CN117438640A - 用于包含液体电解质的电化学电池的固态中间层 - Google Patents

Abstract

本公开提供了用于包含液体电解质的电化学电池的固态中间层。本公开提供了一种循环锂离子的电化学电池。电化学电池包括第一电极、第二电极、物理地隔离第一电极和第二电极的隔离件、设置在隔离件和第一电极之间的固态中间层、以及设置在第一电极、第二电极、隔离件和固态中间层中的每一个中的液体电解质。固态中间层包括多个固态电解质颗粒。固态中间层覆盖第一电极的表面的总表面积的大于或等于约85%。

Description

用于包含液体电解质的电化学电池的固态中间层

技术领域

本公开涉及循环锂离子的电化学电池和循环锂离子的电化学电池。

背景技术

本部分提供了与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。

需要先进的能量存储装置和系统来满足各种产品的能量和/或功率要求，包括汽车产品，例如启-停系统(例如，12V启-停系统)、电池组-辅助系统、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以及电解质组分和/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。锂离子电池组也可包括各种端子和封装材料。可再充电的锂-离子电池组通过在负电极与正电极之间可逆地来回传递锂离子来运行。例如，锂离子可在电池组充电期间从正电极移动到负电极，并且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。

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。

本公开涉及用于包含液体电解质的电化学电池的固态中间层，并且还涉及制造和使用所述固态中间层的方法。

在各个方面，本公开提供了一种循环锂离子的电化学电池。电化学电池可包括电极、固态中间层和设置在电极和固态中间层中的液体电解质。固态中间层可包括设置在电极的表面上或与电极的表面相邻的多个固态电解质颗粒。

在一个方面，固态电解质颗粒可具有大于或等于约0.02微米至小于或等于约20微米的平均粒度。固态中间层可具有大于或等于约0.5微米至小于或等于约40微米的平均厚度。

在一个方面，固态中间层可覆盖电极表面的总表面积的大于或等于约85%。

在一个方面，固态颗粒可包括Li_1+xAl_xTi_2-x(PO₄)₃，其中0≤x≤2 (LATP)或Li₇La₃Zr₂O₁₂。

在一个方面，固态颗粒可包括基于氧化物的固态颗粒、金属掺杂的或异价取代的氧化物固态颗粒、基于硫化物的固态颗粒、基于氮化物的固态颗粒、基于卤化物的固态颗粒、基于硼酸盐的固态颗粒或其组合。

在一个方面，固态中间层可包括大于或等于约80重量%至小于或等于约100重量%的固态电解质颗粒，以及大于或等于约0重量%至小于或等于约20重量%的聚合物粘合剂。

在一个方面，电极可以是正电极。

在一个方面，电极可以是负电极。

在一个方面，电极可以是第一电极，并且电化学电池还可包括与第一电极平行设置的第二电极，以及设置在固态中间层和第二电极之间的隔离件。液体电解质也可设置在隔离件和第二电极中。

在一个方面，固态中间层可以是第一固态中间层，多个固态电解质颗粒可以是第一多个固态电解质颗粒，并且电化学电池还可包括设置在隔离件和第二电极之间的第二固态中间层。第二固态中间层可包括第二多个固态颗粒。第二固态中间层可覆盖第二电极的与隔离件相对的表面的总表面积的大于或等于约85%。第二固态中间层可与第一固态中间层相同或不同。液体电解质也可设置在第二固态中间层中。

在各个方面，本公开可提供一种循环锂离子的电化学电池。电化学电池可包括第一电极、第二电极、物理地隔离第一电极和第二电极的隔离件、设置在隔离件和第一电极之间的固态中间层、以及设置在第一电极、第二电极、隔离件和固态中间层中的每一个中的液体电解质。固态中间层可包括多个固态电解质颗粒。

在一个方面，固态电解质颗粒可具有大于或等于约0.02微米至小于或等于约20微米的平均粒度，并且固态中间层可具有大于或等于约0.5微米至小于或等于约30微米的平均厚度。

在一个方面，固态颗粒可选自：Li_1+xAl_xTi_2-x(PO₄)₃，其中0≤x≤2 (LATP)，Li₇La₃Zr₂O₁₂，其它基于氧化物的固态颗粒，金属掺杂或异价取代的氧化物固态颗粒，基于硫化物的固态颗粒，基于氮化物的固态颗粒，基于卤化物的固态颗粒，基于硼酸盐的固态颗粒，及其组合。

在一个方面，固态中间层可包括大于或等于约80重量%至小于或等于约100重量%的固态电解质颗粒，以及大于或等于约0重量%至小于或等于约20重量%的聚合物粘合剂。

在一个方面，固态中间层可以是第一固态中间层，多个固态电解质颗粒可以是第一多个固态电解质颗粒，并且电化学电池还可包括第二固态中间层。第二固态中间层可包括设置在隔离件和第二电极之间的第二多个固态电解质颗粒。第二固态中间层可与第一固态中间层相同或不同。液体电解质也可设置在第二固态中间层中。

在各个方面，本公开提供了一种用于循环锂离子的电化学电池的隔离件。隔离件可包括孔隙率大于或等于约5体积%至小于或等于约100体积%的多孔层、包括设置在多孔层的表面上的多个固态电解质颗粒的固态中间层和设置在多孔层和固态中间层中的液体电解质。

在一个方面，固态电解质颗粒可具有大于或等于约0.02微米至小于或等于约20微米的平均粒度，并且固态中间层可具有大于或等于约0.5微米至小于或等于约40微米的平均厚度。

在一个方面，固态颗粒可选自：Li_1+xAl_xTi_2-x(PO₄)₃，其中0≤x≤2 (LATP)，Li₇La₃Zr₂O₁₂，其它基于氧化物的固态颗粒，金属掺杂或异价取代的氧化物固态颗粒，基于硫化物的固态颗粒，基于氮化物的固态颗粒，基于卤化物的固态颗粒，基于硼酸盐的固态颗粒，及其组合。

在一个方面，固态中间层可包含大于或等于约80重量%至小于或等于约100重量%的固态电解质颗粒，以及大于或等于约0重量%至小于或等于约20重量%的聚合物粘合剂。

在一个方面中，多孔层的表面可以是第一表面，固态中间层可以是第一固态中间层，多个固态电解质颗粒可以是第一多个固态颗粒，并且隔离件还可包括第二固态中间层。第二固态中间层可包括设置在多孔层的第二表面上的第二多个固态电解质颗粒。第二表面可与第一表面平行。第二固态中间层可与第一固态中间层相同或不同。液体电解质也可设置在第二固态中间层中。

本公开公开了以下实施方案：

1 一种循环锂离子的电化学电池，所述电化学电池包括：

电极；

固态中间层，其包括设置在所述电极的表面上或与所述电极的表面相邻的多个固态电解质颗粒；以及

液体电解质，所述液体电解质设置在所述电极和固态中间层中。

2 根据实施方案1所述的电化学电池，其中所述固态电解质颗粒具有大于或等于约0.02微米至小于或等于约20微米的平均粒度，并且所述固态中间层具有大于或等于约0.5微米至小于或等于约40微米的平均厚度。

3 根据实施方案1所述的电化学电池，其中所述固态中间层覆盖电极表面总表面积的大于或等于约85%。

4 根据实施方案1所述的电化学电池，其中所述固态颗粒包含Li_1+xAl_xTi_2-x(PO₄)₃，其中0≤x≤2 (LATP)或Li₇La₃Zr₂O₁₂。

5 根据实施方案1所述的电化学电池，其中所述固态颗粒包括基于氧化物的固态颗粒、金属掺杂的或异价取代的氧化物固态颗粒、基于硫化物的固态颗粒、基于氮化物的固态颗粒、基于卤化物的固态颗粒、基于硼酸盐的固态颗粒或其组合。

6 根据实施方案5所述的电化学电池，其中所述固态中间层包含大于或等于约80重量%至小于或等于约100重量%的固态电解质颗粒，和大于或等于约0重量%至小于或等于约20重量%的聚合物粘合剂。

7 根据实施方案1所述的电化学电池，其中所述电极是正电极。

8 根据实施方案1所述的电化学电池，其中所述电极是负电极。

9 根据实施方案1所述的电化学电池，其中所述电极是第一电极，并且所述电化学电池还包括：

与第一电极平行设置的第二电极；以及

设置在所述固态中间层和所述第二电极之间的隔离件，所述液体电解质也设置在所述隔离件和所述第二电极中。

10 根据实施方案9所述的电化学电池，其中所述固态中间层是第一固态中间层，所述多个固态电解质颗粒是第一多个固态电解质颗粒，并且所述电化学电池还包括：

设置在所述隔离件和所述第二电极之间的第二固态中间层，所述第二固态中间层包含第二多个固态颗粒，所述第二固态中间层覆盖第二电极的与隔离件相对的表面的总表面积的大于或等于约85%，所述第二固态中间层与第一固态中间层相同或不同，并且液体电解质也设置在第二固态中间层中。

11 一种循环锂离子的电化学电池，所述电化学电池包括：

第一电极；

第二电极；

物理地隔离第一和第二电极的隔离件；

设置在所述隔离件和所述第一电极之间的固态中间层，所述固态中间层包含多个固态电解质颗粒；以及

液体电解质，所述液体电解质设置在第一电极、第二电极、隔离件和固态中间层中的每一个中。

12 根据实施方案11所述的电化学电池，其中所述固态电解质颗粒具有大于或等于约0.02微米至小于或等于约20微米的平均粒度，并且所述固态中间层具有大于或等于约0.5微米至小于或等于约30微米的平均厚度。

13 根据实施方案11所述的电化学电池，其中所述固态颗粒选自：Li_1+xAl_xTi_2-x(PO₄)₃，其中0≤x≤2 (LATP)，Li₇La₃Zr₂O₁₂，其它基于氧化物的固态颗粒，金属掺杂或异价取代的氧化物固态颗粒，基于硫化物的固态颗粒，基于氮化物的固态颗粒，基于卤化物的固态颗粒，基于硼酸盐的固态颗粒，及其组合。

14 根据实施方案11所述的电化学电池，其中所述固态中间层包含大于或等于约80重量%至小于或等于约100重量%的固态电解质颗粒，和大于或等于约0重量%至小于或等于约20重量%的聚合物粘合剂。

15 根据实施方案11所述的电化学电池，其中所述固态中间层是第一固态中间层，所述多个固态电解质颗粒是第一多个固态电解质颗粒，并且所述电化学电池还包括：

第二固态中间层，所述第二固态中间层包括设置在所述隔离件和所述第二电极之间的第二多个固态电解质颗粒，所述第二固态中间层与所述第一固态中间层相同或不同，并且所述液体电解质也设置在所述第二固态中间层中。

16 一种用于循环锂离子的电化学电池的隔离件，所述隔离件包括：

多孔层，所述多孔层具有大于或等于约5体积%至小于或等于约100体积%的孔隙率；

固态中间层，其包括设置在所述多孔层的表面上的多个固态电解质颗粒；以及

液体电解质，所述液体电解质设置在所述多孔层和所述固态中间层中。

17 根据实施方案16所述的隔离件，其中所述固态电解质颗粒具有大于或等于约0.02微米至小于或等于约20微米的平均粒度，并且所述固态中间层具有大于或等于约0.5微米至小于或等于约40微米的平均厚度。

18 根据实施方案16所述的隔离件，其中所述固态颗粒选自：Li_1+xAl_xTi_2-x(PO₄)₃，其中0≤x≤2 (LATP)，Li₇La₃Zr₂O₁₂，其它基于氧化物的固态颗粒，金属掺杂或异价取代的氧化物固态颗粒，基于硫化物的固态颗粒，基于氮化物的固态颗粒，基于卤化物的固态颗粒，基于硼酸盐的固态颗粒，及其组合。

19 根据实施方案16所述的隔离件，其中所述固态中间层包含大于或等于约80重量%至小于或等于约100重量%的所述固态电解质颗粒，以及大于或等于约0重量%至小于或等于约20重量%的聚合物粘合剂。

20 根据实施方案16所述的隔离件，其中所述多孔层的表面为第一表面，所述固态中间层为第一固态中间层，所述多个固态电解质颗粒为第一多个固态颗粒，并且所述隔离件还包括：

第二固态中间层，所述第二固态中间层包括设置在所述多孔层的第二表面上的第二多个固态电解质颗粒，所述第二表面与所述第一表面平行，所述第二固态中间层与所述第一固态中间层相同或不同，并且所述液体电解质也设置在所述第二固态中间层中。

从本文提供的描述中，进一步的应用领域将变得显而易见。本发明内容中的描述和具体实例仅意在用于说明的目的，而不是意在限制本公开的范围。

附图说明

本文描述的附图仅用于对所选实施方案而非所有可能实施方式进行说明的目的，并且不旨在限制本公开的范围。

图1是根据本公开的各个方面的包括固态中间层的示例电化学电池的图示；

图2是根据本公开的各个方面的包括固态中间层的另一示例电化学电池的图示；

图3是根据本公开的各个方面的包括第一和第二固态中间层的示例电化学电池的图示；

图4是示出根据本公开的各个方面的包括固态中间层的示例电池组电池的差示扫描量热法(DSC)测试的结果的图示；

图5是示出根据本公开的各个方面的包括固态中间层的示例电池组电池的放电倍率能力（discharge rate capability）的图示；以及

图6是示出根据本公开的各个方面的包括固态中间层的示例电池组电池的低温放电的图示。

在附图的几个视图中，相应的附图标记表示相应的组件。

具体实施方式

提供示例性实施方案从而使得本公开将为完全的，并使本公开将向本领域技术人员充分传达范围。阐述了许多具体细节，例如具体组成、组件、装置和方法的实例，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，不需要采用具体细节，示例性实施方案可以以许多不同的形式表现，并且它们都不应被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方法、公知的装置结构和公知的技术。

本文中所用的术语仅为了描述特定的示例性实施方案，并且无意作为限制。除非上下文清楚地另行指明，如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“该”可旨在也包括复数形式。术语“包含”、“包括”、“涵盖”和“具有”是可兼的，并且因此指定了所述特征、元件、组合物、步骤、整数、操作和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其群组的存在或加入。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，该术语或可被理解成替代性地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、组件、元件、特征、整数、操作和/或方法步骤的任意给定实施方案，本公开还具体包括由或基本由此类所叙述组合物、材料、组件、元件、特征、整数、操作和/或方法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、组件、元件、特征、整数、操作和/或方法步骤，而在“基本由……组成”的情况下，从此类实施方案中排除了实质上影响基本和新颖特性的任何附加的组合物、材料、组件、元件、特征、整数、操作和/或方法步骤，但是不在实质上影响基本和新颖特性的任何组合物、材料、组件、元件、特征、整数、操作和/或方法步骤可以包括在实施方案中。

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举例说明的特定次序执行，除非明确确定以一履行次序的形式进行。还要理解的是，除非另行说明，可采用附加或替代的步骤。

当组件、元件或层被提到在另一元件或层“上”，“啮合”、“连接”或“耦合”到另一元件或层上时，其可直接在另一组件、元件或层上，啮合、连接或耦合到另一组件、元件或层上，或可存在居间元件或层。相较之下，当元件被提到“直接在另一元件或层上”，“直接啮合”、“直接连接”或“直接耦合”到另一元件或层上时，可不存在居间元件或层。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”相对“直接在…之间”，“相邻”相对“直接相邻”等)。如本文所用，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、组件、区域、层和/或区段，但除非另行说明，这些步骤、元件、组件、区域、层和/或区段不应受这些术语限制。这些术语可仅用于将一个步骤、元件、组件、区域、层或区段与另一步骤、元件、组件、区域、层或区段进行区分。除非上下文清楚表明，术语如“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、组件、区域、层或区段可以被称作第二步骤、元件、组件、区域、层或区段而不背离示例性实施方案的教导。

为了易于描述，在本文中可使用空间或时间上相对的术语，如“之前”、“之后”、“内”、“外”、“下”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等描述如附图中所示的一个元件或特征与其它(一个或多个)元件或(一个或多个)特征的关系。除了在附图中所示的取向之外，空间或时间上的相对术语可旨在涵盖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涵盖与给定值的轻微偏差和大致具有所提及值的实施方案以及确切具有所提及值的实施方案。除了在详细描述最后提供的工作实例中之外，本说明书(包括所附权利要求)中的(例如量或条件)参数的所有数值应被理解为在所有情况中被术语“约”修饰，无论在该数值前是否实际出现“约”。“约”是指以下两种：确切或精确的所述数值，以及所述数值允许一定的轻微不精确(在一定程度上接近该值的精确值；大致或合理地近似该值；几乎是)。如果在本领域中不以这种普通含义另行理解由“约”提供的不精确性，那么本文所用的“约”是指可由测量和使用此类参数的普通方法造成的至少偏差。例如，“约”可包括小于或等于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%，和在某些方面任选小于或等于0.1%的偏差。

此外，范围的公开包括对在整个范围内的所有值和进一步细分范围的公开，包括对端点和对范围所给出的子范围的公开。

现在将参照附图更充分地描述示例性实施方案。

本技术涉及包括固态中间层和液体电解质的电化学电池，以及制造和使用其的方法。这种电池可以用于车辆或汽车运输应用(例如，摩托车、船、拖拉机、公共汽车、摩托车、移动房屋、野营车和坦克)。然而，本技术还可用于广泛种类的其它工业和应用，包括航空航天组件、消费品、设备、建筑物(例如，房屋、办公室、棚和仓库)、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，作为非限制性实例。此外，尽管以下详细示出的实例包括单个正电极阴极和单个阳极，但本领域技术人员将认识到，本教导还扩展到各种其它配置，包括具有以下的那些：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的电活性层的各种集流体。

图1示出了电化学电池(也称为电池组) 20的示例性和示意性图示。电池组20包括负电极22 (例如阳极)、正电极24 (例如阴极)和设置在两个电极22、24之间的隔离件26。电池组20还可包括设置在正电极24和隔离件26之间的固态中间层50。隔离件26以及固态中间层50在电极22、24之间提供电隔离-防止物理接触。隔离件26和固态中间层50在锂离子循环期间为锂离子以及在某些情况下相关的阴离子的内部通过提供最小的电阻路径。在各个方面，隔离件26包含电解质30，在某些方面，其也可存在于固态中间层50、负电极22和/或正电极24中，以便形成连续的电解质网络。

第一集流体32 (例如负集流体)可位于负电极22处或附近。第一集流体32可以是包括铜或本领域技术人员已知的任何其它合适的导电材料的金属箔、金属栅格或网、或多孔金属。第二集流体34 (例如，正集流体)可位于正电极24处或附近。第二电极集流体34可以是包含铝或本领域技术人员已知的任何其它合适的导电材料的金属箔、金属栅格或网、或多孔金属。第一集流体32和第二集流体34可分别将自由电子收集并移动到到外部电路40和从外部电路40收集并移动自由电子。例如，可中断的外部电路40和负载装置42可连接负电极22 (通过第一集流体32)和正电极24 (通过第二集流体34)。

电池组20可以在放电期间通过可逆电化学反应产生电流，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)并且负电极22具有比正电极低的电势时发生。正电极24和负电极22之间的化学势差驱使反应例如负电极22处的嵌入锂的氧化所产生的电子通过外部电路40前往正电极24。也在负电极22处产生的锂离子同时通过隔离件26中含有的电解质30转移前往正电极24。电子流过外部电路40，并且锂离子迁移通过含有电解质30的隔离件26，在正电极24处形成嵌入锂。如上所述，电解质30通常也存在于负电极22和正电极24中。传递通过外部电路40的电流可以被利用并被引导通过负载装置42，直到负电极22中的锂被耗尽并且电池组20的容量减小。

通过将外部电源连接到锂离子电池组20以逆转在电池组放电期间发生的电化学反应，电池组20可以在任何时间被充电或重新赋能。将外部电源连接到电池组20促进了在正电极24处的反应，例如，嵌入的锂的非自发氧化，使得产生电子和锂离子。锂离子通过电解质30穿过隔离件26流回前往电极22，以为负电极22补充在下一次电池组放电事件期间所用的锂(例如，嵌入的锂)。因此，完全放电事件之后完全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。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、构造和特定最终用途而变化。一些值得注意的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。

在许多锂离子电池组配置中，第一集流体32、负电极22、隔离件26、正电极24、以及第二集流体34各自被制备为相对薄的层(例如，厚度从几微米到几分之一毫米或更小)并且以电并联布置连接的层组装以提供合适的电能和功率封装。在各个方面，电池组20还可包括各种其它组件，虽然这里未示出，但这些组件对于本领域技术人员而言是已知的。例如，电池组20可包括壳体、垫圈、端子盖、极耳、电池组端子和可位于电池组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/或隔离件26之间或周围。

电池组20的尺寸和形状可根据其设计用于的具体应用而变化。例如，电池组供电的车辆和手持式消费电子设备是两个实例，其中电池组20将最可能被设计成不同的尺寸、容量和功率输出规格。如果负载装置42需要，电池组20还可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较大的电压输出、能量、以及功率。因此，电池组20可以产生电流到作为外部电路40的一部分的负载装置42。当电池组20放电时，负载装置42可由通过外部电路40的电流供电。虽然电气负载装置42可以是任何数量的已知的电动装置，但几个具体实例包括用于电动车辆的电动机、膝上型计算机、平板计算机、蜂窝电话、以及无绳电动工具或器具。负载装置42还可以是为了存储电能的目的而对电池组20充电的一种电力-产生装置。

重新参考图1，正电极24、负电极22和隔离件26可各自在它们的孔内包括电解质溶液或系统30，其能够在负电极22和正电极24之间传导锂离子。例如，在某些方面，电解质30可以是非水性液体电解质溶液(例如，＞1M)，其包括溶解在有机溶剂或有机溶剂的混合物中的锂盐。在电池组20中可使用许多常规的非水性液体电解质30溶液。

可溶解在有机溶剂中以形成非水性液体电解质溶液的锂盐的非限制性列举包括六氟磷酸锂(LiPF₆)、高氯酸锂(LiClO₄)、四氯铝酸锂(LiAlCl₄)、碘化锂(LiI)、溴化锂(LiBr)、硫氰酸锂(LiSCN)、四氟硼酸锂(LiBF₄)、四苯基硼酸锂(LiB(C₆H₅)₄)、双(草酸根合)硼酸锂(LiB(C₂O₄)₂) (LiBOB)、二氟草酸根合硼酸锂(LiBF₂(C₂O₄))、六氟砷酸锂(LiAsF₆)、三氟甲烷磺酸锂(LiCF₃SO₃)、双(三氟甲烷)磺酰亚胺锂(LiN(CF₃SO₂)₂)、双(氟磺酰)亚胺锂(LiN(FSO₂)₂) (LiSFI)、以及它们的组合。

这些和其它类似的锂盐可溶解于各种非水性非质子有机溶剂中，包括但不限于，各种碳酸烷基酯，如环状碳酸酯(例如，碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚丁酯(BC)、氟代碳酸亚乙酯(FEC))、直链碳酸酯(例如，碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸乙基甲基酯(EMC))、脂族羧酸酯(例如，甲酸甲酯、乙酸甲酯、丙酸甲酯)、γ-内酯(例如，γ-丁内酯、γ-戊内酯)、链结构醚(例如，1,2-二甲氧基乙烷、1-2-二乙氧基乙烷、乙氧基甲氧基乙烷)、环状醚(例如，四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃)、1.3-二氧环戊烷)、含硫化合物(例如，环丁砜)、以及其组合。

在某些变型中，隔离件26可以是基于聚烯烃的隔离件。例如，聚烯烃可以是均聚物(衍生自单一单体成分)或杂聚物(衍生自多于一种单体成分)，其可以是线性的或支化的。如果杂聚物衍生自两种单体成分，则聚烯烃可采取任何共聚物链排列，包括嵌段共聚物或无规共聚物的那些。类似地，如果聚烯烃是由多于两种单体成分衍生的杂聚物，则它同样可以是嵌段共聚物或无规共聚物。在某些变型中，聚烯烃可包括聚乙炔、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)或它们的组合。例如，在基于聚烯烃的隔离件中可以是双层隔离件，包括例如聚丙烯-聚乙烯。在其它情况下，基于聚烯烃的隔离件可以是三层隔离件，包括例如聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯。

在其它变型中，隔离件26可为隔离件，包括例如聚偏二氟乙烯(PVDF)膜和/或聚酰亚胺膜。此外，在某些情况下，隔离件26可以是高温稳定隔离件。例如，隔离件26可为基于聚酰亚胺纳米纤维的非织造隔离件；未上胶（non-sized）的氧化铝(Al₂O₃)和聚(4-苯乙烯磺酸锂)涂覆的聚乙烯膜；二氧化硅(SiO₂)涂覆的聚乙烯隔离件；共聚酰亚胺涂覆的聚乙烯隔离件；聚醚酰亚胺(PEI) (双酚-丙酮二邻苯二甲酸酐(BPADA)和对苯二胺)隔离件、多孔聚四氟乙烯增强的聚偏二氟乙烯-六氟丙烯隔离件、夹层结构聚偏二氟乙烯(PVDF)-聚(间苯二甲酰间苯二胺) (PMIA)-聚偏二氟乙烯(PVDF)隔离件等。

在每个变型中，隔离件26可包括陶瓷材料和/或耐热材料。例如，隔离件26还可与陶瓷材料和/或耐热材料混合，或者隔离件26的一个或多个表面可涂覆有陶瓷材料和/或耐热材料。在某些变型中，陶瓷材料和/或耐热材料可设置在隔离件26的一个或多个侧上。陶瓷材料可包括例如氧化铝(Al₂O₃)和/或二氧化硅(SiO₂)。耐热材料可包括例如Nomex和/或Aramid。

固态中间层50是电化学稳定层。例如，固态中间层50能够在指定用于正电极的工作电压下稳定地工作。在某些变型中，固态中间层50的氧化起始电压可为约2.1V至约5.0Vvs. Li/Li⁺。固态中间层50可包括多个固态电解质颗粒52。在某些变型中，固态电解质颗粒52可具有大于或等于约0.02μm至小于或等于约20μm的平均粒度，并且在某些方面中，任选大于或等于约0.1μm至小于或等于约10μm，并且固态中间层50可具有是平均固态电解质粒度的至少两倍的平均厚度。例如，固态中间层50的平均厚度可大于或等于约0.5μm至小于或等于约40μm，任选地大于或等于约0.5μm至小于或等于约10μm，且在某些方面中，任选地为约5μm。固态中间层50可以是基本上均匀且连续的。

如上所述，固态中间层50有助于电极22、24之间的物理隔离件，并且还确保电极22、24之间的电绝缘，尤其是在机械、电或热失控的情况下。固态中间层50也可帮助提高倍率能力和低温性能。例如，在操作期间，极化固态电解质颗粒52可以与锂离子(Li⁺)相互作用，以促进锂盐(例如，在电解质30中)的较多解离，从而促进锂离子传输。

在某些变型中，固态电解质颗粒52可包括例如Li_1+xAl_xTi_2-x(PO₄)₃，其中0≤x≤2(LATP)。在其它变型中，固态颗粒52可包括例如基于氧化物的固态颗粒、金属掺杂或异价取代的氧化物固态颗粒、基于硫化物的固态颗粒、基于氮化物的固态颗粒、基于卤化物的固态颗粒和/或基于硼酸盐的固态颗粒。在又一些变型中，固态电解质颗粒52可包括例如第一多个固态电解质颗粒和第二多个固态电解质颗粒，其中第一多个固态电解质颗粒包括Li_{1+ x}Al_xTi_2-x(PO₄)₃，其中0≤x≤2 (LATP)，并且第二多个固态电解质颗粒包括基于氧化物的固态颗粒、金属掺杂或异价取代的氧化物固态颗粒、基于硫化物的固态颗粒、基于氮化物的固态颗粒、基于卤化物的固态颗粒和/或基于硼酸盐的固态颗粒。

在每个变型中，基于氧化物的固态颗粒可包括石榴石型固态颗粒(例如，Li₇La₃Zr₂O₁₂)、钙钛矿型固态颗粒(例如，Li_3xLa_2/3-xTiO₃，其中0 < x < 0.167)、NASICON型固态颗粒(例如，Li_1.4Al_0.4Ti_1.6(PO₄)₃、Li_1+xAl_xGe_2-x(PO₄)₃(其中0≤x≤2) (LAGP))、和/或LISICON型固态颗粒(例如，Li_2+2xZn_1-xGeO₄，其中0 < x < 1)；金属掺杂或异价取代的氧化物固态颗粒可包括铝(Al)或铌(Nb)掺杂的Li₇La₃Zr₂O₁₂、锑(Sb)掺杂的Li₇La₃Zr₂O₁₂、镓(Ga)取代的Li₇La₃Zr₂O₁₂、铬(Cr)和/或钒(V)取代的LiSn₂P₃O₁₂和/或铝(Al)取代的Li_1+x+yAl_xTi_{2- x}Si_YP_3-yO₁₂ (其中0＜x＜2且0＜y＜3)；基于硫化物的固态颗粒可包括Li₂S-P₂S₅体系(例如Li₃PS₄、Li₇P₃S₁₁和Li_9.6P₃S₁₂)、Li₂S-SnS₂体系(例如Li₄SnS₄)、Li₂S-P₂S₅-MOx体系(其中1≤x≤2)、Li₂S-P₂S₅-MSx体系(其中1≤x≤2)、Li₁₀GeP₂S₁₂(LGPS)、Li_3.25Ge_0.25P_0.75S₄(硫代-LISICON)、Li_3.4Si_0.4P_0.6S₄、Li₁₀GeP₂S_11.7O_0.3、锂硫银锗矿(Li₆PS₅X(其中X为CL、Br、或I)、Li_9.54Si_1.74P_1.44S_11.7Cl_0.3、Li_9.6P₃S₁₂、Li₇P₃S₁₁、Li₉P₃S₉O₃、Li_10.35Ge_1.35P_1.65S₁₂、Li_10.35Si_1.35P_1.65S₁₂、Li_9.81Sn_0.81P_2.18S₁₂、Li₁₀(Si_0.5Ge_0.5)P₂S₁₂、Li₁₀(Ge_0.5Sn_0.5)P₂S₁₂、Li₁₀(Si_0.5Sn_0.5)P₂S₁₂、Li_3.933Sn_0.833As_0.166S₄、LiI-Li₄SnS₄、和/或Li₄SnS₄；基于氮化物的固态颗粒可包括Li₃N、Li₇PN₄和/或LiSi₂N₃；基于卤化物的固态颗粒可包括Li₃YCl₆、Li₃InCl₆、Li₃YBr₆、LiI、Li₂CdC_l4、Li₂MgCl₄、LiCdI₄、Li₂ZnI₄、Li₃OCl及其组合；基元氢化物的固态颗粒可包括LiBH₄、LiBH₄–LiX（其中x = Cl、Br或I）、LiNH₂、Li₂NH、LiBH₄–LiNH₂、Li₃AlH₆及其组合；并且基于硼酸盐的固态颗粒可包括LI₂B₄O₇和/或Li₂O-B₂O₃-P₂O₅。

在某些变型中，固态中间层50可进一步包括聚合的聚合物粘合剂。例如，固态中间层50可包括大于或等于约80重量%至小于或等于约100重量%，并且在某些方面中，任选地大于或等于约90重量%至小于或等于约100重量%的固态电解质颗粒52；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0重量%至小于或等于约10重量%的聚合物粘合剂。示例性的聚合物粘合剂包括聚酰亚胺、聚酰胺酸、聚酰胺、聚砜、聚偏二氟乙烯(PVdF)、聚(偏二氟乙烯-共-六氟丙烯) (PVdF-HFP)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚四氟乙烯(PTFE)共聚物、聚丙烯酸、聚偏二氟乙烯和聚六氟丙烯的共混物、聚氯三氟乙烯、三元乙丙橡胶(EPDM)橡胶、羧甲基纤维素(CMC)、丁腈橡胶(NBR)、丁苯橡胶(SBR)、聚丙烯酸锂(LiPAA)、聚丙烯酸钠(NaPAA)、苯乙烯丁烯苯乙烯共聚物(SEBS)、海藻酸钠、和/或海藻酸锂。

在某些变型中，固态中间层50可涂覆到正电极24上。例如，固态中间层50可覆盖正电极24的第一表面的总表面积的大于或等于约85%、任选地大于或等于约86%、任选地大于或等于约87%、任选地大于或等于约88%、任选地大于或等于约89%、任选地大于或等于约90%、任选地大于或等于约91%、任选地大于或等于约92%、任选地大于或等于约93%、任选地大于或等于约94%、任选地大于或等于约95%、任选地大于或等于约96%、任选地大于或等于约97%、任选地大于或等于约98%、任选地大于或等于约99%，并且在某些方面中，任选地大于或等于约99.5%。正电极24的第一表面与负电极22相对。

在其它变型中，固态中间层50可涂覆在隔离件26的与正电极24相对的表面上。例如，固态中间层50可覆盖隔离件26的与正电极24相对的表面的总表面积的大于或等于约85%、任选地大于或等于约86%、任选地大于或等于约87%、任选地大于或等于约88%、任选地大于或等于约89%、任选地大于或等于约90%、任选地大于或等于约91%、任选地大于或等于约92%、任选地大于或等于约93%、任选地大于或等于约94%、任选地大于或等于约95%、任选地大于或等于约96%、任选地大于或等于约97%、任选地大于或等于约98%、任选地大于或等于约99%、并且在某些方面中任选地大于或等于约99.5%。

正电极24可由基于锂的活性材料形成，该基于锂的活性材料能够经历锂嵌入和脱嵌、合金化和脱合金化、或镀覆和剥离，同时用作锂离子电池组的正极端子。正电极24可以由多个电活性材料颗粒限定。这样的正电活性材料颗粒可设置在一个或多个层中以便限定正电极24的三维结构。电解质30可例如在电池组装之后被引入，并且含有在正电极24的孔内。在某些变型中，正电极24可包括多个固态电解质颗粒，其与限定固态中间层50的多个固态电解质颗粒52相同或不同。在每个变型中，正电极24可具有大于或等于约1μm至小于或等于约500μm，并且在某些方面中，任选地大于或等于约10μm至小于或等于约200μm的平均厚度。

在各个方面，正电活性材料可包括由LiMeO₂表示的层状氧化物，其中Me为过渡金属，例如钴(Co)、镍(Ni)、锰(Mn)、铁(Fe)、铝(Al)、钒(V)或它们的组合。在其它变型中，正电活性材料可包括LiMePO₄表示的橄榄石型氧化物，其中Me为过渡金属，例如钴(Co)、镍(Ni)、锰(Mn)、铁(Fe)、铝(Al)、钒(V)或其组合。在其它变型中，正电活性材料可包括由Li₃Me₂(PO₄)₃表示的单斜晶型氧化物，其中Me为过渡金属，例如钴(Co)、镍(Ni)、锰(Mn)、铁(Fe)、铝(Al)、钒(V)或其组合。在其它变型中，正电活性材料可以是由LiMe₂O₄表示的尖晶石型氧化物，其中Me是过渡金属，例如钴(Co)、镍(Ni)、锰(Mn)、铁(Fe)、铝(Al)、钒(V)或其组合。在其它变型中，正电活性材料可以是由LiMeSO₄F和/或LiMePO₄F表示的羟磷锂铁石，其中Me为过渡金属，例如钴(Co)、镍(Ni)、锰(Mn)、铁(Fe)、铝(Al)、钒(V)或其组合。在另外的变型中，正电活性材料可以是正电活性材料的组合。例如，正电极24可包括一种或多种层状氧化物、一种或多种橄榄石型氧化物、一种或多种单斜晶型氧化物、一种或多种尖晶石型氧化物、一种或多种的羟磷锂铁石或其组合。

在某些变型中，正电活性材料可任选地与提供电子传导路径的电子导电材料和/或改善正电极24的结构完整性的聚合物粘合剂材料混合(例如，浆料浇铸)。例如，正电极24可包括大于或等于约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60重量%至小于或等于约95重量%的正电活性材料；大于或等于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0.5重量%至小于或等于约10重量%的电子导电材料；和大于或等于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0.5重量%至小于或等于约10重量%的聚合物粘合剂。

电子导电材料可包括基于碳的材料、粉末镍或其它金属颗粒、或导电聚合物。基于碳的材料可包括，例如，石墨、乙炔黑(如KETCHEN^TM黑或DENKA^TM黑)、碳纳米纤维和纳米管(例如，单壁碳纳米管(SWCNT)、多壁碳纳米管(MWCNT))、石墨烯(例如，石墨烯片(GNP)、氧化石墨烯片)、导电炭黑(如，SuperP (SP))等的颗粒。导电聚合物的实例包括聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔、聚吡咯等。

负电极22可由能够用作锂离子电池组的负极端子的锂主体材料形成。在各个方面中，负电极22可由多个负电活性材料颗粒限定。这样的负电活性材料颗粒可设置在一个或多个层中，以便限定负电极22的三维结构。电解质30可例如在电池组装之后被引入，并且被含有在负电极22的孔内。在某些变型中，负电极22可包括多个固态电解质颗粒，其与限定固态中间层50的多个固态电解质颗粒52相同或不同和/或与任选包含在正电极24中的多个固态电解质颗粒相同或不同。在每种情况下，负电极22 (包括一个或多个层)可具有大于或等于约0 nm至小于或等于约500μm，任选地大于或等于约1μm至小于或等于约500μm，并且在某些方面中，任选地大于或等于约10μm至小于或等于约200μm的厚度。

在各个方面，负电极22可包括含有锂的负电活性材料，例如锂合金和/或锂金属。在其它变型中，负电极22可包括，仅举例，含碳材料(例如石墨、硬碳、软碳等)和/或金属活性材料(例如锡、铝、镁、锗及其合金等)。在另外的变型中，负电极22可包括基于硅的电活性材料。在再另外的变型中，负电极22可包括负电活性材料的组合。例如，负电极22可包括基于硅的电活性材料(即，第一负电活性材料)和一种或多种其它负电活性材料的组合。一种或多种其它负电活性材料可包括，仅举例，含碳材料(例如石墨、硬碳、软碳等)和/或金属活性材料(例如锡、铝、镁、锗及其合金等)。例如，在某些变型中，负电极22可包括含碳-基于硅的复合材料，该复合材料包括例如大约或精确10 重量%的基于硅的电活性材料和大约或精确90 重量%的石墨。

在某些变型中，负电活性材料可任选地与提供电子传导路径的电子导电材料和/或改善负电极22的结构完整性的聚合物粘合剂材料混合(例如，浆料浇注) 。例如，负电极22可包括大于或等于约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60重量%至小于或等于约95重量%的负电活性材料；大于或等于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0.5重量%至小于或等于约10重量%的电子导电材料；和大于或等于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0.5重量%至小于或等于约10重量%的一种或多种聚合物粘合剂。

图2示出了另一个示例性电化学电池(也称为电池组) 220。与图1所示的电池组20类似，电池组220可包括与第一集流体232一起设置的负电极222 (例如，阳极)、与第二集流体234一起设置的正电极224 (例如，阴极)、以及将负电极222和正电极224物理地隔离的隔离件226。然而，在这种情况下，固态中间层250可设置在负电极222和隔离件226之间。与图1中所示的固态中间层50类似，固态中间层250可以是基本均匀且连续的。

在某些变型中，固态中间层250可涂覆到负电极222上。例如，固态中间层250可覆盖负电极222的第一表面的总表面积的大于或等于约85%，任选地大于或等于约86%，任选地大于或等于约87%，任选地大于或等于约88%，任选地大于或等于约89%，任选地大于或等于约90%，任选地大于或等于约91%，任选地大于或等于约92%，任选地大于或等于约93%，任选地大于或等于约94%，任选地大于或等于约95%，任选地大于或等于约96%，任选地大于或等于约97%，任选地大于或等于约98%，任选地大于或等于约99%，并且在某些方面中，任选地大于或等于约99.5%。负电极222的第一表面与正电极224相对。

在其它变型中，固态中间层250可涂覆到隔离件226的与负电极222相对的表面上。例如，固态中间层250可覆盖隔离件226的与负电极222相对的表面的总表面积的大于或等于约85%、任选地大于或等于约86%、任选地大于或等于约87%、任选地大于或等于约88%、任选地大于或等于约89%、任选地大于或等于约90%、任选地大于或等于约91%、任选地大于或等于约92%、任选地大于或等于约93%、任选地大于或等于约94%、任选地大于或等于约95%、任选地大于或等于约96%、任选地大于或等于约97%、任选地大于或等于约98%、任选地大于或等于约99%，并且在某些方面中，任选地大于或等于约99.5%。

在每个变型中，与图1中所示的固态中间层50类似，固态中间层250可包括多个固态电解质颗粒252。在某些变型中，固态电解质颗粒252可具有大于或等于约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10μm的平均粒度，并且固态中间层250可具有是平均固态电解质粒度的至少两倍的平均厚度。例如，固态中间层250的平均厚度可为大于或等于约0.5μm至小于或等于约40μm，任选地大于或等于约0.5μm至小于或等于约10μm，并且在某些方面中，任选地为约5μm。

在某些变型中，固态电解质颗粒252可包括例如Li₇La₃Zr₂O₁₂。在其它变型中，固态颗粒252可包括例如基于氧化物的固态颗粒、金属掺杂或异价取代的氧化物固态颗粒、基于硫化物的固态颗粒、基于氮化物的固态颗粒、基于卤化物的固态颗粒和/或基于硼酸盐的固态颗粒。在又一些变型中，固态电解质颗粒252可包括例如第一多个固态电解质颗粒和第二多个固态电解质颗粒，其中第一多个固态电解质颗粒包括Li₇La₃Zr₂O₁₂，并且第二多个固态电解质颗粒包括基于氧化物的固态颗粒、金属掺杂或异价取代的氧化物固态颗粒、基于硫化物的固态颗粒、基于氮化物的固态颗粒、基于卤化物的固态颗粒和/或基于硼酸盐的固态颗粒。

在某些变型中，固态中间层250可进一步包括聚合的聚合物粘合剂。例如，固态中间层250可包括大于或等于约80重量%至小于或等于约100重量%，并且在某些方面中，任选地大于或等于约90重量%至小于或等于约100重量%的固态电解质颗粒252；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0重量%至小于或等于约10重量%的聚合物粘合剂。

图3示出了另一个示例性电化学电池(也称为电池组) 320。与图1所示的电池组20以及图3所示的电池组220类似，电池组320可包括与第一集流体332一起设置的负电极322(例如，阳极)、与第二集流体334一起设置的正电极324 (例如，阴极)、以及将负电极322和正电极324物理地隔离的隔离件326。然而，在这种情况下，第一固态中间层350可设置在正电极324和隔离件326之间，并且第二固态中间层360可设置在负电极322和隔离件326之间。与图1中所示的固态中间层50和/或图2中所示的固态中间层250类似，第一和第二固态中间层350、360可以是基本均匀且连续的。

在某些变型中，第一固态中间层350可涂覆到正电极324上。例如，固态中间层350可覆盖正电极324的第一表面的总表面积的大于或等于约85%、任选地大于或等于约86%、任选地大于或等于约87%、任选地大于或等于约88%、任选地大于或等于约89%、任选地大于或等于约90%、任选地大于或等于约91%、任选地大于或等于约92%、任选地大于或等于约93%、任选地大于或等于约94%、任选地大于或等于约95%、任选地大于或等于约96%、任选地大于或等于约97%、任选地大于或等于约98%、任选地大于或等于约99%，并且在某些方面中，任选地大于或等于约99.5%。正电极324的第一表面与负电极322相对。

在其它变型中，第一固态中间层350可涂覆到隔离件326的与正电极324相对的表面上。例如，第一固态中间层350可覆盖隔离件326的与正电极322相对的表面的总表面积的大于或等于约85%、任选地大于或等于约86%、任选地大于或等于约87%、任选地大于或等于约88%、任选地大于或等于约89%、任选地大于或等于约90%、任选地大于或等于约91%、任选地大于或等于约92%、任选地大于或等于约93%、任选地大于或等于约94%、任选地大于或等于约95%、任选地大于或等于约96%、任选地大于或等于约97%、任选地大于或等于约98%、任选地大于或等于约99%，并且在某些方面中，任选地大于或等于约99.5%。

在某些变型中，第二固态中间层360可涂覆到负电极322上。例如，固态中间层360可覆盖负电极322的第一表面的总表面积的大于或等于约85%，任选地大于或等于约86%，任选地大于或等于约87%，任选地大于或等于约88%，任选地大于或等于约89%，任选地大于或等于约90%，任选地大于或等于约91%，任选地大于或等于约92%，任选地大于或等于约93%，任选地大于或等于约94%，任选地大于或等于约95%，任选地大于或等于约96%，任选地大于或等于约97%，任选地大于或等于约98%，任选地大于或等于约99%，并且在某些方面中，任选地大于或等于约99.5%。负电极322的第一表面与正电极324相对。

在其它变型中，固态中间层360可涂覆到隔离件326的与负电极322相对的表面上。例如，固态中间层360可覆盖隔离件326的与负电极322相对的表面的总表面积的大于或等于约85%，任选地大于或等于约86%，任选地大于或等于约87%，任选地大于或等于约88%，任选地大于或等于约89%，任选地大于或等于约90%，任选地大于或等于约91%，任选地大于或等于约92%，任选地大于或等于约93%，任选地大于或等于约94%，任选地大于或等于约95%，任选地大于或等于约96%，任选地大于或等于约97%，任选地大于或等于约98%，任选地大于或等于约99%，并且在某些方面中，任选地大于或等于约99.5%。

在每个变型中，与图1中示出的固态中间层50和/或图2中示出的固态中间层250类似，第一固态中间层350可包括多个第一固态电解质颗粒352，并且第二固态中间层260可包括多个第二固态电解质颗粒362。第一固态电解质颗粒352可与第二固态电解质颗粒362相同或不同。在某些变型中，第一固态电解质颗粒352以及第二固态电解质颗粒363的平均粒度可大于或等于约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10μm，并且第一和第二固态中间层350、360的平均厚度可以是平均固态电解质粒度的至少两倍。例如，第一和第二固态中间层350、360可具有大于或等于约0.5μm至小于或等于约40μm，任选地大于或等于约0.5μm至小于或等于约10μm，且在某些方面任选地约5μm的平均厚度。

在某些变型中，第一固态电解质颗粒352可包括例如Li_1+xAl_xTi_2-x(PO₄)₃，其中0≤x≤2 (LATP)。在其它变型中，第一固态颗粒352可包括例如基于氧化物的固态颗粒、金属掺杂或异价取代的氧化物固态颗粒、基于硫化物的固态颗粒、基于氮化物的固态颗粒、基于卤化物的固态颗粒和/或基于硼酸盐的固态颗粒。在另外的变型中，第一固态电解质颗粒352可包括例如第一多个固态电解质颗粒和第二多个固态电解质颗粒，其中第一多个固态电解质颗粒包括Li_1+xAl_xTi_2-x(PO₄)₃，其中0≤x≤2 (LATP)，并且第二多个固态电解质颗粒包括基于氧化物的固态颗粒、金属掺杂或异价取代的氧化物固态颗粒、基于硫化物的固态颗粒、基于氮化物的固态颗粒、基于卤化物的固态颗粒和/或基于硼酸盐的固态颗粒。

在某些变型中，第二固态电解质颗粒362可包括例如Li₇La₃Zr₂O₁₂。在其它变型中，第二固态颗粒362可包括例如基于氧化物的固态颗粒、金属掺杂或异价取代的氧化物固态颗粒、基于硫化物的固态颗粒、基于氮化物的固态颗粒、基于卤化物的固态颗粒和/或基于硼酸盐的固态颗粒。在又进一步的变型中，第二固态电解质颗粒362可包括例如第一多个固态电解质颗粒和第二多个固态电解质颗粒，其中第一多个固态电解质颗粒包括Li₇La₃Zr₂O₁₂，并且第二多个固态电解质颗粒包括基于氧化物的固态颗粒、掺杂金属或异价物取代的氧化物固态颗粒、基于硫化物的固态颗粒、基于氮化物的固态颗粒、基于卤化物的固态颗粒和/或基于硼酸盐的固态颗粒。

在某些变型中，第一固态中间层350和/或第二固态中间层360还可包括聚合的聚合物粘合剂。例如，第一固态中间层350和/或第二固态中间层360可分别包括大于或等于约80重量%至小于或等于约100重量%，并且在某些方面中，任选地大于或等于约90重量%至小于或等于约100重量%的第一固态电解质颗粒352或第二固态电解质颗粒；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0重量%至小于或等于约10重量%的聚合物粘合剂。

在以下非限制性实例中进一步说明当前技术的某些特征。

实施例1

实施例电池组和电池组电池可根据本公开的各个方面来制备。

例如，根据本公开的各个方面，实施例电池组电池510可包括固态中间层和液体电解质。可制备类似于实施例电池组电池510的比较电池组电池520，但是其省略了固态中间层。

图4是示出了与比较电池组电池520相比的实施例电池组电池510的差示扫描量热法(DSC)测试的结果的图示，其中x轴500表示温度(℃)，并且y轴502表示热流(a.u.)。箭头512表示吸热反应势（endothermic reaction potential），并且箭头514表示放热反应势（exothermic reaction potential）。如图所示，采用添加固态中间层，已经有效地抑制了例如由内部短路引起的放热反应(从约145℃到约190℃)。

图5是表示与比较电池组电池520相比的实施例电池组电池510的放电倍率能力的图示，其中x轴600表示循环次数，并且y轴602表示容量保持率(%)。如图所示，与比较电池组电池520相比，实施例电池组电池510具有改进的倍率性能。例如，实施例电池组电池510可以在10C电流倍率下履行大约88%的容量保持率，其高于比较电池组电池520的容量保持率(即，大约80%)。

图6是表示与比较电池组电池520相比的实施例电池组电池510的低温放电的图示，其中x轴700表示在25℃的保持率(%)，并且y轴702表示电压(V)。如图所示，与比较电池组电池520相比，实施例电池组电池510具有改善的低温放电容量和较低的电压极化。

为了说明和描述的目的，已经提供了对实施方案的上述描述。其不意在穷举的或限制本公开。特定实施方案的各个元件或特征通常不限于该特定实施方案，而是在适用的情况下是可互换的，并且可以在所选实施方案中使用，即使没有具体示出或描述。同样的也可以以许多方式变化。这样的变化不应被认为是背离本公开，并且所有这样的修改旨在被包括在本公开的范围内。

Claims (10)

1.一种循环锂离子的电化学电池，所述电化学电池包括：

电极；

固态中间层，其包括设置在所述电极的表面上或与所述电极的表面相邻的多个固态电解质颗粒；以及

液体电解质，所述液体电解质设置在所述电极和固态中间层中。

2.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述固态电解质颗粒具有大于或等于约0.02微米至小于或等于约20微米的平均粒度，并且所述固态中间层具有大于或等于约0.5微米至小于或等于约40微米的平均厚度。

3.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述固态中间层覆盖电极表面总表面积的大于或等于约85%。

4. 根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述固态颗粒包含Li_1+xAl_xTi_2-x(PO₄)₃，其中0≤x≤2 (LATP)或Li₇La₃Zr₂O₁₂。

5.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述固态颗粒包括基于氧化物的固态颗粒、金属掺杂的或异价取代的氧化物固态颗粒、基于硫化物的固态颗粒、基于氮化物的固态颗粒、基于卤化物的固态颗粒、基于硼酸盐的固态颗粒或其组合。

6.根据权利要求5所述的电化学电池，其中所述固态中间层包含大于或等于约80重量%至小于或等于约100重量%的固态电解质颗粒，和大于或等于约0重量%至小于或等于约20重量%的聚合物粘合剂。

7.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述电极是正电极。

8.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述电极是负电极。

9. 根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述电极是第一电极，并且所述电化学电池还包括：

与第一电极平行设置的第二电极；以及

设置在所述固态中间层和所述第二电极之间的隔离件，所述液体电解质也设置在所述隔离件和所述第二电极中。

10.根据权利要求9所述的电化学电池，其中所述固态中间层是第一固态中间层，所述多个固态电解质颗粒是第一多个固态电解质颗粒，并且所述电化学电池还包括：

设置在所述隔离件和所述第二电极之间的第二固态中间层，所述第二固态中间层包含第二多个固态颗粒，所述第二固态中间层覆盖第二电极的与隔离件相对的表面的总表面积的大于或等于约85%，所述第二固态中间层与第一固态中间层相同或不同，并且液体电解质也设置在第二固态中间层中。