TWI578349B - 離子傳導性複合電解質及其製備方法 - Google Patents

離子傳導性複合電解質及其製備方法 Download PDF

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Description

離子傳導性複合電解質及其製備方法 【相關申請案的交叉引用】
本專利申請案依據專利法主張於2012年8月29日提出申請的美國專利申請案序號第13/597,871號的優先權權益，該申請案之全部內容以引用方式併入本文中。
本揭示係關於離子傳導性電解質及整合離子傳導性電解質之組件。
離子傳導性電解質已被提出用於各式各樣的技術應用，包括鋰離子電池、鈉緩衝電池、固體氧化物燃料電池、氧隔板、電解質、感測器、化學反應器等。
本發明人已經在離子傳導性陶瓷電解質中確認出明 顯的未利用潛力，並將此未利用潛力歸因於一般訴諸於多晶陶瓷電解質的趨勢，實際上該多晶陶瓷電解質比單晶陶瓷電解質更常被製造。然而，多晶陶瓷電解質中的晶粒邊界限制了電解質的離子傳導率。此外，多晶陶瓷電解質時常表現出差的機械性能，而且往往難以被製造和併入電化學裝置中。依據本揭示之標的物的離子傳導性複合電解質包含位在固體聚合基質中的路徑工程離子傳導性陶瓷電解質粒子，而且該複合電解質可設以賦予的可撓性和應變耐受性超過傳統的陶瓷電解質可能賦予的。
依據本揭示之各種實施例，茲提供一種離子傳導性複合電解質，該離子傳導性複合電解質包含路徑工程離子傳導性陶瓷電解質粒子及固體聚合基質。該路徑工程粒子係以非等向性晶體微結構為特徵，其中該晶體結構在傳導率較佳的方向H之離子傳導率大於該晶體結構在傳導率降低的方向L之離子傳導率，該方向H與該路徑工程粒子的其中一個晶面相關，而該方向L與該路徑工程粒子的另一個晶面相關。該路徑工程粒子在該聚合基質中的尺寸和位置使得大部分的該路徑工程粒子破壞該基質主體的該兩個相對主面，並且該路徑工程粒子可在該聚合基質中被定向，使得該傳導率較佳的方向H比該傳導率降低的方向L更緊密對準橫跨該基質主體之厚度的最小路徑長度。
依據本揭示之其他實施例，茲提供一種離子傳導性複合電解質，其中該路徑工程粒子係以等向性晶體結構為特徵。
依據本揭示之又進一步的實施例，製備離子傳導性複合電解質的方法涉及藉由使陶瓷前驅物晶體接受熱誘導的微破裂來製備用於包含在該聚合基質中的該路徑工程粒子。該微破裂的前驅物晶體可以被分離成個別的路徑工程離子傳導性陶瓷電解質粒子。
10‧‧‧複合電解質
20‧‧‧路徑工程粒子
20’‧‧‧粒子
22‧‧‧主要夾雜物
22’‧‧‧內部夾雜物
24‧‧‧第二相夾雜物
24’‧‧‧內部夾雜物
26‧‧‧晶粒邊界
26’‧‧‧晶粒邊界
28‧‧‧孔
28’‧‧‧孔
30‧‧‧聚合基質
32‧‧‧主面
34‧‧‧主面
40‧‧‧纖維加強成分
50‧‧‧電化學裝置
60‧‧‧陰極
70‧‧‧陽極
C‧‧‧複合電解質
H‧‧‧傳導率較佳的方向
L‧‧‧傳導率降低的方向
P‧‧‧燒結多晶電解質
x ‧‧‧最小路徑長度
結合以下圖式閱讀時，可以最佳地瞭解以下本揭示的具體實施例之實施方式，其中以相同的元件符號指示相同的結構以及其中：第1A圖為依據本揭示的一個類型的離子傳導性複合電解質之部分示意圖；第1B圖和第1C圖呈現依據本揭示路徑工程粒子可以被定位在離子傳導性複合電解質中的許多方式中的一些方式之示意圖；第2圖為依據本揭示用於離子傳導性複合電解質的路徑工程粒子之詳細示意圖；第3圖圖示包含受阻的線性離子傳導性路徑的粒子；第4圖圖示包含被複合電解質分隔的陰極和陽極的電化學裝置；以及第5圖為面積比電阻對比膜厚之圖。
首先參照第1A圖，示意圖示出的部分離子傳導性複合電解質10包含路徑工程離子傳導性陶瓷電解質粒子20、固體聚合基質30以及選擇性的、分佈於整個聚合基質30的纖維加強成分40。路徑工程粒子20的個別形狀可能會在粒子與粒子之間明顯不同，而且在第1A圖中並未以特別的精度圖示出。相反地，只將第1A圖的路徑工程粒子20呈現為圖示該等粒子存在於聚合基質30中並圖示該等粒子之大小和形狀通常會在聚合基質30各處有所不同。同樣地，為了說明的目的，已經故意簡化第1B圖和第1C圖中圖示的路徑工程粒子之大小和形狀(以下有進一步的詳細描述)。
如第1A圖所圖示，聚合基質界定一對相對主面32、34，主面32、34之間界定基質主體。路徑工程粒子20在聚合基質30中的尺寸和位置使得大部分的路徑工程粒子20破壞(即齊平或延伸超出)基質主體的這兩個相對主面32、34。構思的是，路徑工程粒子可以有利地以非等向性晶體結構為特徵，但也可以考慮等向性晶體結構。
例如參照第1B圖和第1C圖圖示的六角形晶體結構，構思的是，可以選擇路徑工程粒子20，使得該等粒子以非等向性晶體結構為特徵。在這種情況下，可以選擇該等粒子，使得該晶體結構在傳導率較佳的方向H的離子傳導率大於該晶體結構在傳導率降低的方向L的離子傳導率，方向H與路徑工程粒子20的其中一個晶面相關，而方向L與路徑工程粒子20的另一個晶面相關。以這種方式，基本上所有或至少大部分的路徑工程粒子20可在聚合基質30中被定向，使 得傳導率較佳的方向H更緊密對準橫跨基質主體厚度的最小路徑長度 x ，即傳導率較佳的方向H比傳導率降低的方向L更緊密對準最小路徑長度 x 。在第1B圖和第1C圖中示意圖示出該對準，並且該對準會導致複合電解質具有增強的離子傳導率，通常是在約10-4S/cm或更大的等級。舉例來說，但並不是用以限制，在鋰-鋁磷酸鈦(LATP)路徑工程粒子20的上下文中，在傳導率較佳的方向H的晶體結構之離子傳導率約比在傳導率降低的方向L的晶體結構之離子傳導率大一個數量級。
為了促成上述的方位，構思的是可以設計路徑工程粒子20的大小，使得路徑工程粒子20在傳導性較佳的方向H的大小尺寸比路徑工程粒子20在傳導性降低的方向L的大小尺寸更小。可以使用路徑工程粒子20在各個大小尺寸的差異來促成路徑工程粒子在上述方位的自行對準，因為在許多本文所述構思的製造製程中，粒子將會自然傾向於靜置在受粒子在不同方向的相對大小尺寸強烈影響的方位。
對於以等向性結晶結構為特徵的路徑工程粒子，上述的選擇方位通常不會是必要的。適當的等向性晶體結構之實例包括但不限於具有立方石榴石結構的鋰離子導體，例如鋁穩定的Li7La3Zr2O12，或使用鈣鈦礦結構，例如Li3xLa0.67-xTiO3，而且通常會導致複合電解質具有增強的離子傳導性，通常在約1x10-4S/cm或更大的等級。
本揭示之特定實施例係關於以六角形晶體結構為特徵的路徑工程粒子20之有利用途。更具體地，參照第1B圖， 在路徑工程粒子20包含六角形晶體結構的上下文中，本發明人已經認可的是，可以藉由確保大多數或基本上所有的路徑工程粒子20在聚合基質30中的方位使得橫跨基質主體厚度的最小路徑長度 x 比較緊密對準相對高傳導性的晶體方向H而非相對低傳導性的晶體方向L來提高複合電解質10之離子傳導性。
關於依據本揭示構思的路徑工程粒子20之組成，在特定的實施例中，路徑工程粒子20將包含離子傳導性陶瓷，例如鋰離子傳導性陶瓷，像是LATP或彼等之衍生物。這種材料可能具有內部的夾雜物，該夾雜物典型上包含磷酸鋁、二氧化鈦、氧化鋁或上述之組合。另外構思的實施例將包括的路徑工程粒子包含選自鋰金屬磷酸鹽、鈉氧化鋯磷酸鹽、鈉β鋁酸鹽、氟石及具有石榴石型晶體結構的陶瓷氧化物之離子傳導性陶瓷。該組成或材料的選擇係部分基於藉由便利的技術(像是柴可斯基(Czochralski)製程)生長晶體的能力。這種材料的實例為鈮酸鋰(LiNbO3)、釩酸釔(YVO4)、三氧化二鋁(Al2O3)以及摻雜三氧化二鈰(Ce2O3)的Y3Al5O12(YAG：Ce)。值得注意的是，可以藉由摻雜以達到所需的性能來控制構思的複合電解質之組成分佈。
如第2圖所圖示，構思的是，大多數面破壞路徑工程粒子20可以包含的內部夾雜物係處於主要夾雜物22和第二相夾雜物24、晶粒邊界26、孔28或上述之組合的形式。在此背景下，路徑工程粒子20可被定向在聚合基質30中，以包含破壞的截面，此舉之實例係示意性圖示於第1圖和第2 圖。該破壞的截面界定出不受粒子20的內部夾雜物22、24、晶粒邊界26及孔28阻礙之橫跨主體的線性離子傳導性路徑(+)。為了澄清，與此相反的，圖示於第3圖的粒子20'之線性離子傳導性路徑(+)係受到內部夾雜物22'、24'、晶粒邊界26'及孔28'阻礙，如此一來並非橫跨主體的線性離子傳導性路徑。藉由合併上述的橫跨主體的線性離子導傳性路徑，依據本揭示的複合電解質消除了或大幅降低晶粒邊界對離子遷移的影響。
如第2圖之實例所圖示，構思的是，依據本揭示之面破壞路徑工程粒子20可以包含以體積計的單晶主要部分且無晶粒邊界，雖然剩餘體積的粒子本身包含少數的晶粒邊界26、內部夾雜物22、24及孔28。典型地，該剩餘體積包含不同晶體方位的主相夾雜物、第二相夾雜物、孔或上述之組合，並佔據約0.1%和約20%(以體積計)之間的面破壞路徑工程粒子20。
還可以構思的是，可以藉由確保路徑工程粒子20的晶粒邊界26在大致平行於基質主體之主面的方向上橫跨少於面破壞路徑工程粒子之大部分破壞截面來更容易地實現上述不受阻礙的線性離子傳導路徑(+)。滿足此條件的晶粒邊界之實例係圖示於第2圖中，而圖示於第3圖右手側的粒子20'包括不滿足該條件的晶粒邊界26'。
如第2圖進一步說明的，較佳的是至少大部分的路徑工程粒子20在聚合基質30中的方位使得粒子20的各個破壞截面界定出不受面破壞路徑工程粒子20之第二相夾雜物 24、晶粒邊界26及封閉孔28阻礙之橫跨主體的線性離子傳導性路徑。
關於複合電解質10的體積組成，構思的是特定的實施例將包含以體積計(i)約10%和約95%之間的面破壞路徑工程粒子20(ii)約5%和約90%之間的聚合基質30，以及(iii)約0.1%和約20%之間的阻礙路徑離子傳導性陶瓷電解質粒子20'。為了界定和描述本揭示之態樣的目的，應該指出的是，阻礙路徑的離子傳導性粒子20'為不包含上述不受阻礙之橫跨主體的線性離子傳導性路徑的粒子，可以是因為離子傳導性粒子20'主要由夾雜物24'、晶粒邊界26'及/或孔28'所主導、主要是多晶或是離子傳導性粒子20'不會破壞基質主體的兩個相對主面。更佳地，可以構思的是，在一些實施例中，複合電解質10以體積計包含至少約20%的面破壞路徑工程粒子20。
關於複合電解質10的尺寸特性，可以構思的是，在特定實施例中，路徑工程粒子將界定介於約10μm和約1mm之間的平均粒徑(d50)，並且尺寸分散度((d90-d10)/d50)小於約1.0。還可以構思的是，複合電解質10往往會有利地界定出介於約10μm和約50μm之間的厚度。可以構思的是，依據本揭示的複合電解質之厚度對於任何給定的應用而言為該複合電解質之傳導性、機械強度及製備方法的函數。該厚度之範圍可以從幾微米到約1mm。在給定的複合電解質膜內，較佳為路徑工程粒子20之大小具有狹窄的分散度。過大的晶粒將突出到遠高於該聚合物之表面，並且可能會干擾片成型 製程、組裝及類似者。比聚合物的厚度更小的粒子無法橫跨膜及提供傳導的路徑。用於本揭示之複合電解質的結晶結構不需要是形狀規則的，也不需要組成均勻或無夾雜物。可以藉由諸如長時間燒結以允許晶粒生長的技術或藉由從熔化物緩慢冷卻來有效地製備複合電解質所需的晶體類型。然後可以研磨任一製程的產品，並選擇性地藉由篩分、空氣分級等來區分大小。
依據本揭示製備離子傳導性複合電解質10的方法涉及藉由使陶瓷前驅物晶體接受熱誘導的微破裂來製備用於包含在聚合基質30的路徑工程粒子20。微破裂的前驅物晶體隨後可以被分離成個別的路徑工程離子傳導性陶瓷電解質粒子20。包括路徑工程粒子20和聚合基質30的複合電解質10可以藉由各種適當的技術組裝，該技術包括但不限於注射成型、壓縮成型、輥成型、膜澆鑄、結合後成型技術單獨旋塗在上，該後成型技術像是電漿刻蝕、機械磨損、雷射剝蝕，以曝露出粒子並致能離子傳導。在一些實施例中，構思的複合電解質膜可以藉由聚合物處理技術形成而不需燒結。
藉由舉例而非限制的方式，相對大的鋰離子傳導性晶體LATP(Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3)係藉由延長燒結來製備。下表中列出的兩批反應物係以每個約2kg的總量進行乾混、轉移到鉑坩堝中、在190℃下反應12小時、在800℃反應12小時以部分形成LATP結晶結構，然後振動研磨。
將磨碎的粉末藉由單軸壓製成型為直徑約25mm的丸。在表2中列出的溫度和時間燒結該等丸以誘導晶粒生長。
產生的晶粒大體上為等軸的，並具有目測從300到1000μm以上的大小。
將該等丸中的晶粒進一步處理成由粒子製成的粉末，該等粒子本身主要為單晶。雖然可以想像以研磨、噴射碾磨或其他的高能量技術來分離粒子並減少彼等之大小，但這對於LATP是不必要的。LATP的晶體結構不是立方體，而且由於LATP的大的熱膨脹非等向性，LATP會進行微破裂。估計微破裂的臨界粒徑為約0.5μm。此臨界粒徑幾乎比延長燒結所得到的小兩個數量級。該等丸進行了廣泛的微破裂並且只以最溫和的力量即碎成個別的晶體。
構思的是，可以經由成核和從熔化物生長來實現相對較大的晶體。在一個實例中，使用下表中列出的反應物開始生長LATP晶體：
將所得的原料進行乾混、轉移到鉑坩堝中、以100℃/小時加熱至1600℃、然後以10℃/小時的速率冷卻至100℃。坩堝中的產品形態顯示，藉由這種技術得到了大小遠大於1mm的晶體。不一定會被預測到的是，偏離化學計量的組成會結晶而給出近乎單相的產品。出於此原因，構思的是可以將該方法應用於LATP或其他被設置用於複合電解質的離子傳導性材料。
在一個實施例中，應用旋塗和化學蝕刻來產生複合電解質膜，其中藉由以4g的5：1 PDMS溶液開始、研磨和過篩1g的625 EQU而得到尺寸範圍從250-355μm的粒子、在500rpm下旋塗10秒以及最後在NMB/TBAF的批次處理中蝕刻兩個表面15分鐘以去除殘餘的矽樹脂。在初完成膜中的矽樹脂厚度(即LATP粒子之間)為約140μm，這明顯比鋰離子傳導性結晶粒子更薄。對於有效面積為72.4mm2的試樣，取得膜的直流電阻為約175Ω。考慮到電解質膜的幾何因素， 這相當於2.7×10-4S/cm的鋰離子傳導率，比相同組成的多晶樣品所報導的最高值大四倍。
對於許多成型技術，傳導性粒子表面上的殘餘聚合物外塗層將是該處理之固有結果。此殘餘物可能會阻擋電解質攜帶的可動離子之移動並降低傳導性。可以藉由各種技術去除該殘餘物，該等技術包括但不限於化學蝕刻、拋光、機械磨損、折射性離子蝕刻、臭氧電漿處理及雷射剝蝕。
參照第4圖，值得注意的是，依據本揭示的複合電解質10提供了幾個可以被調整和訂製以改善併入電解質10的電化學裝置50之性能的參數。構思的參數包括但不限於平均粒徑、大小分散度、粒子之單晶成分的傳導性、粒子之方位、聚合物膜之厚度以及超出粒子所在聚合基質之主面的粒子曝露程度。可以選擇這些和其他參數，以改良電化學性能屬性，例如便利操作、運行耐久性或裝置壽命的功率密度或響應速度及/或機械性能屬性。
從電化學的角度來看，複合電解質所產生的主要優點是比傳導相同離子物種的最佳化多晶膜可以實現的更高的離子傳導率和相當的或更低的面積比電阻(ASR)。例如，整體而言，摻雜的多晶鋰磷酸鈦和磷酸鍺鋰陶瓷晶體內的離子傳導率比多晶態中實現的大50到100倍。平均來說，這些摻雜的鈦和鍺磷酸鹽之單晶傳導率接近或超過10-3S/cm。
參照第5圖中，值得注意的是，ASR為用於判斷電化學裝置或其組件(即電解質膜)之發電能力的關鍵品質因數。假使電解質之傳導率低並且膜厚是大的，則電解質之ASR 為裝置之總ASR的主要貢獻者。在第5圖中，將基於組成為Li1.3Al0.3Ti1.7(PO3)3單晶的複合電解質C與組成相同的燒結多晶電解質P之ASR以膜厚 x 為函數相比較。該圖圖示兩種固體單晶負載(25%和50%)的複合電解質。該圖還假設該等單晶與聚合物表面齊平，換句話說該等單晶沒有從電解質的表面凸起。該圖還假設該等單晶的表面為完全曝露的，亦即沒有聚合物外塗層，而且該等晶體具有均勻的橫截面並且方位垂直於膜的平面。在這些條件下，即使膜中只裝載25體積%的單晶，但複合電解質提供的ASR是厚度相同的多晶電解質的四分之一。當裝載的單晶體積增加到50%時，複合電解質的優點更為顯著。
利用膜的低ASR來改善電化學性能是沒有必要的。可以交換其他的屬性。例如，從電化學觀點來看，薄的多晶電解質之ASR對於應用於裝置是可接受的。然而，其薄的性質可能會使製造困難或破壞裝置的耐用性。由於複合電解質的固有傳導率較高，故可以使用相當的ASR但遠較大的厚度來製作複合電解質，以克服這些問題。另一種可能性是向膜賦予最大程度的可撓性。這可以藉由最少化複合物內單晶離子導體的量來達成。第5圖提出的ASR計算提供了這些可能性的基礎。
可以構思的是，本文所述的複合電解質相對於現有技藝會是眾多優點的來源。例如，構思的複合電解質容易表現出比從可相比較的多晶陶瓷電解質可得的更高的離子傳導率。此外，構思的複合電解質結構在處理和裝置組裝步驟的 過程中可能較容易處理，並且較不可能遭受突發的或不可預測的機械故障。構思的複合電解質結構之離子傳導率可以藉由增厚電解質來換取提高的機械完整性，同時仍保持足夠高的電化學性能。
雖然本文中主要參照複合電解質結構來描述本揭示之概念，但可以構思的是，該概念將享有對於任何採用電解質結構的裝置之適用性。藉由舉例而非限制的方式，可以構思的是本揭示之概念將享有對於各種電化學裝置的適用性，該等電化學裝置包括但不限於鋰離子電池、鈉硫電池、固體氧化物燃料電池、氧隔板、電解裝置、感測器、化學反應器等。藉由說明而非限制的方式，第4圖圖示出電化學裝置50，電化學裝置50包含被複合電解質10分隔的陰極60和陽極70。
值得注意的是，當用語像是「較佳地」、「通常地」及「典型地」用於本文中時，並非用以限制所主張的發明之範圍或暗示某些特徵對於所主張的發明之結構或功能是關鍵的、必要的或甚至是重要的。應該說，這些用語僅意圖確定本揭示之實施例的特定態樣，或是為了強調可用於或可不用於本揭示之特定實施例的替代或附加特徵。
為了描述和界定本發明的目的，值得注意的是，用語「大致上」和「約」在本文中是用於表示固有程度的不確定性，該固有程度的不確定性可能歸因於任何定量的比較、數值、量測或其他的表示。本文中亦使用用語「大致上」和「約」來表示表達的量與所述參考物之間可能的差異程度不 會造成所討論標的物之基本功能產生變化。
已經詳細地藉由參照具體實施例來描述本揭示之標的物，但注意到不應將本文中揭示的各種細節視為暗示這些細節係有關某些屬於本文所述的各種實施例之基本組件的元件，甚至是在特定的元件圖示於每個伴隨本描述的圖式之情況下。應該說，應將本文隨附的申請專利範圍視為本揭示的廣度及本文所述各種發明的相應範疇之唯一表示。進一步地，在不偏離本發明於所附申請專利範圍中界定的範疇之下，可以有各種修改和變化將是顯而易見的。更具體地，雖然本文中認可本揭示的一些態樣為較佳的或特別有利的，但構思的是本揭示並非必須限定於這些態樣。
注意到，以下申請專利範圍中之一或多者使用用語「其中」作為連接性詞語。為了界定本發明的目的，注意到，該用語係被引入申請專利範圍中作為開放式的連接性詞語，該連接性詞語係用以引入一系列結構特性的陳述，並且應該以如同解釋較一般性使用的開放性前言用語「包含」的方式來解釋該連接性詞語。
10‧‧‧複合電解質
20‧‧‧路徑工程粒子
30‧‧‧聚合基質
32‧‧‧主面
34‧‧‧主面
40‧‧‧纖維加強成分

Claims (24)

  1. 一種離子傳導性複合電解質，包含多個離子傳導性陶瓷電解質粒子及一固體聚合基質，其中：該固體聚合基質包含一第一主面、與該第一主面相對的一第二主面、界定在該第一主面與該第二主面之間的一基質主體、及橫跨該基質主體的一厚度的一最小路徑長度 x ；該些離子傳導性陶瓷電解質粒子係以一非等向性晶體結構為特徵，該非等向性晶體結構包含複數個晶面；大部分的該離子傳導性陶瓷電解質粒子的每一個離子傳導性陶瓷電解質粒子包含一第一晶面與一第二晶面；該第一晶面在一方向H上延伸且在該方向H上包含一第一離子傳導率；該第二晶面在不同於該方向H的一方向L上延伸且在該方向L上包含一第二離子傳導率；在該方向H上的該第一離子傳導率大於在該方向L上的該第二離子傳導率；大部分的該離子傳導性陶瓷電解質粒子的每一個離子傳導性陶瓷電解質粒子定向在該固體聚合基質中，使得該方向H相較於該方向L更緊密對準該最小路徑長度 x ；以及大部分的該離子傳導性陶瓷電解質粒子的每一個離子傳導性陶瓷電解質粒子在該固體聚合基質中的尺寸和位置得以破壞該固體聚合基質的該第一主面與該第二主面兩者。
  2. 如請求項1所述之離子傳導性複合電解質，其中該晶體結構在該方向H之離子傳導率約比該晶體結構在該方向L之離子傳導率大一個數量級。
  3. 如請求項1所述之離子傳導性複合電解質，其中：設計大部分的該離子傳導性陶瓷電解質粒子之大小，使得該離子傳導性陶瓷電解質粒子在該方向H之大小尺寸比該離子傳導性陶瓷電解質粒子在該方向L之大小尺寸更小；以及該離子傳導性陶瓷電解質粒子在各個大小尺寸的差異促成該些離子傳導性陶瓷電解質粒子在該固體聚合基質中的自行對準，其中該方向H比該方向L更緊密對準橫跨該基質主體之一厚度的該最小路徑長度 x 。
  4. 如請求項1所述之離子傳導性複合電解質，其中：該些離子傳導性陶瓷電解質粒子係以一六角形晶體結構為特徵；該六角形晶體結構在位於該晶面中的該方向H之離子傳導率係大於該六角形晶體結構在垂直於該晶面的該方向L之離子傳導率；以及大部分的該離子傳導性陶瓷電解質粒子在該固體聚合基質中的方位使得橫跨該基質主體之一厚度的該最小路徑長度 x 比較緊密對準該方向H而非該方向L。
  5. 如請求項1所述之離子傳導性複合電解質，其中：該些離子傳導性陶瓷電解質粒子係以一六角形晶體結構為特徵；該六角形晶體結構在位於該晶面中的該方向H之離子傳導率係大於該六角形晶體結構在垂直於該晶面的該方向L之離子傳導率；以及大約所有的該離子傳導性陶瓷電解質粒子在該固體聚合基質中的方位使得橫跨該基質主體之一厚度的該最小路徑長度 x 比較緊密對準該方向H而非該方向L。
  6. 如請求項1所述之離子傳導性複合電解質，其中大部分的面破壞離子傳導性陶瓷電解質粒子包含多個內部夾雜物和多個晶粒邊界，並且該大部分的面破壞離子傳導性陶瓷電解質粒子在該固體聚合基質中的方位可包含一破壞截面，該破壞截面界定出一橫跨主體的線性離子傳導性路徑，該橫跨主體的線性離子傳導性路徑不受該面破壞離子傳導性陶瓷電解質粒子之一或更多第二相夾雜物及該些晶粒邊界阻礙。
  7. 如請求項1所述之離子傳導性複合電解質，其中：個別的該面破壞離子傳導性陶瓷電解質粒子在每個離子傳導性陶瓷電解質粒子中包含一以體積計的單晶主要部分；該單晶主要部分沒有晶粒邊界；以及個別的該面破壞離子傳導性陶瓷電解質粒子之一剩餘體積包含不同晶體方位的多個主相夾雜物、多個第二相夾雜 物、多個孔或上述之組合。
  8. 如請求項1所述之離子傳導性複合電解質，其中大部分的該面破壞離子傳導性陶瓷電解質粒子包含多個晶粒邊界，該些晶粒邊界在大約平行於該基質主體之主面的一方向上橫跨少於該面破壞離子傳導性陶瓷電解質粒子之大部分破壞截面。
  9. 如請求項1所述之離子傳導性複合電解質，其中大部分該面破壞離子傳導性陶瓷電解質粒子包含多個內部夾雜物、多個晶粒邊界及多個封閉孔，並且大部分該面破壞離子傳導性陶瓷電解質粒子在該固體聚合基質中的方位可包含一破壞截面，該破壞截面界定出一橫跨主體的線性離子傳導性路徑，該橫跨主體的線性離子傳導性路徑不受及該面破壞離子傳導性陶瓷電解質粒子之一或更多第二相夾雜物、該些晶粒邊界及該些封閉孔阻礙。
  10. 如請求項1所述之離子傳導性複合電解質，其中該些離子傳導性陶瓷電解質粒子包含一離子傳導性陶瓷。
  11. 如請求項1所述之離子傳導性複合電解質，其中該些離子傳導性陶瓷電解質粒子包含一鋰離子傳導性陶瓷。
  12. 如請求項11所述之離子傳導性複合電解質，其中該鋰離 子傳導性陶瓷包含鋰-鋁磷酸鈦(LATP)或鋰-鋁磷酸鈦之一衍生物。
  13. 如請求項12所述之離子傳導性複合電解質，其中一或更多內部夾雜物包含磷酸鋁夾雜物、二氧化夾雜物鈦、氧化鋁夾雜物或上述之組合。
  14. 如請求項1所述之離子傳導性複合電解質，其中該些離子傳導性陶瓷電解質粒子包含一離子傳導性陶瓷，該離子傳導性陶瓷選自鋰金屬磷酸鹽、鈉氧化鋯磷酸鹽、鈉β鋁酸鹽、氟石及具有石榴石型晶體結構的陶瓷氧化物。
  15. 如請求項1所述之離子傳導性複合電解質，其中該些離子傳導性陶瓷電解質粒子係經燒結的。
  16. 如請求項1所述之離子傳導性複合電解質，其中該些離子傳導性陶瓷電解質粒子界定介於約10μm和約1mm之間的一平均粒徑(d50)，並且一尺寸分散度((d90-d10)/d50)小於約1.0。
  17. 如請求項1所述之離子傳導性複合電解質，其中該離子傳導性複合電解質係以一離子傳導率為特徵，該離子傳導率係在約10-4S/cm或更大的等級。
  18. 如請求項17所述之離子傳導性複合電解質，其中該複合電解質包含至少約20%體積的大部分的該離子傳導性陶瓷電解質粒子。
  19. 如請求項1所述之離子傳導性複合電解質，其中該複合電解質界定一厚度，該厚度介於約10μm和約50μm之間。
  20. 如請求項1所述之離子傳導性複合電解質，其中該複合電解質進一步包含一分佈於整個該固體聚合基質的纖維加強成分。
  21. 如請求項1所述之離子傳導性複合電解質，其中該複合電解質係被包含在一鋰離子電池、一鈉硫電池、一固體氧化物燃料電池、一氧隔板、一感測器、一脫氫化學反應器或一包含被該複合電解質分隔的一陰極和一陽極的裝置內。
  22. 一種離子傳導性複合電解質，包含多個離子傳導性陶瓷電解質粒子及一固體聚合基質，其中：該固體聚合基質包含一第一主面、與該第一主面相對的一第二主面、界定在該第一主面與該第二主面之間的一基質主體；該些離子傳導性陶瓷電解質粒子係以一等向性晶體結構為特徵，該等向性晶體結構包含複數個晶面；以及大部分的該離子傳導性陶瓷電解質粒子的每一個離子傳 導性陶瓷電解質粒子在該固體聚合基質中的尺寸和位置得以破壞該固體聚合基質的該第一主面與該第二主面兩者。
  23. 一種製備一離子傳導性複合電解質的方法，該離子傳導性複合電解質包含多個離子傳導性陶瓷電解質粒子及一固體聚合基質，該方法包含：藉由使多個陶瓷前驅物晶體接受熱誘導的微破裂來製備用於包含在該固體聚合基質中的該些離子傳導性陶瓷電解質粒子；以及將該些微破裂的前驅物晶體分離成個別的離子傳導性陶瓷電解質粒子，其中：該固體聚合基質包含一第一主面、與該第一主面相對的一第二主面、界定在該第一主面與該第二主面之間的一基質主體；大部分的該離子傳導性陶瓷電解質粒子的每一個離子傳導性陶瓷電解質粒子在該固體聚合基質中的尺寸和位置得以破壞該固體聚合基質的該第一主面與該第二主面兩者；該些離子傳導性陶瓷電解質粒子係以一非等向性晶體結構為特徵；以及大部分的該面破壞離子傳導性陶瓷電解質粒子包含多個內部夾雜物和多個晶粒邊界，並且該大部分的面破壞離子傳導性陶瓷電解質粒子在該固體聚合基質中的方位可包含一破壞截面，該破壞截面界定出一橫跨主體的線性離子傳導性路徑，該橫跨主體的線性離子傳導性路徑不受該面破壞離子傳 導性陶瓷電解質粒子之一或更多第二相夾雜物及該些晶粒邊界阻礙。
  24. 一種離子傳導性複合電解質，包含多個離子傳導性陶瓷電解質粒子及一固體聚合基質，其中：該固體聚合基質包含一第一主面、與該第一主面相對的一第二主面、界定在該第一主面與該第二主面之間的一基質主體；大部分的該離子傳導性陶瓷電解質粒子的每一個離子傳導性陶瓷電解質粒子在該固體聚合基質中的尺寸和位置得以破壞該固體聚合基質的該第一主面與該第二主面兩者；以及該離子傳導性複合電解質係以一離子傳導率為特徵，該離子傳導率係在約10-4S/cm或更大的等級。
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