[发明专利]正磷酸锂玻璃、对应的玻璃-陶瓷以及锂离子传导性NZP玻璃陶瓷

说明书

相关申请交叉参考

本申请根据35U.S.C.§119，要求2013年8月28日提交的美国临时申请系列第61/ 870,995号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。

背景技术

技术领域

本发明一般地涉及锂离子传导性材料，更具体地，涉及用于形成致密、锂离子传导 性膜的玻璃-陶瓷工艺。

技术背景

固体电解质，也称作快速离子导体，可用于储能装置，例如固体氧化物燃料电池和 锂离子电池。固体电解质能够实现离子的移动，而不需要液体或者软膜将电极分隔开。例 如，在锂离子电池中，在放电过程中，经由固体电解质，锂离子从负电极移动到正电极(当充 电时，从正电极回到负电极)。固体电解质可以通过电解质晶格中的空穴来传导锂离子。固 体电解质还可提供阳极和阴极之间的密封阻隔，从而防止阳极和阴极共享公用的电解质溶 液。

对于锂离子电池开发而言，至关重要的是致密、固体、离子传导性电解质膜的可用 性。通过常规陶瓷路径形成此类膜的挑战在于，无法将合适的起始材料烧结得足够致密以 形成密封的同时提供所需的传导性和经济性的膜。

如上所述，会希望开发一种经济的工艺来形成固体、锂离子传导性膜。

发明内容

根据本发明的实施方式，通过如下方式形成具有NZP晶相作为主晶相的锂离子传 导性、锂钛金属磷酸盐玻璃-陶瓷膜：对具有相应组成的熔融玻璃进行淬冷和热处理。

例如，可以通过如下方式来形成玻璃：从熔体辊淬冷玻璃。熔融玻璃以及得到的玻 璃制品的组成可以包含：5-28％的Li₂O、14-37％的TiO₂以及32-48％的P₂O₅，以摩尔百分比 计。组合物还包含如下一种或多种：Al₂O₃、Cr₂O₃、Fe₂O₃、Ga₂O₃、SiO₂、GeO₂、V₂O₅、Nb₂O₀、Na₂O、 ZnO和B₂O₃。

在一些实施方式中，玻璃组成满足(i)-(iii)中的至少一种关系：其中，(i)组合物 包含选自下组的至少两种氧化物：>0-13％的Al₂O₃、>0-13％的Fe₂O₃以及>0-13％的Nb₂O₅； (ii)组合物包含选自下组的至少两种氧化物：>0-10％的Cr₂O₃、>0-5％的SiO₂以及>0-25％ 的GeO₂；以及(iii)组合物包含选自下组的至少三种氧化物：>0-13％的Al₂O₃、>0-13％的 Fe₂O₃、>0-13％的Nb₂O₅、>0-10％的Cr₂O₃、>0-5％的SiO₂以及>0-25％的GeO₂。