(草酸根)硼酸根（BOB）、二氟(草酸根合)硼酸根（DFOB）、双(氟丙二酸根合)硼酸根（BFMB）及其组合。
可以添加任选的稀释剂溶剂以降低粘度和/或改善离子液体的锂离子电导率。该任选的稀释剂溶剂可以是具有低沸点的溶剂。例如，该溶剂可以具有小于或等于大约150℃、和在某些方面任选小于或等于大约100℃的沸点。该任选的稀释剂溶剂可以包括例如碳酸二甲酯、碳酸亚乙酯、乙酸乙酯、乙腈、丙酮、甲苯、碳酸亚丙酯、碳酸二乙酯、1,2,2-四氟乙基, 2,2,3,3-四氟丙基醚及其组合。
该固体组分可以包括例如一种或多种有机聚合物、无机氧化物、有机聚合物/无机氧化物（即聚合物/氧化物）混合物、金属-有机骨架（MOF）等等。该一种或多种有机聚合物可以包括例如聚(环氧乙烷)（PEO）
Figure 617504DEST_PATH_IMAGE001
其中1000≤ n≤10,000,000；一种或多种聚(偏二氟乙烯-共-六氟丙烯)（PVDF=HFP）
Figure 347694DEST_PATH_IMAGE002
其中1,000≤x≤10,000,000且1,000≤y≤10,000,000；一种或多种聚(甲基丙烯酸甲酯)（PMMA）
Figure 189748DEST_PATH_IMAGE003
其中1,000≤n≤10,000,000；一种或多种羧甲基纤维素（CMC）
Figure 398007DEST_PATH_IMAGE004
其中1,000≤n≤10,000,000；一种或多种聚丙烯腈（PAN）
Figure 274696DEST_PATH_IMAGE005
其中1,000≤n≤10,000,000；一种或多种聚偏二氟乙烯（PVDF）
Figure 97158DEST_PATH_IMAGE006
其中1,000≤n≤10,000,000；一种或多种聚(乙烯醇)（PVA）
Figure 177241DEST_PATH_IMAGE007
其中1,000≤n≤10,000,000；一种或多种聚乙烯基吡咯烷酮（PVP）
Figure 376141DEST_PATH_IMAGE008
其中1,000≤n≤10,000,000；及其组合。该一种或多种无机氧化物可以包括例如SiO2、Al2O3、TiO2、ZrO2及其组合。该一种或多种金属-有机骨架（MOF）可以包括例如MIL-101、UiO-67、ZIF-8及其组合。
在某些变体中，该离子凝胶100可以进一步包括一种或多种锂盐。例如，该离子凝胶100可以包括大于或等于0 %至小于或等于大约40重量%、和在某些方面任选大于或等于大约5重量%至小于或等于大约20重量%的一种或多种锂盐。作为非限制性实例，该一种或多种锂盐包括锂阳离子和阴离子，如六氟砷酸根、六氟磷酸根、双(氟磺酰基)酰亚胺（FSI）、高氯酸根、四氟硼酸根、环-二氟甲烷-1,1-双(磺酰基)酰亚胺（DMSI）、双(三氟甲磺酰基)酰亚胺（TFSI）、双(全氟乙烷磺酰基)酰亚胺（BETI）、双(草酸根)硼酸根（BOB）、二氟(草酸根合)硼酸根（DFOB）和/或双(氟丙二酸根合)硼酸根（BFMB）。
在各种方面，本公开提供了制备如图1B中所示的具有离子凝胶的固态电池组的方法。如图3中所示，该方法通常可以包括使第一电极324与离子凝胶前体溶液315接触（即步骤302）；使第二电极322与离子凝胶前体溶液315接触（即步骤304）；和组装该第一与第二电极324、322以形成固态电池组300（即步骤306）。步骤302和304可以同时或相继进行。
该第一电极324可以是正电极，类似在图1A和1B的情况下详细描述的正电极24，正电极324可以由多个固态正电活性粒子360来限定。在某些情况下，尽管未显示在图3中，该正电极324还可以是包含固态正电活性粒子360与第一多个固态电解质粒子（未显示）的混合物的复合材料。该固态正电活性粒子360（和/或该第一多个固态电解质粒子）可以以层的形式与正电极集流体334的表面相邻设置。此类正电极324可以具有颗粒间孔隙率384。类似于图1A，此类正电极324可以具有大于或等于大约1体积%至小于或等于大约20体积%、和任选大于或等于5体积%至小于或等于大约10体积%的在固态正电活性粒子360（和/或第一多个固态电解质粒子）之间的颗粒间孔隙率384。
该第二电极322可以是负电极，并且类似于图1A和1B的情况下详述的负电极22，负电极322可以由多个固态负电活性粒子350来限定。在某些情况下，尽管未显示在图3中，该负电极322还可以是包含固态负电活性粒子350与第二多个固态电解质粒子（未显示）的混合物的复合材料。该固态负电活性粒子350（和/或该第二多个固态电解质粒子）可以以层的形式与负电极集流体332的表面相邻设置。类似于图1A，此类负电极322可以具有大于或等于大约0体积%至小于或等于大约20体积%的固态负电活性粒子350（和/或第二多个固态电解质粒子）之间的颗粒间孔隙率382。
如所示那样，固态电解质层326可以与负电极322的暴露表面相邻设置。该固态电解质层326可以由第三多个固态电解质粒子330来限定。类似于图1A，此类固态电解质层326可以具有大于0体积%至小于或等于大约50体积%、大于或等于大约1体积%至小于或等于大约40体积%、或大于或等于大约2体积%至小于或等于大约20体积%的第三多个固态电解质粒子330之间的颗粒间孔隙率380。此外，类似于上文详述的图1A和1B的情况，该第三多个固态电解质粒子330可以包括固态电解质材料，其与分别限定第一多个固态电解质粒子和/或第二多个固态电解质粒子的固态电解质材料相同或不同。
但是，尽管并未描述，本领域技术人员将认识到，在某些变体中，如图2C中所示，第一固态电解质层可以设置在第一电极324上，并且第二固态电解质层可以设置在第二电极322上，并且该第一和第二固态电解质层可以一起限定固态电池组的固态电解质层。在此类情况下，该第一和第二固态电解质层可以相同或不同。类似地，尽管并未描述，本领域技术人员将认识到，在某些变体中，如图2B中所示，该固态电解质层可以与正电极的暴露表面相邻设置。
再参照图3，方法步骤302包括（在302A处）使第一电极324与离子凝胶前体溶液315接触。例如，该离子凝胶前体溶液315可以以逐滴或喷雾方式添加到第一电极324上以便用离子凝胶前体溶液315浸渍第一电极324。例如，该离子凝胶前体溶液315可以基本填充固态正电活性粒子360（和/或第一多个固态电解质粒子）之间的空隙空间或孔隙。该离子凝胶前体溶液315如上所述以液体形式包括离子液体、固体组分和稀释溶剂的混合物。类似于图1B，该方法步骤302包括（在302B处）从离子凝胶前体溶液315中除去稀释溶剂以便在第一电极324中形成离子凝胶 392。作为非限制性实例，在某些变体中，该离子凝胶前体溶液315可以包括Li(G3)TFSI（95重量%）（4.75克(G3:三甘醇二甲醚)）；PVDF-HFP（5重量%）（0.25克）；和THF（100重量%）（5.0克）。在此类情况下，可以除去THF以形成离子凝胶392。
方法步骤304包括（在304A处）使第二电极322与离子凝胶前体溶液315接触。例如，该离子凝胶前体溶液315可以以逐滴或喷雾方式添加到第二电极322上以便用离子凝胶前体溶液315浸渍第二电极322。例如，该离子凝胶前体溶液315可以基本填充固态负电活性粒子350（和/或第二多个固态电解质粒子）之间的空隙空间或孔隙。类似于图1B，该方法步骤304包括（在304B处）从离子凝胶前体溶液315中除去稀释溶剂以便在第二电极322中形成离子凝胶 392。
方法步骤306包括使第一和第二电极324、322接触以限定该电池组300，具有类似于就图1B所讨论的配置。
尽管上文所示实例（图1A和1B）包括单个正电极（即阴极）24和单个负电极（即阳极）22，本领域技术人员将认识到，上述教导适用于各种其它配置，包括具有一个或多个阴极和一个或多个阳极，以及具有设置在其一个或多个表面上或与其一个或多个表面相邻设置的电活性粒子层的各种集流体的那些。例如，如图4A–4C中所示，固态电池组400可以包括多个电极，如第一双极型电极402A和第二双极型电极402B。图4A–4C中的星号是指该电池组400可以包括一个或多个附加电极，如本领域技术人员将了解的那样。
双极型电极402A、402B各自包括与集流体436的第一侧或表面432相邻或在集流体436的第一侧或表面432上设置的第一多个电活性材料粒子450和与集流体436的第二侧或表面434相邻或在集流体436的第二侧或表面434上设置的第二多个电活性材料粒子460。该第一多个电活性材料粒子450可以是固态负电活性材料粒子，如上文在固态负电活性粒子50背景下详细描述的。该第二多个电活性材料粒子460可以是固态正电活性材料粒子，如上文在固态正电活性粒子60背景下详细描述的。
在某些变体中，如所示那样，第一多个固态电解质粒子490可以与第一多个电活性材料粒子450混合或掺杂；并且第二多个固态电解质粒子492可以与第二多个电活性材料粒子460混合或掺杂。固态电解质层426可以设置在连续的电极402A、402B之间。该固态电解质层426是物理分隔第一电极 402A与第二电极 402B的分隔层。该固态电解质层426可以由第三多个固态电解质粒子430来限定。如在图1A和1B的情况下，该第一、第二和第三多个电活性材料粒子450、460、430可以相同或不同。
如在上文详述的例如图1B的情况下，离子凝胶 498可以设置在电池组400中，以润湿固态电解质粒子450、460和/或固态电解质材料粒子430、490、492之间的界面和/或填充固态电解质粒子450、460和/或固态电解质材料粒子430、490、492之间的空隙空间，以便例如降低颗粒间孔隙率和改善离子接触。
再参照图4A，该集流体436可以具有大于或等于大约2 µm至小于或等于大约60 µm、和在某些方面任选大于或等于大约5 µm至小于或等于大约30 µm的厚度。该集流体436可以包括不锈钢、铝、镍、铁、钛、铜、锡或任何其它本领域技术人员已知的任何其它导电材料中的至少一种。在某些变体中，该集流体436可以是包层箔（即其中该集流体的一侧(例如第一侧)包含一种金属(例如第一金属)，并且该集流体的另一侧(例如第二侧)包含另一金属(例如第二金属)），其包括例如铝-铜（Al-Cu）、镍-铜（Ni-Cu）、不锈钢-铜（SS-Cu）、铝-镍（Al-Ni）、铝-不锈钢（Al-SS）和镍-不锈钢（Ni-SS）。在某些变体中，该集流体436可以是预涂覆的，如碳涂覆的铝集流体。
在其它变体中，如图4B中所示，该集流体436可以包括第一集流体438和第二集流体442。如所示那样，该第一集流体438可以限定该集流体436的第一侧或表面432，并且该第二集流体442可以限定该集流体436的第二侧或表面434。由此，该第一集流体438可以与第一多个电活性材料粒子450（和第一多个固态电解质粒子490）相邻或在其附近，第二集流体442可以与第二多个电活性材料粒子460（和第二多个固态电解质粒子492）相邻或在其附近。
该第一集流体438可以不同于该第二集流体442。在某些变体中，该第一集流体438可以是负电极集流体，且该第二集流体442可以是正电极集流体。在每种情况下，该第一和第二集流体438、442可以各自包含不锈钢、铝、镍、铁、钛、铜、锡或本领域技术人员已知的任何其它导电材料中的至少一种。该第一和第二集流体438、442可以各自具有一定厚度，使得该集流体436具有大于或等于大约2 µm至小于或等于大约60 µm、和在某些方面任选大于或等于大约5 µm至小于或等于大约20 µm的厚度。
在某些变体中，如图4C中所示，该电池组400可以包括一个或多个聚合物阻挡块。聚合物阻挡块可以在电池单元边界处或邻近电池单元边界施加，以减轻潜在的离子短路。例如，聚合物阻挡块可以在电池单元边界处或邻近电池单元边界接触或连接一个或多个集流体。如所示那样，第一聚合物阻挡块 470A可以设置在第一电极402A的集流体436的第一末端472处或朝向该第一末端472设置，和设置在第二电极402B的集流体436的第一末端472处或朝向该第一末端472设置，以使该第一聚合物阻挡块470A连接该第一和第二电极402A、402B。第二聚合物阻挡块470B可以设置在第一电极402A的集流体436的第二末端474处或朝向该第二末端474设置，和可以设置在第二电极402B的集流体436的第二末端474处或朝向该第一末端474设置，以使该第二聚合物阻挡块470B也连接该第一和第二电极402A、402B。尽管显示了单一聚合物阻挡块对（即聚合物阻挡块470A、470B），本领域技术人员将认识到，本教导也适用于其中将聚合物阻挡块施加于各电池单元和/或交替电池单元和/或各种其它电池组和电池配置的电池组。
该聚合物阻挡块470A、470B包含离子和/或电子绝缘材料，其具有强粘附力（例如大于或等于大约0.01 MPa至小于或等于大约1000 MPa、和在某些方面任选大于或等于大约0.1 MPa至小于或等于大约40 MPa）和优异的热稳定性（例如大于或等于大约40℃至小于或等于大约200℃、和在某些方面任选大于或等于大约45℃至小于或等于大约150℃）。例如，各聚合物阻挡块470A、470B可以包括以下的至少一种：热熔粘合剂（如聚氨酯树脂、聚酰胺树脂、聚烯烃树脂）；聚乙烯树脂；聚丙烯树脂；含有非晶态聚丙烯树脂作为主要成分并通过共聚合例如乙烯、丙烯和丁烯获得的树脂；硅酮；聚酰亚胺树脂；环氧树脂；丙烯酸树脂；橡胶（如乙烯-丙烯二烯橡胶(EPDM)）；异氰酸酯粘合剂；丙烯酸树脂粘合剂；和氰基丙烯酸酯粘合剂。各聚合物阻挡块470A、470B可以具有大于或等于大约2 μm至小于或等于大约200 μm、和在某些方面任选大于或等于大约40 μm至小于或等于大约150 μm的厚度。本领域技术人员将认识到，在电池组400中也可以使用具有各种其它配置的聚合物阻挡块以减轻潜在的离子短路。
在以下非限制性实施例中进一步显示了本技术的某些特征。
实施例
根据本公开的各个方面制备实施例电池500。例如，该实施例电池500可以包括固态电极和设置在其间的固态电解质层。该固态电解质层可以包括第一多个固态电解质粒子，如上文例如在图1B的背景下详述的。例如，该第一多个固态电解质粒子可以包含LATP。第一固态电极可以是包含多个固态负电活性粒子和第二多个固态电解质粒子的负电极，如上文例如在图1B的背景下详述的。例如，该第二多个固态电解质粒子可以包含LLZO。第二固态电极可以是包含多个固态正电活性粒子和第三多个固态电解质粒子的正电极，如上文例如在图1B的背景下详述的。例如，该第三多个固态电解质粒子可以包含LATP。该实施例电池500可以包括包含PVDF-HFP + Li(G3)TFSI离子液体的离子凝胶。
制备对比电池502，其具有与实施例电池500相同的固态电极和固态电解质层，但是其包含传统凝胶，如PVDF-HFP + LiPF6-EC/PC/DMC代替离子凝胶。
图5A示出了实施例电池500与对比电池502各自在80℃下的1C充电-放电曲线。“1C”是指可以在1小时内完全充电和放电的电池。x轴510表示以秒（s）为单位的时间。y轴520表示电压（V）。如所示那样，与具有0.792 mAh的放电容量的包含传统凝胶的对比电池502相比，根据本技术的各个方面的包含离子凝胶的实施例电池500具有0.874 mAh的改进的放电容量。
图5B示出了对比电池500、502的对比1C循环容量。线500A代表实施例电池500的充电。线500B代表实施例电池500的放电。线502A代表对比电池502的充电。线502B代表对比电池502的放电。x轴540表示循环数。y轴520表示容量（Ah）。如所示那样，在与包含传统凝胶的对比电池502相比时，根据本技术的各个方面的包含离子凝胶的实施例电池500具有改进的库仑效率（其等于[(放电容量/充电容量)*100]）和长期循环稳定性。
为了说明和描述的目的，已经在前面描述了实施方案。其并非意在穷举或限制本公开。特定实施方案的各个要素或特征通常不限于该特定实施方案，而是在适当的情况下可以互换，并且即使未具体示出或描述也可以在所选实施方案中使用。同样也可以以许多方式变化。此类变化不应被认为是偏离本公开，并且所有此类修改意在被包括在本公开的范围内。

Claims (10)

1.固态电池组，其包含：
两个或更多个电极，各电极包含多个固态电活性粒子；
一个或多个固态电解质层，各固态电解质层包含多个固态电解质粒子，其中一个或多个固态电解质层中的第一固态电解质层设置在两个或更多个电极的第一电极和第二电极之间；和
设置在两个或更多个电极、两个或更多个电极的固态电活性粒子、一个或多个固态电解质层的固态电解质粒子和一个或多个固态电解质层之间的空隙空间中的离子凝胶，使得所述固态电池组具有小于或等于大约20体积%的颗粒间孔隙率，其中所述离子凝胶具有大于或等于大约0.1 mS/Cm至小于或等于大约10mS/cm的离子电导率。
2.权利要求1的固态电池组，其中所述离子凝胶包含大于或等于大约30重量%至小于或等于大约95重量%的离子液体和大于或等于大约2重量%至小于或等于大约40重量%的固体组分。
3.权利要求2的固态电池组，其中所述固体组分包含有机聚合物、无机氧化物、聚合物/氧化物混合物和金属-有机骨架（MOF）中的至少一种；
其中所述有机聚合物选自：聚(环氧乙烷)（PEO）（其中1,000≤ n≤10,000,000）、聚(偏二氟乙烯-共-六氟丙烯)（PVDF=HFP）（其中1,000≤x≤10,000,000且1,000≤y≤10,000,000）、聚(甲基丙烯酸甲酯)（PMMA）（其中1,000≤n≤10,000,000）、羧甲基纤维素（CMC）（其中1,000≤n≤10,000,000）、聚丙烯腈（PAN）（其中1,000≤n≤10,000,000）、聚偏二氟乙烯（PVDF）（其中1,000≤n≤10,000,000）、一种或多种聚(乙烯醇)（PVA）（其中1,000≤n≤10,000,000）、一种或多种聚乙烯基吡咯烷酮（PVP）（其中1,000≤n≤10,000,000）及其组合；
所述无机氧化物选自：SiO2、Al2O3、TiO2、ZrO2及其组合；
所述聚合物/氧化物混合物包含一种或多种所述有机聚合物和一种或多种所述无机氧化物；并且
所述一种或多种金属-有机骨架（MOF）选自：MIL-101、UiO-67、ZIF-8及其组合。
4.权利要求2的固态电池组，其中所述离子液体包含阳离子和阴离子，
其中所述阳离子选自：Li(三甘醇二甲醚)甲基咪唑鎓（[Li(G3)]+）、Li(四甘醇二甲醚)（[Li(G4)+]）、1-乙基-3（[Emim]+）、1-丙基-3-甲基咪唑鎓（[Pmim]+）、1-丁基-3-甲基咪唑鎓（[Bmim]+）、1,2-二甲基-3-丁基咪唑鎓（[DMBim]）、1-烷基-3-甲基咪唑鎓（[Cnmim]+）、1-烯丙基-3-甲基咪唑鎓（[Amim]+）、1,3-二烯丙基咪唑鎓（[Daim]+）、1-烯丙基-3-乙烯基咪唑鎓（[Avim]+）；1-乙烯基-3-乙基咪唑鎓（[Veim]+）、1-氰基甲基-3-甲基咪唑鎓（[MCNim]+）、1,3-二氰基甲基-咪唑鎓（[BCNim]+）、1-丙基-1-甲基哌啶鎓（[PP13]+）、1-丁基-1-甲基哌啶鎓（[PP14]+）、1-甲基-1-乙基吡咯烷鎓（[Pyr12]+）、1-丙基-1-甲基吡咯烷鎓（[Pyr13]+）、1-丁基-1-甲基吡咯烷鎓（[Pyr14]+）、甲基-甲基羧甲基-吡咯烷鎓（[MMMPyr]+）、四甲基铵（[N1111]+）、四乙基铵（[N2222]+）、三丁基甲基铵（[N4441]+）、二烯丙基二甲基铵（[DADMA]+）；N-N-二乙基-N-甲基-N-(2-甲氧基乙基)铵（[DEME]+）、N,N-二乙基-N-(2-甲基丙烯酰基乙基)-N-甲基铵（[DEMM]+）、三甲基异丁基-鏻（[P111i4]+）、三异丁基甲基鏻（[P1i444]+）、三丁基甲基鏻（[P1444]+）、二乙基甲基异丁基鏻（[P1224]+）、三己基癸基鏻（[P66610]+）、三己基十四烷基鏻（[P66614]+）及其组合，且
其中所述阴离子选自：六氟砷酸根、六氟磷酸根、双(氟磺酰基)酰亚胺（FSI）、双(三氟甲磺酰基)酰亚胺（TFSI）、高氯酸根、四氟硼酸根、环-二氟甲烷-1,1-双(磺酰基)酰亚胺（DMSI）、双(全氟乙烷磺酰基)酰亚胺（BETI）、双(草酸根)硼酸根（BOB）、二氟(草酸根合)硼酸根（DFOB）、双(氟丙二酸根合)硼酸根（BFMB）及其组合。
5.权利要求4的固态电池组，其中所述离子液体进一步包括选自以下的低沸点溶剂：碳酸二甲酯、碳酸亚乙酯、乙酸乙酯、乙腈、丙酮、甲苯、碳酸亚丙酯、碳酸二乙酯、1,2,2-四氟乙基, 2,2,3,3-四氟丙基醚及其组合。
6.权利要求2的固态电池组，其中所述离子凝胶进一步包含大于0重量%至小于大约40重量%的一种或多种锂盐，其中各锂盐包含选自六氟砷酸根、六氟磷酸根、双(氟磺酰基)酰亚胺（FSI）、高氯酸根、四氟硼酸根、环-二氟甲烷-1,1-双(磺酰基)酰亚胺（DMSI）、双(三氟甲磺酰基)酰亚胺（TFSI）、双(全氟乙烷磺酰基)酰亚胺（BETI）、双(草酸根)硼酸根（BOB）、二氟(草酸根合)硼酸根（DFOB）和双(氟丙二酸根合)硼酸根（BFMB）的阴离子。
7.权利要求1的固态电池组，其中所述固态电解质层包含：
包含第一多个固态电解质粒子的第一层，和
包含第二多个固态电解质粒子的第二层，其中第一和第二多个固态电解质粒子相同或不同，并且第一和第二多个固态电解质粒子限定了所述多个固态电解质粒子。
8.权利要求1的固态电池组，进一步包含两个或更多个集流体，其中两个或更多个集流体中的第一集流体与第一电极相邻设置，并且两个或更多个集流体中的第二集流体与第二电极相邻设置，
其中所述第一和第二集流体的至少一个包含：
包含第一材料的第一半部，和
包含第二材料的第二半部，其中第二半部与第一半部基本平行，并且第一和第二材料是不同的。
9.权利要求8的固态电池组，进一步包含聚合物阻挡块，其中聚合物阻挡块使第一集流体接触到第二集流体，并且其中所述聚合物阻挡块具有大于或等于大约2 μm至小于或等于大约200 μm的厚度，并包含选自以下的绝缘材料：聚氨酯树脂、聚酰胺树脂、聚烯烃树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、乙烯、丙烯、丁烯、含有非晶态聚丙烯树脂作为主要成分并通过乙烯和/或丙烯和/或丁烯共聚合获得的树脂、硅酮、聚酰亚胺树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、乙烯-丙烯-二烯橡胶（EPDM）、异氰酸酯粘合剂、丙烯酸树脂粘合剂、氰基丙烯酸酯粘合剂及其组合。
10.权利要求1的固态电池组，其中所述固态电池组是双极型电池组；
其中两个或更多个电极包括第一电极、第二电极和一个或多个双极型电极，所述多个固态电活性粒子包括第一多个固态电活性粒子和第二多个固态电活性粒子，并且所述一个或多个固态电解质层包括第一固态电解质层和第二固态电解质层；
其中各双极型电极包含集流体，并且所述第一多个固态电活性粒子设置在所述集流体的第一侧上，并且所述第二多个固态电活性粒子设置在所述集流体的第二侧上；
其中所述第一固态电解质层设置在所述第一电极与所述一个或多个双极型电极的第一侧之间，并且所述第二固态电解质设置在所述一个或多个双极型电极的第二侧与所述第二电极之间；并且
其中所述离子凝胶进一步设置在第一多个固态电活性粒子与第二多个固态电活性粒子、第一固态电解质层与第一电极、一个或多个双极型电极、一个或多个双极型电极与第一固态电解质层、一个或多个双极型电极与第二固态电解质层、以及第二固态电解质层与第二电极之间的空隙空间中。
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