DE202022103923U1 - solid electrolyte structure - Google Patents

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Abstract

Eine Festelektrolytstruktur, umfassend eine Festelektrolyt-Partikel, die ein titanhaltiger Festelektrolyt ist; und eine Schutzschicht, die die Festelektrolyt-Partikel vollständig ummantelt, wodurch bei der Festelektrolyt-Partikel die Reduktionsreaktion von Titan verhindert und die elektrochemische Beständigkeit der Festelektrolyt-Partikel verbessert wird.

Figure DE202022103923U1_0000
A solid electrolyte structure comprising a solid electrolyte particle which is a titanium-containing solid electrolyte; and a protective layer completely covering the solid electrolyte particle, thereby preventing the reduction reaction of titanium in the solid electrolyte particle and improving the electrochemical durability of the solid electrolyte particle.
Figure DE202022103923U1_0000

Description

Gebiet der Erfindungfield of invention

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Festelektrolytstruktur und insbesondere eine titanhaltige Festelektrolytstruktur, die eine Schutzschicht aufweist.The present invention relates to a solid electrolyte structure, and more particularly to a titanium-containing solid electrolyte structure having a protective layer.

Stand der TechnikState of the art

Für bestehende Lithium-Ionen-Sekundärbatterien werden hauptsächlich flüssige Elektrolyten als Lithium-Ionen-Transportmedien verwendet. Allerdings hat die Eigenschaft der Flüchtigkeit von Elektrolyten negative Auswirkungen auf den menschlichen Körper und die Umwelt. Gleichzeitig stellt die Entflammbarkeit flüssiger Elektrolyten ebenfalls ein großes Sicherheitsproblem für Batteriebenutzer dar.For existing lithium-ion secondary batteries, liquid electrolytes are mainly used as lithium-ion transport media. However, the volatility property of electrolytes has adverse effects on the human body and the environment. At the same time, the flammability of liquid electrolytes also poses a major safety concern for battery users.

Gegenwärtig ist einer der Gründe für die instabile Leistung von Lithium-Batterien hauptsächlich auf die große Oberflächenaktivität einer Elektrode (negative Elektrode) und die hohe Spannung (positive Elektrode) zurückzuführen. Bei direktem Kontakt zwischen einer Elektrode und einer Elektrolytlösung wird die Grenzfläche zwischen den beiden instabil, wodurch eine sogenannte exotherme Reaktion ausgelöst wird und sich dadurch ein passiver Schutzfilm auf der Kontaktgrenzfläche bildet. Durch diese Reaktionen werden flüssige Elektrolyten und Lithiumionen verbraucht und wird gleichzeitig auch Wärme erzeugt. Sobald ein lokaler Kurzschluss auftritt, steigt die lokale Temperatur schnell an. Zu diesem Zeitpunkt wird der passive Schutzfilm instabil und gleichzeitig wird Wärme freigesetzt. Diese exotherme Reaktion steigert sich, sodass die Temperatur der Batterie immer weiter ansteigt. Sobald die Batterietemperatur auf die Anfangstemperatur (oder Auslösetemperatur, trigger temperature) des thermischen Durchgehens (thermal runaway) ansteigt, führt dies zu einem thermischen Ausreißer, was zu einer Beschädigung der Batterie führt, wie z. B. Explosion oder Brand, und somit erhebliche Sicherheitsbedenken bei der Verwendung bestehen.At present, one of the reasons for the unstable performance of lithium batteries is mainly due to the large surface activity of an electrode (negative electrode) and high voltage (positive electrode). When an electrode comes into direct contact with an electrolytic solution, the interface between the two becomes unstable, causing a so-called exothermic reaction and thereby forming a passive protective film on the contact interface. These reactions consume liquid electrolytes and lithium ions while also generating heat. As soon as a local short circuit occurs, the local temperature rises rapidly. At this time, the passive protection film becomes unstable, and at the same time, heat is released. This exothermic reaction increases, so that the temperature of the battery continues to rise. Once the battery temperature rises to the thermal runaway initial temperature (or trigger temperature, thermal runaway), it will cause a thermal runaway, resulting in battery damage such as battery failure. B. explosion or fire, and thus significant safety concerns in use exist.

Festelektrolyten sind in den letzten Jahren zu einem wichtigen Forschungsschwerpunkt geworden. Sie weisen eine ähnliche lonenleitfähigkeit wie flüssige Elektrolyten auf, haben aber nicht die Eigenschaften der Flüchtigkeit und der Entflammbarkeit von flüssigen Elektrolyten. Gleichzeitig ist ihre Grenzfläche mit der Oberfläche eines Aktivmaterials relativ stabil (sowohl chemisch als auch elektrochemisch). Festelektrolyten unterscheiden sich jedoch von flüssigen Elektrolyten darin, dass sie kleine und schlechte Kontaktflächen mit Aktivmaterialien und eine niedrige Reaktionskonstante bei der Ladungsübertragung aufweisen. Daher besteht ein Problem darin, dass beim Festelektrolyten der Widerstandswert der Grenzfläche der positiven und negativen Elektroden der Elektrodenschicht mit einem Aktivmaterial bei der Ladungsübertragung relativ groß ist, was für den effektiven Transport von Lithiumionen nicht förderlich ist. Daher ist es immer noch schwierig, flüssige Elektrolyten vollständig zu ersetzen.Solid electrolytes have become an important research focus in recent years. They exhibit ionic conductivity similar to liquid electrolytes but do not have the volatility and flammability properties of liquid electrolytes. At the same time, their interface with the surface of an active material is relatively stable (both chemically and electrochemically). However, solid electrolytes differ from liquid electrolytes in that they have small and poor contact areas with active materials and a low charge transfer reaction constant. Therefore, there is a problem that in the solid electrolyte, the resistance value of the interface of the positive and negative electrodes of the electrode layer with an active material in charge transfer is relatively large, which is not conducive to the efficient transport of lithium ions. Therefore, it is still difficult to completely replace liquid electrolytes.

Darüber hinaus sind im Vergleich zu flüssigen Elektrolyten bei Festelektrolyten die Materialkosten selbst deutlich höher. Um die Kosten zu senken und die Kompatibilität des Materials zu steuern und zu verbessern, wurden in den letzten Jahren verschiedene Materialien entwickelt. Unter ihnen bietet beispielsweise der Lithium-Aluminium-Titan-Phosphat (LATP) basierte Festelektrolyt zusätzlich zu einer guten lonenleitfähigkeit erhebliche Kostenvorteile. Allerdings ist die elektrochemische Beständigkeit des Lithium-Aluminium-Titan-Phosphat (LATP) basierten Festelektrolyten bei niedriger Spannung aufgrund seines Titangehalts schlecht. Bei der Abscheidung reagiert er mit Lithium(ionen), wodurch die negative Elektrodenschicht verunreinigt und die normale Leistung der elektrochemischen Reaktion beeinträchtigt wird. Daher ist es schwierig, seinen Anwendungsbereich zu erweitern.In addition, compared to liquid electrolytes, the material costs themselves are significantly higher for solid electrolytes. In order to reduce costs and to control and improve the compatibility of the material, various materials have been developed in recent years. Among them, the lithium-aluminum-titanium-phosphate (LATP)-based solid electrolyte, for example, offers significant cost advantages in addition to good ionic conductivity. However, the electrochemical stability of the lithium aluminum titanium phosphate (LATP) based solid electrolyte at low voltage is poor due to its titanium content. During deposition, it reacts with lithium (ions), contaminating the negative electrode layer and affecting the normal performance of the electrochemical reaction. Therefore, it is difficult to expand its application range.

Wie ein Festelektrolyt effektiv und weit verbreitet eingesetzt werden kann, während auch die Kosten und die Verbesserung des Oberflächenzustands des Festelektrolyten Berücksichtigung finden, stellt ein dringend zu lösendes Problem auf diesem Gebiet dar.How to effectively and widely use a solid electrolyte while also considering the cost and improvement of the surface condition of the solid electrolyte is an urgent problem to be solved in this field.

Aufgabe der Erfindungobject of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben erwähnten Nachteile im Stand der Technik zu vermeiden und eine Festelektrolytstruktur zu schaffen, die nicht nur relativ geringe Materialkosten hat, sondern auch ohne Einschränkung auf alle Elektrodenschichten angewendet werden kann.The object of the invention is to avoid the above-mentioned disadvantages of the prior art and to provide a solid electrolyte structure which not only has relatively low material costs but can also be applied to all electrode layers without restriction.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Festelektrolytstruktur zur Verfügung zu stellen, mit der durch die Anordnung einer Schutzschicht die Abscheidung von internem Titan verhindert werden kann und ferner verschiedene Probleme, wie z. B. ein hoher Ladungsübertragungswiderstand und eine kleine Kontaktfläche, die durch die Kontaktfläche des Festelektrolyten verursacht werden, gelöst werden können.Another object of the present invention is to provide a solid electrolytic structure capable of preventing the deposition of internal titanium by providing a protective layer and further avoiding various problems such as e.g. B. a high charge transfer resistance and a small contact area caused by the contact area of the solid electrolyte can be solved.

Zur Lösung der oben genannten Aufgaben wird durch die vorliegende Erfindung eine Festelektrolytstruktur zur Verfügung gestellt, umfassend eine Festelektrolyt-Partikel und eine Schutzschicht, wobei die Festelektrolyt-Partikel ein titanhaltiger Festelektrolyt ist und von der Schutzschicht vollständig ummantelt ist, um bei der Festelektrolyt-Partikel die Reduktionsreaktion von Titan zu verhindern, die elektrochemische Beständigkeit bei niedriger Spannung zu verbessern, eine durch Titan verursachte Verunreinigung der Elektrodenschicht effektiv zu verhindern und somit den Anwendungsbereich von titanhaltigen Festelektrolyten zu erweitern.To achieve the above objects, the present invention provides a solid electrolyte structure comprising a solid electrolyte particle and a protective layer, wherein the solid electrolyte particle is a titanium-containing solid electrolyte and is completely encased by the protective layer in order to prevent the solid electrolyte particle from To prevent the reduction reaction of titanium, to improve the electrochemical resistance at low voltage, to effectively prevent contamination of the electrode layer caused by titanium, and thus to expand the application range of titanium-containing solid electrolytes.

Hierbei kann die Schutzschicht aus einem festen Metalloxid, einem Polymer oder eine Kombination davon bestehen. Durch die Anordnung der Schutzschicht kann in der Festelektrolyt-Partikel die Reduktion von Titan effektiv verhindert und die elektrochemische Beständigkeit bei niedriger Spannung verbessert werden. In Bezug auf die Außenseite der Festelektrolyt-Partikel können durch die Anordnung der Schutzschicht die Probleme, die durch den hohen Ladungsübergangswiderstand und die kleine Kontaktfläche verursacht werden, effektiv gelöst werden und kann somit eine optimale Ionenleitung erreicht werden, während auch die Kosten und die Sicherheit Berücksichtigung finden.Here, the protective layer can consist of a solid metal oxide, a polymer or a combination thereof. By arranging the protective layer, reduction of titanium in the solid electrolyte particle can be effectively prevented and electrochemical durability at low voltage can be improved. With regard to the outside of the solid electrolyte particles, the arrangement of the protective layer can effectively solve the problems caused by the high charge transfer resistance and the small contact area, and thus can achieve optimal ion conduction, while also considering the cost and safety Find.

Zum besseren Verständnis der Aufgaben, technischen Merkmale, Inhalte und vorteilhaften Effekte der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend ein konkretes Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben.For a better understanding of the objects, technical features, contents and advantageous effects of the present invention, a specific embodiment will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

Figurenlistecharacter list

  • 1 zeigt eine schematische Ansicht des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Festelektrolytstruktur; 1 shows a schematic view of the embodiment of the solid electrolyte structure according to the invention;
  • 2 zeigt einen Graphen der Verteilungskurve der Konzentration von Titan gemäß dem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Festelektrolytstruktur. 2 12 is a graph of the distribution curve of the concentration of titanium according to the embodiment of the solid electrolyte structure of the present invention.

Detaillierte Beschreibung des AusführungsbeispielsDetailed description of the embodiment

1 zeigt eine schematische Ansicht des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Festelektrolytstruktur. Die erfindungsgemäße Festelektrolytstruktur 10 besteht primär aus einer Festelektrolyt-Partikel 11 und einer Schutzschicht 12. Die Festelektrolyt-Partikel 11 ist ein titanhaltiger Festelektrolyt, wie z. B. ein Lithium-Aluminium-Titan-Phosphat (LATP; Li1+xAlxTi2-x(PO4)3) basierter Festelektrolyt und weist eine ziemlich hohe lonenleitfähigkeit, eine gute chemische und thermische Stabilität und gleichzeitig niedrige Material- und Herstellungskosten auf. Daher hat er in den letzten Jahren viel Aufmerksamkeit erhalten. Allerdings ist seine chemische Beständigkeit nicht gut, da bei der Abscheidung von Titan (insbesondere bei niedriger Spannung) seine Oberflächeneigenschaften verändert werden und somit die lonenleitfähigkeit der Oberfläche verringert wird und da der Grenzflächenwiderstand aufgrund der Reaktion von Titan mit Lithium(ionen) stark erhöht wird und somit die Eigenschaften und die Effizienz elektrochemischer Reaktionen stark beeinträchtigt werden. 1 shows a schematic view of the embodiment of the solid electrolyte structure according to the invention. The solid electrolyte structure 10 according to the invention consists primarily of a solid electrolyte particle 11 and a protective layer 12. The solid electrolyte particle 11 is a titanium-containing solid electrolyte, such as. B. a lithium aluminum titanium phosphate (LATP; Li 1 + x Al x Ti 2-x (PO 4 ) 3 ) based solid electrolyte and has a fairly high ionic conductivity, good chemical and thermal stability and at the same time low material and manufacturing costs. Therefore, it has received a lot of attention in recent years. However, its chemical resistance is not good because when titanium is deposited (especially at low voltage), its surface properties are changed and thus the ionic conductivity of the surface is reduced, and because the interfacial resistance is greatly increased due to the reaction of titanium with lithium(ions) and thus the properties and efficiency of electrochemical reactions are severely impaired.

Angesicht dessen ist in der vorliegenden Erfindung die Festelektrolyt-Partikel 11 vollständig von der Schutzschicht 12 ummantelt, um in der Festelektrolyt-Partikel 11 die Abscheidung von Titan zu verhindern. Die Schutzschicht 12 weist eine Dicke von 10 bis 500 nm auf und ummantelt die Oberfläche der Festelektrolyt-Partikel 11 vollständig. Es soll hier angemerkt werden, dass der in der Figur gezeigte Zustand der Festelektrolyt-Partikel 11 nur der Veranschaulichung dient und ihre Form nichtauf eine runde Form (Kugel) beschränkt ist. Es können für sie auch andere Sphäroide, Scheibenformen oder Plattenformen verwendet werden.In view of this, in the present invention, the solid electrolyte particle 11 is completely covered by the protective layer 12 in order to prevent the solid electrolyte particle 11 from precipitating titanium. The protective layer 12 has a thickness of 10 to 500 nm and encases the surface of the solid electrolyte particles 11 completely. It should be noted here that the state of the solid electrolyte particles 11 shown in the figure is for illustration only, and their shape is not limited to a round shape (sphere). Other spheroids, disk shapes, or plate shapes can also be used for them.

Nachdem die Festelektrolyt-Partikel 11 von der Schutzschicht 12 ummantelt ist, muss sie noch ein gewisses Maß an lonenleitfähigkeit sowie eine gute chemische und thermische Stabilität aufweisen. Daher kann in Bezug auf die Materialauswahl ein festes Metalloxid, ein organisches Polymer oder eine Kombination davon verwendet werden. Als Herstellungsverfahren können Sintern, Tränken, Beschichten usw. verwendet werden, jedoch unterliegt die vorliegende Erfindung diesbezüglich keinen Beschränkungen. Zusätzlich zu dem oben erwähnten LATP können die Festelektrolyt-Partikeln 11 auch verschiedene titanhaltige Festelektrolyten auf Oxidbasis sein, wie beispielsweise die Kristalle Li1+x+y(Al, Ga)x (Ti, Ge)2-xSiyP3-yO12, wobei 0 ≤ x ≤ 1 und 0 ≤ y ≤ 1 ist, Li2O-Al2O3-SiO2-P2O5-TiO2, Li2O-Al2O3-SiO2-P2O5-TiO2-GeO2, Li3xLa2/3xTiO3, Li0.38La0.56Ti0.99Al0.01O3 und Li0.34LaTiO2.94.After the solid electrolyte particles 11 have been encased by the protective layer 12, they must still have a certain degree of ionic conductivity and good chemical and thermal stability. Therefore, in terms of material selection, a solid metal oxide, an organic polymer, or a combination thereof can be used. As the manufacturing method, sintering, soaking, coating, etc. can be used, but the present invention is not limited in this respect. In addition to the above-mentioned LATP, the solid electrolyte particles 11 may also be various titanium-containing oxide-based solid electrolytes such as Li 1+x+y (Al,Ga) x (Ti,Ge) 2-x Si y P 3-y crystals O 12 where 0 ≤ x ≤ 1 and 0 ≤ y ≤ 1, Li 2 O-Al 2 O 3 -SiO 2 -P 2 O 5 -TiO 2 , Li 2 O-Al 2 O 3 -SiO 2 -P 2 O 5 -TiO 2 -GeO 2 , Li 3x La 2/3x TiO 3 , Li 0.38 La 0.56 Ti 0.99 Al 0.01 O 3 and Li 0.34 LaTiO 2.94 .

Es wird auf 2 Bezug genommen. Wenn die Oberfläche der Festelektrolyt-Partikel 11 mit der Schutzschicht 12 versehen ist, ist deutlich zu erkennen, dass die Abscheidung von Titan (in der Regel eine ionische Abscheidung) aufgrund der Behinderung durch die Schutzschicht 12 vollständig unterbunden wird und nur innerhalb der Festelektrolyt-Partikel 11 erfolgt. Daher besteht in Bezug auf die Festelektrolyt-Partikel 11 die Hauptfunktion und der Hauptzweck der Schutzschicht 12 in der Verhinderung der Abscheidung von Titan aus der Festelektrolytstruktur 10.It will be on 2 referenced. If the surface of the solid electrolyte particles 11 is provided with the protective layer 12, it can be clearly seen that the deposition of titanium (usually an ionic deposition) is completely prevented due to the hindrance by the protective layer 12 and only within the solid electrolyte particles 11 done. Therefore, with respect to the solid electrolyte particles 11, the main function and purpose of the protective layer 12 is to prevent the precipitation of titanium from the solid electrolyte structure 10.

Insbesondere, wenn die Schutzschicht 12 ein festes Metalloxid ist, beträgt die Dicke vorzugsweise etwa 10 bis 50 nm. Die Schutzschicht kann beispielsweise ein Nioboxid (NbOx) und ein Derivat davon wie Niobtrioxid (Nb2O3) oder ein Lithiumnitrat (LiNOx) und ein Derivat davon sein. Ferner kann die Schutzschicht 12 auch ein Lithium-Lanthan-Zirkonoxid (Li7La3Zr2O12; LLZO) basierter Festelektrolyt sein. Zwar weist LLZO eine relativ stabile chemische Beständigkeit sowie eine ausgezeichnete lonenleitfähigkeit und chemische und thermische Stabilität auf, allerdings sind seine Material- und Herstellungskosten relativ hoch. Dadurch, dass durch die Verwendung von LLZO eine Schutzschicht 12 auf der Oberfläche der titanhaltigen Festelektrolyt-Partikel 11 (wie etwa LATP) gebildet ist, können bei der Verwendung nicht nur die Kosten stark reduziert werden, sondern es kann gleichzeitig die chemische Beständigkeit der Festelektrolytstruktur 10 aufgrund der relativ stabilen Grenzfläche von LLZO verbessert werden, wodurch der Anwendungsbereich deutlich erweitert wird.In particular, when the protective layer 12 is a solid metal oxide, the thickness is preferably about 10 to 50 nm. The protective layer can be, for example, a niobium oxide (NbO x ) and a derivative thereof such as niobium trioxide (Nb 2 O 3 ) or a lithium nitrate (LiNO x ) and be a derivative thereof. Furthermore, the protective layer 12 can also be a solid electrolyte based on lithium lanthanum zirconium oxide (Li 7 La 3 Zr 2 O 12 ; LLZO). Although LLZO has a relatively stable chemical resistance and excellent ion conductivity capability and chemical and thermal stability, but its material and manufacturing costs are relatively high. Because a protective layer 12 is formed on the surface of the titanium-containing solid electrolyte particles 11 (such as LATP) through the use of LLZO, not only can the costs be greatly reduced during use, but at the same time the chemical resistance of the solid electrolyte structure 10 due to the relatively stable interface of LLZO, which significantly expands the range of applications.

Wenn die Schutzschicht 12 ein Polymer ist, beträgt die Dicke vorzugsweise etwa 20 bis 500 nm, wobei die Schutzschicht aus einem ionenleitenden Polymermaterial oder einem polymerbasierten Festelektrolyt besteht. Wenn die Schutzschicht 12 beispielsweise aus einem ionenleitenden Polymermaterial besteht, kann sie aus den folgenden Materialien ausgewählt werden: Polyethylenoxid (PEO), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polyacrylnitril (PAN), Polykaliummethacrylat (PMMA) und Polyvinylidenchlorid (PVC). Ferner kann sie durch Zugabe eines Filmbildners (z. B. eines vernetzten, filmbildenden Materials) und eines Weichmachers modifiziert werden, um ihre Filmbildung weiter zu verbessern. Nach der Zugabe des Filmbildners kann der Weichmacher erhalten bleiben oder entfernt werden (dieser kann nur während des Filmbildungsprozesses zugesetzt und nach der Filmbildung entfernt werden). Der Weichmacher kann aus den folgenden Materialien ausgewählt werden: Propylencarbonat (PC), Ethylencarbonat (EC), Dimethylformamid (DMF) und Dimethylsulfoxid (DMSO).When the protective layer 12 is a polymer, the thickness is preferably about 20 to 500 nm, the protective layer being made of an ion-conductive polymer material or a polymer-based solid electrolyte. For example, when the protective layer 12 is made of an ion-conductive polymer material, it can be selected from the following materials: polyethylene oxide (PEO), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyacrylonitrile (PAN), polypotassium methacrylate (PMMA) and polyvinylidene chloride (PVC). Furthermore, it can be modified by adding a film former (e.g. a crosslinked film-forming material) and a plasticizer to further improve its film formation. After the addition of the film former, the plasticizer can remain or be removed (this can only be added during the film formation process and removed after film formation). The plasticizer can be selected from the following materials: propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), dimethylformamide (DMF) and dimethyl sulfoxide (DMSO).

In einem anderen Ausführungsbeispiel besteht die Schutzschicht 12 aus einem ionenleitenden Polymermaterial, dem ein Filmbildner (z. B. ein vernetztes, filmbildendes Material) und eine lonenflüssigkeit hinzugefügt sind. Wenn ein solcher fester Polymerelektrolyt für die Schutzschicht 12 verwendet wird und die Festelektrolyt-Partikel 11 von der Schutzschicht ummantelt ist, kann zusätzlich zur Verhinderung der Abscheidung von Titan aus der Festelektrolyt-Partikel 11 der Zustand der Kontaktgrenzfläche zwischen den Festelektrolyt-Partikeln 11 oder zwischen einer Festelektrolyt-Partikel 11 und einem Aktivmaterial wegen der weichen Textur des festen Polymerelektrolyten stark verbessert werden, wodurch die Probleme, die durch den hohen Ladungsübergangswiderstand und die kleine Kontaktfläche verursacht werden, effektiv gelöst werden und somit eine optimale Ionenleitung erreicht werden kann, während auch die Kosten und die Sicherheit Berücksichtigung finden.In another embodiment, the protective layer 12 is composed of an ionically conductive polymeric material to which is added a film former (e.g., a crosslinked film-forming material) and an ionic liquid. If such a solid polymer electrolyte is used for the protective layer 12 and the solid electrolyte particle 11 is covered by the protective layer, in addition to preventing the precipitation of titanium from the solid electrolyte particle 11, the state of the contact interface between the solid electrolyte particles 11 or between a Solid electrolyte particles 11 and an active material can be greatly improved because of the soft texture of the solid polymer electrolyte, effectively solving the problems caused by high charge transfer resistance and small contact area, and thus achieving optimal ion conduction while also reducing costs and safety are taken into account.

Im obigen Ausführungsbeispiel, in dem die Schutzschicht 12 aus einem ionenleitenden Polymermaterial besteht, kann ein lonenspendermaterial (ion donor material), wie beispielsweise Salz, hinzugefügt werden, um die lonenleitfähigkeit zu erhöhen und einen polymerbasierten Festelektrolyten zu bilden. Alternativ besteht der Festelektrolyt aus einem ionenleitenden Material, einem Filmbildner und einem lonenspendermaterial.In the above embodiment, in which the protective layer 12 is made of an ion-conductive polymer material, an ion donor material such as salt may be added to increase ion conductivity and form a polymer-based solid electrolyte. Alternatively, the solid electrolyte consists of an ion-conducting material, a film former and an ion donor material.

Zusammenfassend können bei der erfindungsgemäßen Festelektrolytstruktur durch die Anordnung der Schutzschicht die folgenden Effekte erreicht werden: In Bezug auf die Innenseite der Festelektrolyt-Partikel kann durch die Anordnung die Abscheidung von Titan effektiv verhindert und die chemische Beständigkeit verbessert werden; In Bezug auf die Außenseite der Festelektrolyt-Partikel können durch die Anordnung der Schutzschicht die Probleme, die durch den hohen Ladungsübergangswiderstand und die kleine Kontaktfläche verursacht werden, effektiv gelöst werden und kann somit eine optimale Ionenleitung erreicht werden, während auch die Kosten und die Sicherheit Berücksichtigung finden.In summary, the following effects can be achieved in the solid electrolyte structure according to the invention by the arrangement of the protective layer: With regard to the inside of the solid electrolyte particles, the arrangement can effectively prevent the precipitation of titanium and improve the chemical resistance; With regard to the outside of the solid electrolyte particles, the arrangement of the protective layer can effectively solve the problems caused by the high charge transfer resistance and the small contact area, and thus can achieve optimal ion conduction, while also considering the cost and safety Find.

Die vorstehende Beschreibung stellt nur ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dar und soll nicht den Umfang der vorliegenden Erfindung beschränken. Alle gleichwertigen Änderungen und Modifikationen, die gemäß der Beschreibung und den Zeichnungen der Erfindung von einem Fachmann auf diesem Gebiet vorgenommen werden können, fallen in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung.The foregoing description represents only a preferred embodiment of the invention and is not intended to limit the scope of the present invention. All equivalent changes and modifications, which can be made by one skilled in the art in accordance with the description and drawings of the invention, fall within the scope of the present invention.

BezugszeichenlisteReference List

1010
Festelektrolytstruktursolid electrolyte structure
1111
Festelektrolyt-Partikelsolid electrolyte particles
1212
Schutzschichtprotective layer

Claims (14)

Eine Festelektrolytstruktur, umfassend eine Festelektrolyt-Partikel, die ein titanhaltiger Festelektrolyt ist; und eine Schutzschicht, die die Festelektrolyt-Partikel vollständig ummantelt, wodurch bei der Festelektrolyt-Partikel die Reduktionsreaktion von Titan verhindert und die elektrochemische Beständigkeit der Festelektrolyt-Partikel verbessert wird.A solid electrolyte structure comprising a solid electrolyte particle which is a titanium-containing solid electrolyte; and a protective layer completely covering the solid electrolyte particle, thereby preventing the reduction reaction of titanium in the solid electrolyte particle and improving the electrochemical durability of the solid electrolyte particle. Festelektrolytstruktur nach Anspruch 1, bei der die Festelektrolyt-Partikel ein Lithium-Aluminium-Titan-Phosphat (LATP) basierter Festelektrolyt ist.solid electrolyte structure claim 1 , in which the solid electrolyte particle is a lithium aluminum titanium phosphate (LATP) based solid electrolyte. Festelektrolytstruktur nach Anspruch 1, bei der die Dicke der Schutzschicht 50 bis 500 nm beträgt.solid electrolyte structure claim 1 , in which the thickness of the protective layer is 50 to 500 nm. Festelektrolytstruktur nach Anspruch 1, bei der das Material der Schutzschicht ein festes Metalloxid, ein Polymer oder eine Kombination davon ist.solid electrolyte structure claim 1 wherein the protective layer material is a solid metal oxide, a polymer, or a combination thereof. Festelektrolytstruktur nach Anspruch 4, bei der das feste Metalloxid ein Niobtrioxid (Nb2O3) oder ein Derivat davon ist.solid electrolyte structure claim 4 , wherein the solid metal oxide is a niobium trioxide (Nb 2 O 3 ) or a derivative thereof. Festelektrolytstruktur nach Anspruch 4, bei der das feste Metalloxid ein Lithiumnitrat (LiNOx) oder ein Derivat davon ist.solid electrolyte structure claim 4 , in which the solid metal oxide is a lithium nitrate (LiNO x ) or a derivative thereof. Festelektrolytstruktur nach Anspruch 4, bei der das feste Metalloxid ein Lithium-Lanthan-Zirkonoxid (Li7La3Zr2O12; LLZO) basierter Festelektrolyt ist.solid electrolyte structure claim 4 , wherein the solid metal oxide is a lithium lanthanum zirconia (Li 7 La 3 Zr 2 O 12 ; LLZO) based solid electrolyte. Festelektrolytstruktur nach Anspruch 4, bei der das Polymer hauptsächlich aus einem ionenleitenden Material besteht.solid electrolyte structure claim 4 , in which the polymer mainly consists of an ionically conductive material. Festelektrolytstruktur nach Anspruch 8, bei der das ionenleitende Material aus den folgenden Materialien ausgewählt wird: Polyethylenoxid (PEO), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polyacrylnitril (PAN), Polykaliummethacrylat (PMMA) und Polyvinylidenchlorid (PVC).solid electrolyte structure claim 8 , in which the ionically conductive material is selected from the following materials: polyethylene oxide (PEO), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyacrylonitrile (PAN), polypotassium methacrylate (PMMA) and polyvinylidene chloride (PVC). Festelektrolytstruktur nach Anspruch 8, bei der das Material der Schutzschicht einen Filmbildner umfasst.solid electrolyte structure claim 8 , in which the material of the protective layer comprises a film former. Festelektrolytstruktur nach Anspruch 10, bei der das Material der Schutzschicht einen Weichmacher umfasst.solid electrolyte structure claim 10 , in which the material of the protective layer comprises a plasticizer. Festelektrolytstruktur nach Anspruch 10, bei der das Material der Schutzschicht eine lonenflüssigkeit umfasst.solid electrolyte structure claim 10 , in which the material of the protective layer comprises an ionic liquid. Festelektrolytstruktur nach Anspruch 10, 11 und 12, bei der das Material der Schutzschicht ein lonenspendermaterial umfasst.solid electrolyte structure claim 10 , 11 and 12 , wherein the material of the protective layer comprises an ion donor material. Festelektrolytstruktur nach Anspruch 13, bei der das lonenspendermaterial ein Salz ist.solid electrolyte structure Claim 13 , in which the ion donor material is a salt.
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