[发明专利]带有上面具有离子和电子混合导电层的活性物质颗粒的电极

说明书

本公开提供了“带有上面具有离子和电子混合导电层的活性物质颗粒的电极”。一种固态电池包括：阳极；阴极；以及固体电解质，所述固体电解质位于所述阳极与所述阴极之间。所述阳极或所述阴极包括结合的活性物质颗粒且不包括固体电解质颗粒，所述结合的活性物质颗粒在其上具有离子和电子混合导电共形界面层，所述离子和电子混合导电共形界面层在所述固态电池运行期间提供用于离子和电子的传输路径。

技术领域

本公开涉及用于固态电池的结构和制造技术，所述固态电池诸如锂基、镁基、钾基、钠基以及锌基固态电池。

背景技术

内燃发动机已成为现代社会中最常见的运输推进系统。由于发动机中的燃烧过程导致温室气体的排放，因此人们越来越关注因集中在大都市地区的越来越多的车辆所致的空气污染和全球变暖。在这方面，汽车制造商致力于通过在车辆中实施储能系统来实现车辆电气化，所述储能系统可根据电动车辆(electric vehicle，EV)的类型显著地减少或甚至消除排放。

在各种储能系统中，可再充电锂离子电池(lithium-ion battery，LIB)由于其高能量密度以及合理的循环寿命和成本而被用于EV应用。除运输业外，LIB在其他工业领域(诸如小型电子器件和电网储能)中已被广泛使用或被认真考虑作为储能装置，这导致LIB的商业化生产快速增长并在过去十年中降低了成本。

尽管LIB有这些前景可观的方面，但仍然存在主要源自LIB技术的基本局限性的若干挑战。首先，需要增大LIB的能量密度以满足EV的实际需求，尽管它仍然提供优于其他储能技术的大能量密度。当前的商用电池电动车辆(BEV或纯电动车辆)每次充电可提供100英里至200英里范围内的行进距离，这比通过单个气罐提供近似超过400英里的传统车辆(来自仅内燃发动机的推进)的行进距离短。其次，LIB中的液体电解质由于其有机溶剂而在滥用条件下会经历热问题。

发明内容

一种固态电池包括：阳极；阴极；以及固体电解质，所述固体电解质位于所述阳极与所述阴极之间。所述阳极或所述阴极包括与活性物质颗粒结合的固体电解质颗粒，所述活性物质颗粒在其上包括离子和电子混合导电共形界面层，所述离子和电子混合导电共形界面层是由所述固体电解质颗粒或所述活性物质颗粒内的掺杂剂朝向所述活性物质颗粒的表面的扩散以及所述掺杂剂与所述固体电解质颗粒的反应而产生的。所述固体电解质颗粒可与所述活性物质颗粒一起烧结。所述离子和电子混合导电共形界面层可被配置为在所述固态电池运行期间提供用于离子和电子的传输路径。所述固体电解质颗粒可以是氧化物、聚合物或硫化物。所述活性物质颗粒可以是嵌入活性物质颗粒或转换活性物质颗粒。

一种固态电池包括：阳极；阴极；以及固体电解质，所述固体电解质位于所述阳极与所述阴极之间。所述阳极或所述阴极包括结合的活性物质颗粒且不包括固体电解质颗粒，所述结合的活性物质颗粒在其上具有离子和电子混合导电共形界面层，所述离子和电子混合导电共形界面层被配置为在所述固态电池运行期间提供用于离子和电子的传输路径。所述结合的活性物质颗粒可被烧结。所述活性物质颗粒可以是嵌入活性物质颗粒或转换活性物质颗粒。所述离子和电子混合导电共形界面层是由金属氧化物、金属磷酸盐、金属硅酸盐或金属硫化物的层在结合期间与所述活性物质颗粒反应而产生的。所述层可被锂化。所述活性物质颗粒可包含掺杂剂。

一种制造固态电池的方法包括：用金属氧化物、金属磷酸盐、金属硅酸盐或金属硫化物的层涂覆活性物质颗粒以形成涂覆的活性物质颗粒；使所述涂覆的活性物质颗粒烧结，使得所述层与所述活性物质颗粒反应，从而在所述活性物质颗粒上形成离子和电子混合导电共形界面层以形成电极；以及将所述电极布置成与固体电解质接触。所述层可经由溶胶凝胶或气相沉积来施加。所述层可被锂化。所述活性物质颗粒可以是嵌入活性物质颗粒或转换活性物质颗粒。所述固态电池可以是锂离子固态电池或钠离子固态电池。

附图说明

图1A是固态电池的示意图。

图1B是图1A的固态电池的固体电解质的示意图。