CN114914531A - 用于固态电池组的凝胶电解质 - Google Patents

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CN114914531A CN202111516376.4A CN202111516376A CN114914531A CN 114914531 A CN114914531 A CN 114914531A CN 202111516376 A CN202111516376 A CN 202111516376A CN 114914531 A CN114914531 A CN 114914531A
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Abstract

本申请涉及用于固态电池组的凝胶电解质。本公开涉及固态电池组和形成固态电池组的方法。所述方法包括使聚合物前体和包括两个或更多个在它们之间限定空间的电极的组装电池组接触，其中聚合物前体填充在两个或更多个电极之间限定的空间和每个电极的固态电活性颗粒之间的任何空隙；和使聚合物前体反应以形成聚合物凝胶电解质，聚合物凝胶电解质在所述两个或更多个电极之间的空间中形成固态电解质层并填充电极的固态电活性颗粒之间的空隙。在其它情况中，所述方法包括将聚合物前体设置在电极的暴露表面上并使聚合物前体反应以形成所述固态电解质。在又其他情况中，所述方法包括将聚合物前体设置在可释放膜上并使聚合物前体反应以形成自立电解质层。

Description

用于固态电池组的凝胶电解质
技术领域
本申请涉及用于固态电池组(batteries)的凝胶电解质、固态电池组和用于形成固态电池组的方法。
背景技术
本部分提供与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。
电化学能量存储装置例如锂离子电池组可用于各种产品，包括汽车产品例如起动停止系统(例如12V起动停止系统)，电池组辅助系统("μBAS")，混合动力电动车辆("HEV")和电动车辆("EV")。典型的锂离子电池组包括两个电极和电解质组分和/或隔离件。两个电极中的一个可以用作正电极或阴极，而另一个电极可以用作负电极或阳极。锂离子电池组还可以包括各种端子和封装材料。可再充电锂离子电池组通过在负电极和正电极之间可逆地来回传递锂离子来工作。例如，锂离子可在电池组充电期间从正电极移动到负电极并在电池组放电时以相反方向移动。隔离件和/或电解质可设置在负电极和正电极之间。电解质适于在电极之间传导锂离子并且与两个电极一样可以是固体形式、液体形式或固液混杂形式。在固态电池组的情况中，其包括设置在固态电极之间的固态电解质层，固态电解质物理地分隔固态电极，使得不需要独立的隔离件。
固态电池组具有优于包括隔离件和液体电解质的电池组的优点。这些优点可包括具有较低自放电的较长保存期、较简单的热管理、对包装的减少的需求、和在较宽温度窗口内工作的能力。例如，固态电解质通常是非挥发性的和不可燃的，以允许电池在更严酷的条件下循环而不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。然而，固态电池组通常经历相对低的功率能力(power capabilities)。例如，这种低功率能力可能是固态电极内和/或电极处的界面电阻和由固态活性颗粒和/或固态电解质颗粒之间的有限接触或空隙空间引起的固态电解质层界面电阻的结果。因此，期望开发改善功率能力以及能量密度的高性能固态电池组设计、材料和方法。
发明内容
本部分提供了本公开的一般概述，而不是其全部范围或其所有特征的全面公开。
本公开涉及固态电池组，例如涉及表现出增强的界面接触的双极固态电池组，并且涉及使用聚合物凝胶电解质形成表现出增强的界面接触的双极固态电池组的方法。
在各个方面中，本公开提供了一种用于形成具有连续固态电解质网络的固态电池组的方法。所述方法可以包括使包含可交联聚合物的聚合物前体和包含两个或更多个在它们之间限定空间的电极的组装电池组(assembled battery)接触，其中每个电极包含多个固态电活性颗粒。所述聚合物前体填充所述两个或更多个电极之间的空间和每个电极的固态电活性颗粒之间的任何空隙。所述方法还包括使聚合物前体反应以形成聚合物凝胶电解质，所述聚合物凝胶电解质在所述两个或更多个电极之间的空间中形成固态电解质层并填充每个电极的固态电活性颗粒之间的空隙，以形成连续固态电解质网络。
在一个方面中，所述聚合物前体可以包含大于或等于约5重量%至小于或等于约50重量%的可交联聚合物。
在一个方面中，所述可交联聚合物可以选自：聚丙二醇二胺、聚乙二醇二胺、聚丙二醇二环氧化物、聚乙二醇二环氧化物、以及它们的组合。
在一个方面中，所述可交联聚合物可以包含第一聚合物和第二聚合物并且第一聚合物与第二聚合物的摩尔比可以是1:2。
在一个方面中，所述第一聚合物可以选自：聚丙二醇二胺、聚乙二醇二胺、它们的共聚物和组合。
在一个方面中，所述第二聚合物可以选自：聚丙二醇二环氧化物、聚乙二醇二环氧化物、它们的共聚物和组合。
在一个方面中，所述聚合物前体还可以包含大于或等于约45重量%至小于或等于约80重量%的增塑剂。
在一个方面中，所述增塑剂可以选自：碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二乙酯(diethylenecarbonate，DEC)、碳酸二甲酯(dimethylene carbonate，DMC)、碳酸甲乙酯(ethylmethylene carbonate，EMC)、二氧戊环(DOL)、γ-丁内酯(GBL)、碳酸亚丙酯(PC)、二乙二醇二甲醚(二甘醇二甲醚)、三乙二醇二甲醚(三甘醇二甲醚)、四乙二醇二甲醚(四甘醇二甲醚)、磷酸三乙酯(TEP)、1-丁基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲磺酰基)亚胺(BMIM-TFSI)、乙基-3-甲基咪唑鎓双-三氟甲磺酰亚胺(EMI-TFSI)、吡咯烷鎓双(三氟甲磺酰基)亚胺(Py-TFSI)、哌啶鎓双(三氟甲磺酰基)亚胺(PP-TFSI)以及它们的组合。
在一个方面中，所述聚合物前体还可以包含大于或等于约5重量%至小于或等于约30重量%的锂盐。
在一个方面中，所述锂盐可以选自：四氟硼酸锂(LiBF4)、高氯酸锂(LiClO4)、六氟磷酸锂(LiPF6)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、三氟甲磺酸锂(LiTf)、双(氟磺酰基)亚胺锂(LiFSI)、双(三氟甲磺酰基)亚胺锂(LiTFSI)、双(草酸)硼酸锂(LiBOB)以及它们的组合。
在一个方面中，所述两个或更多个电极包括第一电极和第二电极。第一电极可以包含第一多个固态电活性材料颗粒和第一多个固态电解质颗粒。第二电极可以包含第二多个固态电活性材料颗粒和第二多个固态电解质颗粒。聚合物前体和聚合物凝胶电解质可以填充第一多个固态电活性材料颗粒与第一多个固态电解质颗粒之间的空隙和第二多个固态电活性材料颗粒与第二多个固态电解质颗粒之间的空隙。
在一个方面中，将多个固态电解质颗粒设置在所述两个或更多个电极之间的空间中并且所述聚合物前体可以填充固态电解质颗粒之间的空隙以形成固态电解质层。
在一个方面中，可以将非织造垫设置在所述两个或更多个电极之间的空间中并且所述聚合物前体可以填充非织造垫中的孔隙以形成固态电解质层。
在一个方面中，非织造垫可具有大于或等于约10μm至小于或等于约50μm的厚度和大于或等于约5g/m2至小于或等于约15g/m2的基重(basis weight)。
在各个方面中，本公开提供了一种用于形成固态电解质的方法。所述方法可以包括将聚合物前体设置在电极的暴露表面上并且使聚合物前体反应以形成所述固态电解质。聚合物前体可以包含大于或等于约5重量%至小于或等于约50重量%的可交联聚合物，大于或等于约45重量%至小于或等于约80重量%的增塑剂和大于或等于约5重量%至小于或等于约30重量%的锂盐。
在一个方面中，可以将非织造垫设置在电极的表面上并且将聚合物前体设置在电极的暴露表面上可以包括填充非织造垫中的孔隙。
在一个方面中，可以将多个固态电解质颗粒设置在电极的表面上并且将聚合物前体设置在电极的暴露表面上可以包括填充固态电解质颗粒之间的空隙。
在一个方面中，所述电极可以包含多个固态电活性材料颗粒并且聚合物前体还可以填充固态电活性材料颗粒之间的空隙以形成连续固态电解质网络。
在一个方面中，所述电极可以包含多个固态电解质颗粒并且聚合物前体可以填充固态电活性材料颗粒与固态电解质颗粒之间的任何空隙。
在一个方面中，所述可交联聚合物可以选自：聚丙二醇二胺、聚乙二醇二胺、聚丙二醇二环氧化物、聚乙二醇二环氧化物、它们的共聚物和组合。
在一个方面中，所述增塑剂可以选自：碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、二氧戊环(DOL)、γ-丁内酯(GBL)、碳酸亚丙酯(PC)、二乙二醇二甲醚(二甘醇二甲醚)、三乙二醇二甲醚(三甘醇二甲醚)、四乙二醇二甲醚(四甘醇二甲醚)、磷酸三乙酯(TEP)、1-丁基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲磺酰基)亚胺(BMIM-TFSI)、乙基-3-甲基咪唑鎓双-三氟甲磺酰亚胺(EMI-TFSI)、吡咯烷鎓双(三氟甲磺酰基)亚胺(Py-TFSI)、哌啶鎓双(三氟甲磺酰基)亚胺(PP-TFSI)、它们的组合。
在一个方面中，所述锂盐可以选自：四氟硼酸锂(LiBF4)、高氯酸锂(LiClO4)、六氟磷酸锂(LiPF6)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、三氟甲磺酸锂(LiTf)、双(氟磺酰基)亚胺锂(LiFSI)、双(三氟甲磺酰基)亚胺锂(LiTFSI)、双(草酸)硼酸锂(LiBOB)以及它们的组合。
在各个方面中，本公开提供了一种用于形成自立(free-standing)固态电解质层的方法。所述方法可以包括将聚合物前体设置在可释放膜上并且使聚合物前体反应以形成自立固态电解质层。聚合物前体可以包含大于或等于约5重量%至小于或等于约50重量%的可交联聚合物，大于或等于约45重量%至小于或等于约80重量%的增塑剂和大于或等于约5重量%至小于或等于约30重量%的锂盐。
在一个方面中，可以将非织造垫设置在可释放膜上并且将聚合物前体设置在可释放膜上可包括填充非织造垫中的孔隙。
在一个方面中，可以将多个固态电解质颗粒设置在可释放膜上并且将聚合物前体设置在可释放膜上可以包括填充固态电解质颗粒之间的空隙。
在一个方面中，所述方法还可以包括移除所述可释放膜。
在一个方面中，所述可交联聚合物可以选自：聚丙二醇二胺、聚乙二醇二胺、聚丙二醇二环氧化物、聚乙二醇二环氧化物、以及它们的共聚物和组合。
在一个方面中，所述增塑剂可以选自：碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、二氧戊环(DOL)、γ-丁内酯(GBL)、碳酸亚丙酯(PC)、二乙二醇二甲醚(二甘醇二甲醚)、三乙二醇二甲醚(三甘醇二甲醚)、四乙二醇二甲醚(四甘醇二甲醚)、磷酸三乙酯(TEP)、1-丁基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲磺酰基)亚胺(BMIM-TFSI)、乙基-3-甲基咪唑鎓双-三氟甲磺酰亚胺(EMI-TFSI)、吡咯烷鎓双(三氟甲磺酰基)亚胺(Py-TFSI)、哌啶鎓双(三氟甲磺酰基)亚胺(PP-TFSI)以及它们的组合。
在一个方面中，所述锂盐可以选自：四氟硼酸锂(LiBF4)、高氯酸锂(LiClO4)、六氟磷酸锂(LiPF6)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、三氟甲磺酸锂(LiTf)、双(氟磺酰基)亚胺锂(LiFSI)、双(三氟甲磺酰基)亚胺锂(LiTFSI)、双(草酸)硼酸锂(LiBOB)以及它们的组合。
其它适用领域由本文中提供的描述将变得显而易见。本概述中的描述和具体例子仅意在进行说明并且无意限制本公开的范围。
附图说明
本文中描述的附图仅用于说明所选实施方案而非所有可能的实施方式的目的，并且无意限制本公开的范围。
图1A-1B。图1A是一种示例固态电池组的图示。图1B是根据本公开的各个方面的具有包含多个固态电解质颗粒的聚合物凝胶电解质的一种示例固态电池组。
图2示出了根据本公开的各个方面的用于形成聚合物凝胶电解质，例如图1B中所示的聚合物凝胶电解质，的一种方法。
图3是根据本公开的各个方面的具有设置在正电极和负电极之间的聚合物凝胶电解质的固态电池组的另一个例子，所述正和负电极各自具有固态电解质颗粒。
图4A-4C示出了根据本公开的各个方面的用于形成聚合物凝胶电解质，例如图3中所示的聚合物凝胶电解质，的一种示例方法。例如，图4A示出了用于制备包括非织造垫的电池组的一种示例方法；图4B示出了用于使非织造垫吸收聚合物前体的一种示例方法；和图4C示出了具有通过使吸收的聚合物前体反应而制备的聚合物凝胶电解质的一种示例固态电池组。
图5A-5B示出了根据本公开的各个方面的用于形成聚合物凝胶电解质，例如图3中所示的聚合物凝胶电解质，的另一种示例方法。例如，图5A示出了用于制备自立聚合物凝胶电解质层的一种示例方法；和图5B示出了用于将自立聚合物凝胶电解质层集成在示例固态电池组中的一种示例方法。
图6A-6B示出了根据本公开的各个方面的用于形成聚合物凝胶电解质，例如图3中所示的聚合物凝胶电解质，的另一种示例方法。例如，图6A示出了用于在电极的暴露表面上形成聚合物前体并使聚合物前体反应以形成聚合物凝胶电解质的示例方法；和图6B示出了用于将所述电极和聚合物凝胶电解质与第二电极对齐并组装包括所述电极和聚合物凝胶电解质以及第二电极的固态电池组的示例方法。
图7是根据本技术的各个方面的固态电池组的另一个例子，所述固态电池组具有设置在正和负电极之间的第一聚合物凝胶电解质，负电极包含第二聚合物凝胶电解质和第一多个固态电解质颗粒，并且正电极包含第三聚合物凝胶电解质和第二多个固态电解质颗粒。
图8是根据本技术的各个方面的具有聚合物凝胶电解质的固态电池组的另一个例子，所述聚合物凝胶电解质形成设置在正和负电极之间的固态电解质并填充固态电活性材料颗粒之间的空隙。
图9是根据本技术的各个方面的具有聚合物凝胶电解质的固态电池组的另一个例子，所述聚合物凝胶电解质包含多个固态电解质颗粒并填充固态电活性材料颗粒之间的空隙。
贯穿附图的几个视图，对应的附图标记指示对应的部分。
具体实施方式
提供了示例性实施方案从而本公开将是彻底的并将向本领域技术人员充分传达其范围。阐述了许多具体细节，例如具体组合物、组分、装置和方法的例子，以提供对本公开的实施方案的充分理解。对本领域技术人员将显而易见的是，不需要使用具体细节，示例性实施方案可以具体体现为许多不同的形式，并且它们都不应被视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方法、公知的装置结构和公知的技术。
本文所用的术语仅为了描述特定的示例性实施方案而无意作为限制。除非上下文清楚地另行指明，否则如本文中所用的那样单数形式"一个"、"一种"和"该"可旨在也包括复数形式。术语"包含"、"包括"、"含有"和"具有"是包容性的，因此说明了所描述特征、要素、组合物、步骤、整数、操作和/或组分的存在，但不排除一种或更多种其它特征、整数、步骤、操作、元件、组分和/或其集合的存在或加入。尽管开放式术语"包括"应被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，但在某些方面中，该术语相反地可替代地理解为更具限制性和局限性的术语，如"由……组成"或"基本由……组成"。由此，对叙述组合物、材料、组分、要素、特征、整数、操作和/或工艺步骤的任意给定实施方案，本公开还特别包括由或基本由此类所述组合物、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，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本和新颖特性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，但是不实质上影响基本和新颖特性的任何组合物、材料、组分、要素、特征、整数、操作和/或工艺步骤可以包括在该实施方案中。
本文中描述的任何方法步骤、工艺和操作不应解释为必定要求它们以所论述或展示的特定次序实施，除非明确确定为一定的实施次序。还要理解的是，除非另行说明，可以使用附加或替代步骤。
当部件、元件或层被提到在另一元件或层"上"、"啮合"、"连接"或"耦合"到另一元件或层上，其可以直接在另一部件、元件或层上、啮合、连接或耦合到另一部件、元件或层上，或可能存在中间元件或层。相反，当一个元件被提到直接在另一元件或层上、"直接啮合"、"直接连接"或"直接耦合"到另一元件或层上，可不存在中间元件或层。用于描述元件之间关系的其它词语应以类似方式解释(例如"在...之间"vs"直接在...之间"，"相邻"vs"直接相邻"等)。如本文中所用的那样，术语"和/或"包括一个或多个相关罗列项的任何和所有组合。
尽管术语第一、第二、第三等在本文中可用于描述各种步骤、元件、部件、区域、层和/或区段，但这些步骤、元件、部件、区域、层和/或区段不应受这些术语限制，除非另外指明。这些术语可仅用于将一个步骤、元件、部件、区域、层或区段区分于另一步骤、元件、部件、区域、层或区段。除非上下文中清楚明示，否则术语例如"第一"、"第二"和其它数值术语在本文中使用时并不暗示次序或顺序。因此，下文论述的第一步骤、元件、部件、区域、层或区段可以被称作第二步骤、元件、部件、区域、层或区段而不背离示例性实施方案的教导。
为了容易描述，在本文中可以使用空间或时间上的相对术语，如"之前"、"之后"、"内"、"外"、"下"、"下方"、"下部"、"上"、"上部"等描述图中所示的一个元件或特征相对其他元件或特征的关系。空间或时间上的相对术语可旨在包括除图中所示的取向外装置或系统在使用或操作中的不同取向。
在本公开通篇中，数值代表近似测量值或范围界限以包括与给定值的轻微偏差和大致具有所列值的实施方案以及确切具有所列值的实施方案。除了在具体实施方式部分最后提供的实施例中之外，本说明书(包括所附权利要求)中的参数(例如量或条件)的所有数值应被理解为在所有情况中被术语"约"修饰，无论在数值前是否实际出现"约"。"约"是指所述数值允许一定的轻微不精确(有些接近精确的该值；大致或合理地接近该值；几乎)。如果由"约"提供的不精确性在本领域中不以这种普通含义理解，则本文所用的"约"至少是指可能由测量和使用此类参数的普通方法造成的变动。例如，"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%和在某些方面中任选小于或等于0.1%的变动。
此外，范围的公开包括在整个范围内的所有值和进一步细分范围的公开，包括对这些范围给出的端点和子范围。
现在将参照附图更充分地描述示例性实施方案。
本技术涉及包含聚合物凝胶电解质的固态电池组(SSB)，仅举例而言，双极固态电池组，和用于形成包含聚合物凝胶电解质的固态电池组的方法。固态电池组可包括至少一种固体组分，例如至少一种固体电极，但在某些变型中也可包括半固体或凝胶、液体、或气体组分。如本文中所描述，至少一种组分，即电解质，可以是半固体。固态电池组可以具有包括多个双极电极的双极堆叠设计，其中固态电活性材料颗粒(和任选的固态电解质颗粒)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颗粒(和任选的固态电解质颗粒)的第二混合物设置在集流体的与第一侧平行的第二侧上。所述第一混合物可以包含作为所述固态电活性材料颗粒的阴极材料颗粒。所述第二混合物可以包含作为固态电活性材料颗粒的阳极材料颗粒。在每种情况中所述固态电解质颗粒可以相同或不同。
这种固态电池组可以并入到能量储存装置中，例如可再充电锂离子电池组，其可以用于汽车运输应用中(例如摩托车、船、拖拉机、公共汽车、移动房屋、露营车和坦克)。然而，本技术也可用于其它电化学装置中，作为非限制性例子，包括航空航天组件、消费品、仪器、建筑物(例如房屋、办公室、棚和仓库)、办公设备和家具、和工业设备机械、农业或农场设备、或重型机械。在各个方面中，本公开提供了一种可再充电锂离子电池组，其表现出高温耐受性，以及改进的安全性和优异的功率能力和寿命性能。
图1A和1B中示出了循环锂离子的固态电化学电池(也称为"固态电池组"和/或"电池组") 20的示例性和示意性图解。电池组20包括负电极(即阳极) 22、正电极(即阴极) 24和占据在两个或更多个电极之间限定的空间的电解质层26。电解质层26是固态或半固态分隔层，其将负电极22与正电极24物理分隔。电解质层26可以包含第一多个固态电解质颗粒30。第二多个固态电解质颗粒90可以与负电极22中的负极固态电活性颗粒50混合，并且第三多个固态电解质颗粒92可以与正电极24中的正极固态电活性颗粒60混合，以形成连续电解质网络，其可以是连续锂离子传导网络。
负电极集流体32可以安置在负电极22处或附近。正电极集流体34可以安置在正电极24处或附近。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适当的导电材料形成。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，例如下面在图4B的情形中所讨论。负电极集流体32和正电极集流体34分别从外部电路40收集自由电子和向外部电路40传送自由电子(如方块箭头所示)。例如，可中断的外部电路40和负载设备42可以连接负电极22(通过负电极集流体32)和正电极24(通过正电极集流体34)。
电池组20在放电期间通过可逆电化学反应可以产生电流(由图1A和1B中的箭头表示)，所述可逆电化学反应在外部电路40闭合(以连接负电极22和正电极24)时以及在负电极22具有比正电极24低的电势时发生。负电极22和正电极24之间的化学电势差驱动由负电极22处的反应(例如嵌入的锂的氧化)产生的电子通过外部电路40流向正电极24。锂离子，其同样在负电极22处产生，同时被转移通过电解质层26流向正电极24。所述电子流过外部电路40并且所述锂离子迁移穿过电解质层26到达正电极24，在这里它们可以镀覆、反应或嵌入。经过外部电路40的电流可被控制并引导通过负载设备42(沿箭头方向)直到负电极22中的锂耗尽且电池组20的容量减小。
通过将外部电源(例如充电装置)连接到电池组20以逆转在电池组放电期间发生的电化学反应，可以在任何时间将电池组20充电或再充能。可用于对电池组20充电的外部电源可根据电池组20的尺寸、结构和特定最终用途而变化。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电网的AC-DC转换器和机动车辆交流发电机。外部电源与电池组20的连接促进了在正电极24处的反应，例如嵌入的锂的非自发氧化，从而产生电子和锂离子。电子，其通过外部电路40流回负电极22，和锂离子，其穿过电解质层26移动回负电极22，在负电极22处重新结合并为其补充锂以供在下一个电池组放电循环期间消耗。如此，一个完整放电事件接着一个完整充电事件被视为一个循环，其中锂离子在正电极24和负电极22之间循环。
尽管所示的例子包括单个正电极24和单个负电极22，但本领域技术人员将认识到当前教导适用于各种其他构造，包括具有一个或多个阴极和一个或多个阳极以及各种集流体和集流体膜的构造，所述集流体和集流体膜具有设置在其一个或多个表面上或邻近其一个或多个表面设置或嵌入其一个或多个表面内的电活性颗粒层。同样，应当认识到，电池组20可以包括尽管这里没有示出但本领域技术人员已知的各种其他组件。例如，电池组20可以包括壳体、垫圈、端盖和可以位于电池组20内的任何其它常规组件或材料，包括在负电极22、正电极24和/或固态电解质层26之间或周围。
在许多构造中，负电极集流体32、负电极22、电解质层26、正电极24和正电极集流体34中的每一个被制备为相对薄的层(例如厚度从几微米到1毫米或更小)并且以串联设置连接的层进行组装以提供合适的电能、电池组电压和功率包装，例如，以产生串联连接的单元电池芯(Series-Connected Elementary Cell Core，"SECC")。在各种其它情况中，电池组20还可包括并联连接的电极22、24以提供合适的电能、电池组电压和功率，以例如产生并联连接的单元电池芯(Parallel-Connected Elementary Cell Core，"PECC")。
电池组20的尺寸和形状可以根据其被设计用于的特定应用而变化。电池组供电的车辆和手持消费电子设备是其中电池组20将最有可能被设计成不同的尺寸、容量、电压、能量和功率输出规格的两个例子。电池组20也可以与其它类似的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(如果负载设备42需要)。电池组20可以产生到负载设备42的电流，所述负载设备42可以可操作地连接到外部电路40。当电池组20放电时，负载设备42可以完全或部分由通过外部电路40的电流供电。虽然负载设备42可以是任何数量的已知电供能设备，但是作为非限制性例子，耗电负载设备的若干具体例子包括用于混合动力车辆或全电动车辆的电动机、笔记本电脑、平板电脑、移动电话和无绳电动工具或器具。负载设备42也可以是出于存储电能的目的而对电池组20充电的发电装置。
重新参考图1A和1B，电解质层26提供了负电极22和正电极24之间的电隔离-防止物理接触。电解质层26还提供了用于离子内部通行的最小阻力路径。在各个方面中，如上所述，电解质层26可以由第一多个固态电解质颗粒30限定。例如，电解质层26可以是包含所述第一多个固态电解质颗粒30的层或复合材料的形式。固态电解质颗粒30可以具有大于或等于约0.02μm至小于或等于约20μm，并且在某些方面中，任选地大于或等于约0.1μm至小于或等于约1μm的平均颗粒直径。电解质层26可以是具有大于或等于约5μm至小于或等于约200μm、任选地大于或等于约10μm至小于或等于约100μm、任选地约40μm，并且在某些方面中任选地约20μm的厚度的层的形式。
如图1A中所示，这种电解质层26可以具有在第一多个固态电解质颗粒30之间的颗粒间孔隙率80(本文中定义为孔隙总体积占所描述的层或膜的总体积的分数)，其大于0体积%至小于或等于约50体积%，大于或等于约1体积%至小于或等于约40体积%，或者大于或等于约2体积%至小于或等于约20体积%。
固态电解质颗粒30可包括一种或多种基于氧化物的颗粒、金属掺杂的或异价取代的(aliovalent-substituted)氧化物颗粒、基于硫化物的颗粒、基于氮化物的颗粒、基于氢化物的颗粒、基于卤化物的颗粒、和基于硼酸盐的颗粒。
在某些变型中，基于氧化物的颗粒可以包括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，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以及它们的组合。LISICON类型氧化物可以选自：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)以及它们的组合。NASICON型氧化物可由LiMM'(PO4)3限定，其中M和M'独立地选自Al、Ge、Ti、Sn、Hf、Zr和La。例如，在某些变型中，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以及它们的组合。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和0.60 < y <0.75)、Li3/8Sr7/16Nb3/4Zr1/4O3、Li3xLa(2/3-x)TiO3 (其中0 < x < 0.25)以及它们的组合。
在某些变型中，金属掺杂的或异价取代的氧化物颗粒可以包括，仅举例而言，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并且0＜y＜3)、以及它们的组合。
在某些变型中，基于硫化物的颗粒可以包括，仅举例而言，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为Cl、Br、或I) (lithium argyrodite)、Li7P2S8I、Li10.35Ge1.35P1.65S12、Li3.25Ge0.25P0.75S4 (thio-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以及它们的组合。
在某些变型中，基于氮化物的颗粒可包括，仅举例而言，Li3N、Li7PN4、LiSi2N3以及它们的组合；基于氢化物的颗粒可包括，仅举例而言， LiBH4、LiBH4-LiX (其中x = Cl、Br或I)、LiNH2、Li2NH、LiBH4-LiNH2、Li3AlH6以及它们的组合；基于卤化物的颗粒可包括，仅举例而言， LiI、Li3InCl6、Li2CdCl4、Li2MgCl4、LiCdI4、Li2ZnI4、Li3OCl以及它们的组合；并且基于硼酸盐的颗粒可以包括，仅举例而言，Li2B4O7、Li2O-B2O3-P2O5以及它们的组合。
在各个方面中，第一多个固态电解质颗粒30可以包含选自以下的一种或多种电解质材料：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 和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 和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为Cl、Br或I) (lithium argyrodite)、Li7P2S8I、Li10.35Ge1.35P1.65S12、Li3.25Ge0.25P0.75S4 (thio-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以及它们的组合。
尽管未示出，但本领域技术人员将认识到，在某些情况中，一种或多种粘合剂颗粒可与固态电解质颗粒30混合。例如，在某些方面中，电解质层26可包含大于或等于约0.5重量%至小于或等于约10重量%的所述一种或多种粘合剂。所述一种或多种粘合剂可以包括，仅举例而言，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)、丁苯橡胶(SBR)和聚丙烯酸锂(LiPAA)。
负电极22可以由能够充当锂离子电池组的负极端子的锂主体材料形成。例如，在某些变型中，负电极22可以由多个负极固态电活性颗粒50限定。在某些情况中，如图所示，负电极22是包含负极固态电活性颗粒50和第二多个固态电解质颗粒90的混合物的复合材料。例如，负电极22可以包含大于或等于约30重量%至小于或等于约98重量%，并且在某些方面中，任选地大于或等于约50重量%至小于或等于约95重量%的负极固态电活性颗粒50，和大于或等于约0重量%至小于或等于约50重量%，并且在某些方面中，任选地大于或等于约5重量%至小于或等于约20重量%的第二多个固态电解质颗粒90。这样的负电极22可以具有在负极固态电活性颗粒50和/或第二多个固态电解质颗粒90之间的颗粒间孔隙率82，例如示于图1A中，该颗粒间孔隙率82为大于或等于约0体积%至小于或等于约20体积%。
第二多个固态电解质颗粒90可以与第一多个固态电解质颗粒30相同或不同。在某些变型中，负极固态电活性颗粒50可以是锂基的，例如锂合金。在其他变型中，负极固态电活性颗粒50可以是硅基的，包括例如硅合金和/或硅-石墨混合物。在又其他变型中，负电极22可以是碳质阳极并且负极固态电活性颗粒50可以包含一种或多种负极电活性材料，例如石墨、石墨烯、硬碳、软碳和碳纳米管(CNT)。在又进一步的变型中，负电极22可包含一种或多种负极电活性材料，例如锂钛氧化物(Li4Ti5O12)；一种或多种金属氧化物，例如TiO2和/或V2O5；和金属硫化物，例如FeS。因此，负极固态电活性颗粒50可选自包括，仅举例而言，锂、石墨、石墨烯、硬碳、软碳、碳纳米管、硅、含硅合金、含锡合金以及它们的组合的组。
在某些变型中，负电极22还可包含一种或多种导电添加剂和/或粘合剂材料。例如，负极固态电活性颗粒50(和/或第二多个固态电解质颗粒90)可以任选地与提供电子传导路径的一种或多种导电材料(未示出)和/或改善负电极22的结构完整性的至少一种聚合物粘合剂材料(未示出)掺混。
例如，负极固态电活性颗粒50(和/或第二多个固态电解质颗粒90)可以任选地与粘合剂掺混，所述粘合剂例如是聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、乙烯丙烯二烯单体(EPDM)橡胶、丁腈橡胶(NBR)、丁苯橡胶(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。碳基材料可包括例如石墨颗粒、乙炔黑(例如KETCHENTM黑或DENKATM黑)、碳纤维和纳米管、石墨烯(例如氧化石墨烯)、炭黑(例如SuperP)等。导电聚合物的例子可以包括聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔、聚吡咯等。在某些方面中，可以使用导电添加剂和/或粘合剂材料的混合物。
负电极22可以包含大于或等于约0重量%至小于或等于约30重量%，并且在某些方面中，任选地大于或等于约2重量%至小于或等于约10重量%的所述一种或多种导电添加剂；和大于或等于约0重量%至小于或等于约20重量%，并且在某些方面中，任选地大于或等于约1重量%至小于或等于约10重量%的所述一种或多种粘合剂。
正电极24可以由锂基电活性材料形成，所述材料可以发生锂嵌入和脱嵌同时充当电池组20的正极端子。例如，在某些变型中，正电极24可以由多个正极固态电活性颗粒60限定。在某些情况中，如图所示，正电极24是包含正极固态电活性颗粒60和第三多个固态电解质颗粒92的混合物的复合材料。例如，正电极24可以包含大于或等于约30重量%至小于或等于约98重量%，并且在某些方面中，任选地大于或等于约50重量%至小于或等于约95重量%的正极固态电活性颗粒60和大于或等于约0重量%至小于或等于约50重量%，并且在某些方面中，任选地大于或等于约5重量%至小于或等于约20重量%的第三多个固态电解质颗粒92。这样的正电极24可以具有在正极固态电活性颗粒60和/或第三多个固态电解质颗粒92之间的颗粒间孔隙率84，例如示于图1A中，该颗粒间孔隙率84为大于或等于约1体积%至小于或等于约20体积%，并且任选地大于或等于5体积%至小于或等于约10体积%。
第三多个固态电解质颗粒92可以与第一和/或第二多个固态电解质颗粒30、90相同或不同。在某些变型中，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(例如岩盐层状氧化物)的情况中，正极固态电活性颗粒60可包含用于固态锂离子电池组的一种或多种选自以下的正极电活性材料：LiCoO2、LiNixMnyCo1-x-yO2 (其中0 ≤ x ≤ 1 和0 ≤ y ≤ 1)、LiNixMnyAl1-x-yO2 (其中0 < x ≤1 和0 < y ≤ 1)、LiNixMn1-xO2 (其中0 ≤ x ≤ 1)、和Li1+xMO2 (其中0 ≤ x ≤ 1)。尖晶石阴极可以包含一种或多种正极电活性材料，例如LiMn2O4 和LiNi0.5Mn1.5O4。聚阴离子阴极可包括，例如，用于锂离子电池组的磷酸盐，例如LiFePO4、LiVPO4、LiV2(PO4)3、Li2FePO4F、Li3Fe3(PO4)4、或Li3V2(PO4)F3，和/或用于锂离子电池组的硅酸盐，例如 LiFeSiO4。以这种方式，在各个方面中，正极固态电活性颗粒60可以包含一种或多种选自 以下的正极电活性材料：LiCoO2、LiNixMnyCo1-x-yO2 (其中0 ≤ x ≤ 1 和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、以及它们的组合。在某些方面中，正极固态电活性颗粒60可以被涂覆(例如被LiNbO3和/或Al2O3)和/或正极电活性材料可以被掺杂(例如被铝和/或镁)。
在某些变型中，正电极24还可包含一种或多种导电添加剂和/或粘合剂材料。例如，正极固态电活性颗粒60(和/或第三多个固态电解质颗粒92)可以任选地与提供电子传导路径的一种或多种导电材料(未示出)和/或改进正电极24的结构完整性的至少一种聚合物粘合剂材料(未示出)掺混。
例如，正极固态电活性颗粒60(和/或第三多个固态电解质颗粒92)可以任选地与粘合剂掺混，所述粘合剂例如是聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、乙烯丙烯二烯单体(EPDM)橡胶、丁腈橡胶(NBR)、丁苯橡胶(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。碳基材料可包括例如石墨颗粒、乙炔黑(例如KETCHENTM黑或DENKATM黑)、碳纤维和纳米管、石墨烯(例如氧化石墨烯)、炭黑(例如SuperP)等。导电聚合物的例子可以包括聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔、聚吡咯等。在某些方面中，可以使用导电添加剂和/或粘合剂材料的混合物。
正电极24可以包含大于或等于约0重量%至小于或等于约30重量%，并且在某些方面中，任选地大于或等于约2重量%至小于或等于约10重量%的所述一种或多种导电添加剂；和大于或等于约0重量%至小于或等于约20重量%，并且在某些方面中，任选地大于或等于约1重量%至小于或等于约10重量%的所述一种或多种粘合剂。
由于电池组20内的颗粒之间的颗粒间孔隙率80、82、84(例如半成品形式的(greenform)电池组20可以具有大于或等于约10体积%至小于或等于约40体积%的固态电解质颗粒间孔隙率)，所以固态电活性颗粒50、60和所述多个固态电解质颗粒30、90、92之间的直接接触可以比可比较的非固态电池组中的液态电解质和固态电活性颗粒之间的接触低得多。在各个方面中，例如示于图1B中，本公开提供了一种还包含聚合物凝胶电解质100的电化学电池(electrochemical cell)。聚合物凝胶电解质100可以设置在电池组内，以润湿固态电解质颗粒50、60和/或固态活性材料颗粒30、90、92之间的界面和/或填充固态电解质颗粒50、60和/或固态活性材料颗粒30、90、92之间的空隙空间，从而，仅举例而言，降低颗粒间孔隙率80、82、84并改善离子接触和/或使得实现更高的热稳定性。电池组20可包含大于或等于约0重量%至小于或等于约30重量%，并且在某些方面中大于或等于约5重量%至小于或等于约20重量%的聚合物凝胶电解质100。尽管在所示的图中似乎没有留下的孔隙或空隙，但是取决于聚合物凝胶电解质100的渗透，在相邻颗粒之间可能保留一些较小的孔隙(包括在固态电活性颗粒50和/或固态电解质颗粒90和/或固态电解质颗粒30之间，和在固态电活性颗粒60和/或固态电解质颗粒92和/或固态电解质颗粒30之间)。
聚合物凝胶电解质100可具有大于或等于约0.1 mS/cm至小于或等于约3 mS/cm的离子电导率。固态聚合物凝胶电解质100包含交联的聚合物网络。所述交联的聚合物网络包含一种或多种交联的聚合物。例如，固态聚合物凝胶电解质100可以包含大于或等于约5重量%至小于或等于约50重量%的所述一种或多种交联的聚合物。所述一种或多种交联的聚合物可以包括例如基于聚(乙二醇)(PEG)的聚合物和/或基于聚(丙二醇)(PPG)的聚合物。例如，所述一种或多种交联的聚合物可以包括聚丙二醇二胺、聚乙二醇二胺、聚丙二醇二环氧化物、聚乙二醇二环氧化物、以及它们的共聚物。在某些情况中，所述一种或多种交联的聚合物可以包括第一交联的聚合物和第二交联的聚合物。例如，第一交联的聚合物与第二交联的聚合物的摩尔比可以为约1:2。第一交联的聚合物可以是聚丙二醇二胺、聚乙二醇二胺以及它们的共聚物。第二交联的聚合物可以是聚丙二醇二环氧化物、聚乙二醇二环氧化物、以及它们的共聚物。
在某些变型中，固态聚合物凝胶电解质100还可包含嵌入交联的聚合物网络中的增塑剂和/或锂盐。例如，固态聚合物凝胶电解质100可以包含大于或等于约45重量%至小于或等于约80重量%的增塑剂和大于或等于约5重量%至小于或等于约30重量%的锂盐。增塑剂可以选自：碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、二氧戊环(DOL)、γ-丁内酯(GBL)、碳酸亚丙酯(PC)、二乙二醇二甲醚(二甘醇二甲醚)、三乙二醇二甲醚(三甘醇二甲醚)、四乙二醇二甲醚(四甘醇二甲醚)、磷酸三乙酯(TEP)、1-丁基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲磺酰基)亚胺(BMIM-TFSI)、乙基-3-甲基咪唑鎓双-三氟甲磺酰亚胺(EMI-TFSI)、吡咯烷鎓双(三氟甲磺酰基)亚胺(Py-TFSI)、哌啶鎓双(三氟甲磺酰基)亚胺(PP-TFSI)以及它们的组合。锂盐可以选自：四氟硼酸锂(LiBF4)、高氯酸锂(LiClO4)、六氟磷酸锂(LiPF6)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、三氟甲磺酸锂(LiTf)、双(氟磺酰基)亚胺锂(LiFSI)、双(三氟甲磺酰基)亚胺锂(LiTFSI)、双(草酸)硼酸锂(LiBOB)以及它们的组合。
在各个方面中，本公开提供了一种用于形成聚合物凝胶电解质，例如图1B中所示的聚合物凝胶电解质100，的方法。例如，所述聚合物凝胶电解质可以通过原位交联聚合物前体形成。更具体地，如图2中所示，方法150可包括使聚合物前体和电池组接触154，所述电池组例如为图1A中所示的电池组20，具有大于或等于约10体积%至小于或等于约60体积%的颗粒间孔隙率。接触154可以包括将聚合物前体的一种或多种涂料(dopes)添加至电池组。在另外的情况中，如以下所论述，电池组可包括非织造垫，并且接触154可包括使聚合物前体和非织造垫接触。在某些情况中，方法150可包括制备152聚合物前体。
所述聚合物前体包含一种或多种可交联聚合物。所述聚合物前体还可以包含增塑剂和/或锂盐。例如，所述聚合物前体可以包含大于或等于约5重量%至小于或等于约50重量%的所述一种或多种可交联聚合物；大于或等于约45重量%至小于或等于约80重量%的所述增塑剂；和大于或等于约5重量%至小于或等于约30重量%的所述锂盐。制备152聚合物前体可包括使所述一种或多种可交联聚合物和/或所述增塑剂和/或所述锂盐接触和/或混合在一起。
所述一种或多种可交联聚合物可以包括例如基于聚(乙二醇)(PEG)的聚合物和/或基于聚(丙二醇)(PPG)的聚合物。例如，所述一种或多种可交联聚合物可以包括聚丙二醇二胺、聚乙二醇二胺、聚丙二醇二环氧化物、聚乙二醇二环氧化物、以及它们的共聚物。在某些情况中，所述一种或多种可交联聚合物可以包括第一可交联聚合物和第二可交联聚合物。例如，第一可交联聚合物与第二可交联聚合物的摩尔比可以为约1:2。第一可交联聚合物可以是聚丙二醇二胺、聚乙二醇二胺以及它们的共聚物。第二可交联聚合物可以是聚丙二醇二环氧化物、聚乙二醇二环氧化物、以及它们的共聚物。
所述增塑剂可以选自：碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、二氧戊环(DOL)、γ-丁内酯(GBL)、碳酸亚丙酯(PC)、二乙二醇二甲醚(二甘醇二甲醚)、三乙二醇二甲醚(三甘醇二甲醚)、四乙二醇二甲醚(四甘醇二甲醚)、磷酸三乙酯(TEP)、1-丁基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲磺酰基)亚胺(BMIM-TFSI)、乙基-3-甲基咪唑鎓双-三氟甲磺酰亚胺(EMI-TFSI)、吡咯烷鎓双(三氟甲磺酰基)亚胺(Py-TFSI)、哌啶鎓双(三氟甲磺酰基)亚胺(PP-TFSI)以及它们的组合。
所述锂盐可以选自：四氟硼酸锂(LiBF4)、高氯酸锂(LiClO4)、六氟磷酸锂(LiPF6)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、三氟甲磺酸锂(LiTf)、双(氟磺酰基)亚胺锂(LiFSI)、双(三氟甲磺酰基)亚胺锂(LiTFSI)、双(草酸)硼酸锂(LiBOB)以及它们的组合。
重新参考图2，方法150可进一步包括使聚合物前体反应156以形成聚合物凝胶电解质。使聚合物前体反应156可包括固化聚合物前体，例如通过在电池组装期间使用烘箱或热室对聚合物前体施加热量和/或压力。在某些方面中，所述反应因此促进一种或多种可交联聚合物前体的交联以形成交联的聚合物网络。聚合物前体可以被加热到大于或等于约80℃至小于或等于约120℃的温度。施加到聚合物前体的压力可以大于或等于约1 PSI至小于或等于约15 PSI。
在反应156过程期间，所述一种或多种可交联的聚合物可以相互作用以形成交联的聚合物网络。例如，当第一可交联的聚合物包括聚丙二醇二胺、聚乙二醇二胺以及它们的共聚物，并且第二可交联的聚合物包括聚丙二醇二环氧化物、聚乙二醇二环氧化物以及它们的共聚物时，每个胺可以与两个环氧化物反应，使得形成支化结构。
在各个方面中，例如如图1B中所示，本公开提供了一种固态电池组，其基本上由以下组成：包含多个负极固态电活性颗粒的负电极(即阳极)、安置在负电极处或附近的负电极集流体、包含多个正极固态电活性颗粒的正电极(即阴极)、安置在正电极处或附近的正电极集流体、和聚合物凝胶电解质，该聚合物凝胶电解质填充电池组中的基本上所有的空隙并在两个或更多个电极之间的空间中形成固态电解质层以形成连续的固态电解质网络。所述聚合物凝胶电解质包含交联的聚合物网络和分散在所述交联的聚合物网络中的增塑剂和/或锂盐。例如，聚合物凝胶电解质可包含大于或等于约5重量%至小于或等于约50重量%的交联的聚合物网络、大于或等于约45重量%至小于或等于约80重量%的增塑剂、和大于或等于约5重量%至小于或等于约30重量%的锂盐。
尽管以上示出的图1B中的例子包括含有第二多个固态电解质颗粒90的负电极22、含有第一多个固态电解质颗粒30的电解质层26和含有第三多个固态电解质颗粒92的正电极24，但是本领域技术人员将认识到，上述教导适用于各种其他构造，包括，仅举例而言，这样的电池组，所述电池组包括：仅包含聚合物凝胶电解质的电解质层，包含多个负极固态电活性颗粒和聚合物凝胶电解质的负电极，和/或包含多个正极固态电活性颗粒和聚合物凝胶电解质的正电极。
例如，循环锂离子的另一示例固态电化学电池200的示例性和示意性图解示于图3中。类似于电池组20，电池组200包括负电极(即阳极) 222、安置在负电极222处或附近的负电极集流体232、正电极(即阴极) 224、安置在正电极224处或附近的正电极集流体234、和设置在负电极222和正电极224之间的电解质层226。负电极222可以包含与第一多个固态电解质颗粒290混合的多个负极固态电活性颗粒250。正电极224可以包含与第二多个固态电解质颗粒292混合的多个正极固态电活性颗粒260。
电解质层226可以是物理分隔负电极222与正电极224的分隔层。电解质层226可由聚合物凝胶电解质230限定。聚合物凝胶电解质230可以为层226的形式，其厚度大于或等于约5μm至小于或等于约200μm，任选地大于或等于约10μm至小于或等于约100μm，任选地约40μm，并且在某些方面中，任选地约20μm。虽然未在图3中示出，但在某些变型中，聚合物凝胶电解质230可包含非织造垫，如下文所详述。
在各个方面中，本公开提供了用于形成聚合物凝胶电解质，例如图3中所示的聚合物凝胶电解质230，的方法。在某些方面中，例如示于图4A-4C中，可以通过原位交联聚合物前体形成聚合物凝胶电解质。在其他方面中，例如示于图5A和5B中，聚合物凝胶电解质可形成为自立电解质层并随后被引入电池中。在又其它方面中，例如示于图6A和6B中，可以在组装电池之前在电极表面上形成固态聚合物凝胶电解质。
如图4A-4C中所示，一种方法300包括使聚合物前体330和电池组300接触304，所述电池组300包括设置在负电极(即阳极) 322和正电极(即阴极) 324之间的非织造垫328。
在某些情况中，方法300可包括制备370电池组300。如图4A中所示，制备电池组300可包括将非织造垫328设置在负电极322和正电极324之间。非织造垫328可具有大于或等于约10μm至小于或等于约50μm，并在某些方面中，任选地大于或等于约10μm至小于或等于约20μm的厚度。非织造垫328可具有大于或等于约5g/m2至小于或等于约15g/m2的基重。负电极322可以包含与第一多个固态电解质颗粒390混合的多个负极固态电活性颗粒350。正电极324可以包含与第二多个固态电解质颗粒392混合的多个正极固态电活性颗粒360。负电极集流体332可安置在负电极322处或附近。正电极集流体334可安置在正电极324处或附近。
如箭头380所示，在各个方面中，方法300还可以包括添加聚合物前体330。例如，如图4B中所示，非织造垫328可以吸收聚合物前体330。聚合物前体330可以包含一种或多种可交联聚合物。所述聚合物前体还可以包含增塑剂和/或锂盐。例如，所述聚合物前体可以包含大于或等于约5重量%至小于或等于约50重量%的所述一种或多种可交联聚合物；大于或等于约45重量%至小于或等于约80重量%的所述增塑剂；和大于或等于约5重量%至小于或等于约30重量%的所述锂盐。所述一种或多种可交联的聚合物可以包括第一可交联聚合物和第二可交联聚合物。例如，第一可交联聚合物与第二可交联聚合物的摩尔比可以为约1:2。制备所述聚合物前体可包括使所述一种或多种可交联聚合物和/或所述增塑剂和/或所述锂盐接触和/或混合在一起。
如箭头382所示，在各个方面中，方法300还可以使聚合物前体330反应以在非织造垫328中和周围形成聚合物凝胶电解质326。聚合物前体330可以在施加热量和/或压力(例如在电池组装过程中施加)时反应。
图5A和5B示出了用于形成聚合物凝胶电解质，例如图3中所示的聚合物凝胶电解质230，的另一种方法500。方法500包括制备510自立聚合物凝胶电解质并在电池组装过程中将自立聚合物凝胶电解质设置570在负电极(即阳极) 522和正电极(即阴极) 524之间。
如图5A中所示，制备510自立聚合物凝胶电解质516可包括获得或制备基底512和在基底512的至少一个表面上设置520聚合物前体514。基底512可以是包含玻璃、铝箔、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚四氟乙烯(PTFE)等的可释放膜。聚合物前体514可以使用涂覆工艺例如刮刀涂覆和/或辊对辊涂覆工艺设置在基底512上。
聚合物前体514包含一种或多种可交联聚合物。所述聚合物前体还可以包含增塑剂和/或锂盐。例如，所述聚合物前体可以包含大于或等于约5重量%至小于或等于约50重量%的所述一种或多种可交联聚合物；大于或等于约45重量%至小于或等于约80重量%的所述增塑剂；和大于或等于约5重量%至小于或等于约30重量%的所述锂盐。所述一种或多种可交联聚合物可以包括第一可交联聚合物和第二可交联聚合物。例如，第一可交联聚合物与第二可交联聚合物的摩尔比可以为约1:2。制备所述聚合物前体可包括使所述一种或多种可交联聚合物和/或所述增塑剂和/或所述锂盐接触和/或混合在一起。
在某些变型中，制备510还可包括使聚合物前体514反应530，以形成自立聚合物凝胶电解质516。使聚合物前体514反应530可以包括例如通过加热聚合物前体514来固化聚合物前体。例如，聚合物前体514可以被加热到大于或等于约80℃至小于或等于约120℃的温度。可从基底512移除540自立聚合物凝胶电解质516，并且如箭头580和图5B所示，可将自立聚合物凝胶电解质516设置570在负电极522和正电极524之间。将自立聚合物凝胶电解质516设置570在负电极522和正电极524之间可以包括例如使用常见堆叠工艺来堆叠自立聚合物凝胶电解质516。负电极522可以包含与第一多个固态电解质颗粒590混合的多个负极固态电活性颗粒550。正电极524可以包含与第二多个固态电解质颗粒592混合的多个正极固态电活性颗粒560。负电极集流体332可安置在负电极522处或附近。正电极集流体534可安置在正电极524处或其附近。
图6示出了用于形成聚合凝胶电解质，例如图3中所示的聚合凝胶电解质230，的又另一种方法600。所述方法600可包括在电池600组装之前，在电极，仅举例而言，负电极622，的表面上形成聚合凝胶电解质626。更具体地，如图6A中所示，方法600可包括在负电极622的暴露表面上设置610聚合物前体616。在某些变型中，如图中所示，聚合物前体616可以使用已知涂覆方法以连续层的形式设置。在某些变型中，尽管未示出，但将聚合物前体616设置610在负电极622的暴露表面上可包括将聚合物前体616的一部分引入到负电极622中的空隙或孔隙中。
如箭头682所示，方法600还可以包括使聚合物前体616反应620以形成聚合物凝胶电解质626。使聚合物前体616反应620可包括例如通过加热聚合物前体616来固化聚合物前体616。例如，聚合物前体514可被加热到大于或等于约80℃至小于或等于约120℃的温度。尽管聚合物凝胶电解质626被示为形成在负电极622上，但本领域技术人员将理解，在各种其他情况中，聚合物凝胶电解质626可替代性地形成在正电极626的表面上。
聚合物前体616可以包含一种或多种可交联聚合物。所述聚合物前体还可以包含增塑剂和/或锂盐。例如，所述聚合物前体可以包含大于或等于约5重量%至小于或等于约50重量%的所述一种或多种可交联聚合物；大于或等于约45重量%至小于或等于约80重量%的所述增塑剂；和大于或等于约5重量%至小于或等于约30重量%的所述锂盐。所述一种或多种可交联聚合物可以包括第一可交联聚合物和第二可交联聚合物。例如，第一可交联聚合物与第二可交联聚合物的摩尔比可以为约1:2。制备所述聚合物前体可包括使所述一种或多种可交联聚合物和/或所述增塑剂和/或所述锂盐接触和/或混合在一起。
如箭头684、686和图6B所示，方法600还可包括对准670经涂覆的负电极622和正电极624和组装680电池600。负电极622可以包含与第一多个固态电解质颗粒690混合的多个负极固态电活性颗粒650。正电极624可以包含与第二多个固态电解质颗粒692混合的多个正极固态电活性颗粒660。负电极集流体632可以安置在负电极622处或附近。正电极集流体634可以安置在正电极624处或附近。
如图3中所示，在某些情况中，负电极222可以具有在负极固态电活性颗粒250和/或第一多个固态电解质颗粒290之间的颗粒间孔隙率282，其大于或等于约0体积%至小于或等于约20体积%；和/或正电极224可以具有在正极固态电活性颗粒260和/或第二多个固态电解质颗粒292之间的颗粒间孔隙率284，其大于或等于约1体积%至小于或等于约20体积%，并且任选地大于或等于5体积%至小于或等于约10体积%。在一些构造中，例如示于图7中，第二聚合物凝胶电解质236可设置在电池组内，以润湿负极固态电解质颗粒250和/或固态活性材料颗粒290之间的界面和/或填充负极固态电解质颗粒250和/或固态活性材料颗粒290之间的空隙空间，和/或第三聚合物凝胶电解质238可设置在电池组内，以润湿正极固态电解质颗粒260和/或固态活性材料颗粒292之间的界面和/或填充正极固态电解质颗粒260和/或固态活性材料颗粒292之间的空隙空间，从而，仅举例而言，降低颗粒间孔隙率282、284并进一步改善离子接触和/或使得实现更高的热稳定性。第二聚合物凝胶电解质236可与第一聚合物凝胶电解质230和/或第三聚合物凝胶电解质238相同或不同。第三聚合物凝胶电解质238可与第一聚合物凝胶电解质230和/或第二聚合物凝胶电解质236相同或不同。第一聚合物凝胶电解质230可以使用图4A-6B中详细描述的任何方法制备。第二聚合物凝胶电解质236和/或第三聚合物凝胶电解质238可以例如使用图2中所示的方法150制备。
图8中示出了循环锂离子的另一个示例固态电化学电池800的示例性和示意性图解。类似于电池组20，电池组800包括负电极(即阳极) 822、安置在负电极822处或附近的负电极集流体832、正电极(即阴极) 824、安置在正电极824处或附近的正电极集流体834、和聚合物凝胶电解质830。负电极822可以包含多个负极固态电活性颗粒850。正电极824可以包含多个正极固态电活性颗粒860。如图所示，聚合物凝胶电解质830可以填充负极固态电活性材料颗粒850和/或正极固态电活性材料颗粒860之间的基本上所有的空隙。聚合物凝胶电解质830也可形成负电极822和正电极824之间的固态电解质826。固态电解质826可以是物理分隔负电极822与正电极824的分隔层。固态电解质826可以具有大于或等于约5μm至小于或等于约200μm、任选地大于或等于约10μm至小于或等于约100μm、任选地约40μm，并且在某些方面中，任选地约20μm的厚度。尽管未在图8中示出，但在某些变型中，聚合物凝胶电解质830可包含非织造垫，如下文所详述。在各种情况中，电解质层826可使用图2和4A-6B中详细描述的任何方法形成。
在各个方面中，例如如图8中所示，本公开提供了一种固态电池组，其基本上由负电极(即阳极)、安置在负电极处或附近的负电极集流体、正电极(即阴极)、安置在正电极处或附近的正电极集流体、和聚合物凝胶电解质组成，所述聚合物凝胶电解质填充电池组中的基本上所有的空隙并在两个或更多个电极之间的空间中形成固态电解质层以形成连续固态电解质网络。所述聚合物凝胶电解质包含交联的聚合物网络和分散在所述交联的聚合物网络中的增塑剂和/或锂盐。例如，所述聚合物凝胶电解质可包含大于或等于约5重量%至小于或等于约50重量%的交联的聚合物网络、大于或等于约45重量%至小于或等于约80重量%的增塑剂、和大于或等于约5重量%至小于或等于约30重量%的锂盐。
已经为了说明和描述提供了实施方案的上述描述。其无意是穷举性的或限制本公开。一个特定实施方案的单独要素或特征通常不限于该特定实施方案，而是在适用时可互换并可用于选择的实施方案中，即使没有明确展示或描述。其也可以以许多方式改变。此类变动不被视为背离本公开，并且所有这样的修改都意在包括在本公开的范围内。
本申请可以包括以下技术方案。
1. 一种用于形成具有连续固态电解质网络的固态电池组的方法，所述方法包括：
使包含可交联聚合物的聚合物前体和包含两个或更多个在它们之间限定空间的电极的组装电池组接触，其中每个电极包含多个固态电活性颗粒并且所述聚合物前体填充所述两个或更多个电极之间的空间和每个电极的固态电活性颗粒之间的任何空隙；和
使所述聚合物前体反应以形成聚合物凝胶电解质，所述聚合物凝胶电解质在所述两个或更多个电极之间的空间中形成固态电解质层并且填充每个电极的固态电活性颗粒之间的空隙，以形成所述连续固态电解质网络。
2. 根据方案1所述的方法，其中所述聚合物前体包含大于或等于约5重量%至小于或等于约50重量%的所述可交联聚合物，和
所述可交联聚合物选自：聚丙二醇二胺、聚乙二醇二胺、聚丙二醇二环氧化物、聚乙二醇二环氧化物、以及它们的组合。
3. 根据方案1所述的方法，其中所述可交联聚合物包含第一聚合物和第二聚合物并且所述第一聚合物与所述第二聚合物的摩尔比为1:2。
4. 根据方案3所述的方法，其中所述第一聚合物选自：聚丙二醇二胺、聚乙二醇二胺、它们的共聚物和组合，和
所述第二聚合物选自：聚丙二醇二环氧化物、聚乙二醇二环氧化物、它们的共聚物和组合。
5. 根据方案1所述的方法，其中所述聚合物前体还包含大于或等于约45重量%至小于或等于约80重量%的增塑剂，和
所述增塑剂选自：碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、二氧戊环(DOL)、γ-丁内酯(GBL)、碳酸亚丙酯(PC)、二乙二醇二甲醚(二甘醇二甲醚)、三乙二醇二甲醚(三甘醇二甲醚)、四乙二醇二甲醚(四甘醇二甲醚)、磷酸三乙酯(TEP)、1-丁基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲磺酰基)亚胺(BMIM-TFSI)、乙基-3-甲基咪唑鎓双-三氟甲磺酰亚胺(EMI-TFSI)、吡咯烷鎓双(三氟甲磺酰基)亚胺(Py-TFSI)、哌啶鎓双(三氟甲磺酰基)亚胺(PP-TFSI)以及它们的组合。
6. 根据方案1所述的方法，其中所述聚合物前体还包含大于或等于约5重量%至小于或等于约30重量%的锂盐，和
所述锂盐选自：四氟硼酸锂(LiBF4)、高氯酸锂(LiClO4)、六氟磷酸锂(LiPF6)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、三氟甲磺酸锂(LiTf)、双(氟磺酰基)亚胺锂(LiFSI)、双(三氟甲磺酰基)亚胺锂(LiTFSI)、双(草酸)硼酸锂(LiBOB)以及它们的组合。
7. 根据方案1所述的方法，其中所述两个或更多个电极包含第一电极和第二电极，所述第一电极包含第一多个固态电活性材料颗粒和第一多个固态电解质颗粒，所述第二电极包含第二多个固态电活性材料颗粒和第二多个固态电解质颗粒，和
所述聚合物前体和所述聚合物凝胶电解质还填充所述第一多个固态电活性材料颗粒与所述第一多个固态电解质颗粒之间的任何空隙和所述第二多个固态电活性材料颗粒与所述第二多个固态电解质颗粒之间的任何空隙。
8. 根据方案1所述的方法，其中将多个固态电解质颗粒设置在所述两个或更多个电极之间的空间中并且所述聚合物前体还填充所述固态电解质颗粒之间的任何空隙以形成所述固态电解质层。
9. 根据方案1所述的方法，其中将非织造垫设置在所述两个或更多个电极之间的空间中并且所述聚合物前体填充所述非织造垫中的孔隙以形成所述固态电解质层，和
所述非织造垫具有大于或等于约10μm至小于或等于约50μm的厚度和大于或等于约5g/m2至小于或等于约15g/m2的基重。
10. 一种用于形成固态电解质的方法，所述方法包括：
将聚合物前体设置在电极的暴露表面上，其中所述聚合物前体包含大于或等于约5重量%至小于或等于约50重量%的可交联聚合物、大于或等于约45重量%至小于或等于约80重量%的增塑剂、和大于或等于约5重量%至小于或等于约30重量%的锂盐；和
使所述聚合物前体反应以形成所述固态电解质。
11. 根据方案10所述的方法，其中将非织造垫设置在所述电极的表面上并且将聚合物前体设置在所述电极的所述暴露表面上包括填充所述非织造垫中的孔隙。
12. 根据方案10所述的方法，其中将多个固态电解质颗粒设置在所述电极的表面上并且将聚合物前体设置在所述电极的所述暴露表面上包括填充所述固态电解质颗粒之间的任何空隙。
13. 根据方案10所述的方法，其中所述电极包含多个固态电活性材料颗粒并且所述聚合物前体还填充所述固态电活性材料颗粒之间的任何空隙以形成连续的固态电解质网络。
14. 根据方案11所述的方法，其中所述电极包含多个固态电解质颗粒并且所述聚合物前体还填充所述固态电活性材料颗粒和所述固态电解质颗粒之间的任何空隙。
15. 根据方案10所述的方法，其中所述可交联聚合物选自：聚丙二醇二胺、聚乙二醇二胺、聚丙二醇二环氧化物、聚乙二醇二环氧化物、它们的共聚物和组合，
所述增塑剂选自：碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、二氧戊环(DOL)、γ-丁内酯(GBL)、碳酸亚丙酯(PC)、二乙二醇二甲醚(二甘醇二甲醚)、三乙二醇二甲醚(三甘醇二甲醚)、四乙二醇二甲醚(四甘醇二甲醚)、磷酸三乙酯(TEP)、1-丁基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲磺酰基)亚胺(BMIM-TFSI)、乙基-3-甲基咪唑鎓双-三氟甲磺酰亚胺(EMI-TFSI)、吡咯烷鎓双(三氟甲磺酰基)亚胺(Py-TFSI)、哌啶鎓双(三氟甲磺酰基)亚胺(PP-TFSI)、它们的组合，和
所述锂盐选自：四氟硼酸锂(LiBF4)、高氯酸锂(LiClO4)、六氟磷酸锂(LiPF6)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、三氟甲磺酸锂(LiTf)、双(氟磺酰基)亚胺锂(LiFSI)、双(三氟甲磺酰基)亚胺锂(LiTFSI)、双(草酸)硼酸锂(LiBOB)以及它们的组合。
16. 一种用于形成自立固态电解质层的方法，所述方法包括：
将聚合物前体设置在可释放膜上，其中所述聚合物前体包含大于或等于约5重量%至小于或等于约50重量%的可交联聚合物、大于或等于约45重量%至小于或等于约80重量%的增塑剂和大于或等于约5重量%至小于或等于约30重量%的锂盐；和
使所述聚合物前体反应以形成所述自立固态电解质层。
17. 根据方案16所述的方法，其中将非织造垫设置在所述可释放膜上并且将聚合物前体设置在所述可释放膜上包括填充所述非织造垫中的孔隙。
18. 根据方案16所述的方法，其中将多个固态电解质颗粒设置在所述可释放膜上并且将聚合物前体设置在所述可释放膜上包括填充所述固态电解质颗粒之间的任何空隙。
19. 根据方案16所述的方法，还包括：
移除所述可释放膜。
20. 根据方案16所述的方法，其中所述可交联聚合物选自：聚丙二醇二胺、聚乙二醇二胺、聚丙二醇二环氧化物、聚乙二醇二环氧化物、以及它们的共聚物和组合，
所述增塑剂选自：碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、二氧戊环(DOL)、γ-丁内酯(GBL)、碳酸亚丙酯(PC)、二乙二醇二甲醚(二甘醇二甲醚)、三乙二醇二甲醚(三甘醇二甲醚)、四乙二醇二甲醚(四甘醇二甲醚)、磷酸三乙酯(TEP)、1-丁基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲磺酰基)亚胺(BMIM-TFSI)、乙基-3-甲基咪唑鎓双-三氟甲磺酰亚胺(EMI-TFSI)、吡咯烷鎓双(三氟甲磺酰基)亚胺(Py-TFSI)、哌啶鎓双(三氟甲磺酰基)亚胺(PP-TFSI)以及它们的组合，和
所述锂盐选自：四氟硼酸锂(LiBF4)、高氯酸锂(LiClO4)、六氟磷酸锂(LiPF6)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、三氟甲磺酸锂(LiTf)、双(氟磺酰基)亚胺锂(LiFSI)、双(三氟甲磺酰基)亚胺锂(LiTFSI)、双(草酸)硼酸锂(LiBOB)以及它们的组合。

Claims (10)

1.一种用于形成具有连续固态电解质网络的固态电池组的方法，所述方法包括：
使包含可交联聚合物的聚合物前体和包含两个或更多个在它们之间限定空间的电极的组装电池组接触，其中每个电极包含多个固态电活性颗粒并且所述聚合物前体填充所述两个或更多个电极之间的空间和每个电极的固态电活性颗粒之间的任何空隙；和
使所述聚合物前体反应以形成聚合物凝胶电解质，所述聚合物凝胶电解质在所述两个或更多个电极之间的空间中形成固态电解质层并且填充每个电极的固态电活性颗粒之间的空隙，以形成所述连续固态电解质网络。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚合物前体包含大于或等于约5重量%至小于或等于约50重量%的所述可交联聚合物。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述可交联聚合物选自：聚丙二醇二胺、聚乙二醇二胺、聚丙二醇二环氧化物、聚乙二醇二环氧化物、以及它们的组合。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述可交联聚合物包含第一聚合物和第二聚合物并且所述第一聚合物与所述第二聚合物的摩尔比为1:2。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述第一聚合物选自：聚丙二醇二胺、聚乙二醇二胺、它们的共聚物和组合，和
所述第二聚合物选自：聚丙二醇二环氧化物、聚乙二醇二环氧化物、它们的共聚物和组合。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚合物前体还包含大于或等于约45重量%至小于或等于约80重量%的增塑剂，和
所述增塑剂选自：碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、二氧戊环(DOL)、γ-丁内酯(GBL)、碳酸亚丙酯(PC)、二乙二醇二甲醚(二甘醇二甲醚)、三乙二醇二甲醚(三甘醇二甲醚)、四乙二醇二甲醚(四甘醇二甲醚)、磷酸三乙酯(TEP)、1-丁基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲磺酰基)亚胺(BMIM-TFSI)、乙基-3-甲基咪唑鎓双-三氟甲磺酰亚胺(EMI-TFSI)、吡咯烷鎓双(三氟甲磺酰基)亚胺(Py-TFSI)、哌啶鎓双(三氟甲磺酰基)亚胺(PP-TFSI)以及它们的组合。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚合物前体还包含大于或等于约5重量%至小于或等于约30重量%的锂盐，和
所述锂盐选自：四氟硼酸锂(LiBF4)、高氯酸锂(LiClO4)、六氟磷酸锂(LiPF6)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、三氟甲磺酸锂(LiTf)、双(氟磺酰基)亚胺锂(LiFSI)、双(三氟甲磺酰基)亚胺锂(LiTFSI)、双(草酸)硼酸锂(LiBOB)以及它们的组合。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述两个或更多个电极包含第一电极和第二电极，所述第一电极包含第一多个固态电活性材料颗粒和第一多个固态电解质颗粒，所述第二电极包含第二多个固态电活性材料颗粒和第二多个固态电解质颗粒，和
所述聚合物前体和所述聚合物凝胶电解质还填充所述第一多个固态电活性材料颗粒与所述第一多个固态电解质颗粒之间的任何空隙和所述第二多个固态电活性材料颗粒与所述第二多个固态电解质颗粒之间的任何空隙。
9.根据权利要求1所述的方法，其中将多个固态电解质颗粒设置在所述两个或更多个电极之间的空间中并且所述聚合物前体还填充所述固态电解质颗粒之间的任何空隙以形成所述固态电解质层。
10.根据权利要求1所述的方法，其中将非织造垫设置在所述两个或更多个电极之间的空间中并且所述聚合物前体填充所述非织造垫中的孔隙以形成所述固态电解质层，和
所述非织造垫具有大于或等于约10μm至小于或等于约50μm的厚度和大于或等于约5g/m2至小于或等于约15g/m2的基重。
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