[发明专利]用于再充式电池组的硅基固体电解质

说明书

本申请公开了一种电化学电池(电池组)，其包括储氢负电极(阳极)，正电极(阴极)和与电极接触的固体质子传导电解质。固体质子传导电解质包含硅材料，硅材料包含至少35at％的硅。

发明领域

本发明目的在于再充式电池组中的固体电解质。

背景技术

以下美国专利申请、美国公开申请和美国专利在此通过引用并入：2015年5月4日提交的62/156,464；2015年2月5日提交的14/614,838；2015年2月5日提交的14/614,753；2015年2月11日提交的14/619,388；2015年2月11日提交的14/619,455；2015年2月11日提交的14/619,703；2014年11月13日提交的4,111,689；4160014；4551400；4,623,597；4728586；5096667；5,536,591；5554456；5840440；6270719；6830725；6536487；7829220；8053114；8,124,281；8257862；8409753；2013/0277607；5,506,069，5,616,432；6193929；2013/0277607；5366831；5451475；5455125；5466543；5498403；5489314；5506070；5571636；6177213；6228535；6617072；7396379；和14/540,537。

公开了一种电化学电池(电池组)，其包括储氢负电极(阳极)，正电极(阴极)和与电极接触的固体质子传导电解质。本发明电化学电池可以例如称为“固态质子电池组”。在放电时，电子通过外部电路离开阳极，质子通过固体电解质组合物离开阳极。

本发明电化学电池是再充式的。

发明内容

本发明包括：

一种再充式电化学电池，包括1)阳极；2)阴极；3)包含硅材料的固体电解质，包含至少35at％的硅材料，例如至少40at％的硅材料或至少45at％的硅材料，所述固体电解质设置在阴极和阳极之间。

再充式电池的固体电解质通常不进一步包含液体或凝胶。本发明固体电解质的关键优点之一是它在没有液体或凝胶存在或渗透的情况下很好地起到质子导体的作用。

硅材料可以是例如本征硅(未掺杂的硅)，晶体硅，非晶硅，多晶硅，微晶硅，纳米晶硅，单晶硅，原晶硅，碳化硅，氮化硅或氧化硅或多孔硅的形式。

例如，固体电解质组合物可包含硅材料，其为本征硅。

本发明还包括电池组，例如包括如上所述电化学电池的固态电池组，其中电池组还包括与阳极和阴极相邻的导电底部和顶部电池组端子层。

本发明还包括形成如上所述电化学电池的方法，其中形成电池包括在阴极和阳极之间引入固体电解质的步骤，其中固体电解质包含至少35at％的硅材料，例如至少40at％的硅材料或至少45at％的硅材料。

此外，本发明体现了固体电解质作为设置在电化学电池的阴极和阳极之间的质子导体的用途，其中固体电解质包含至少35at％的硅材料，例如至少40at％的硅材料或至少45at％的硅材料。

本发明固体电解质用作传导质子的固体电解质。因为电解质是固体而不是液体，所以消除了存在将常规液体电解质与电极分开的固体分隔体的需要。除了不需要固体分隔体的优点之外，本发明固体电解质比常规液体或凝胶电解质对于更高的操作温度更稳定，由于其物理状态而具有更高的堆积密度，易于包装，不与例如电极活性材料寄生化学反应并且在电池组操作温度下没有化学降解。

附图的简要说明

图1-提出的电池组电池结构I、II和III。

发明详述

定义

本征硅