[发明专利]用于基于锂金属的固态电池组的复合材料中间层及其制备方法

说明书

用于基于锂金属的固态电池组的复合材料中间层及其制备方法。一种循环锂离子的固态电化学电池。电化学电池可包括限定第一主表面的固态电解质和限定第二主表面的负极。电化学电池还可包括设置在固态电解质的第一主表面和固体电极的第二主表面之间的界面层。所述界面层可包括设置在有机基质中的离子导体。

政府资助

本发明是在U.S. Department of Energy授予的协议号DE-EE0008863下由政府支持进行的。政府对本发明可具有一定的权利。

技术领域

本发明涉及一种循环锂离子的固态电化学电池和一种制造循环锂离子的固态电化学电池的方法。

背景技术

本部分提供了与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。

电化学能量存储装置，例如锂离子电池组，可以用于各种产品，包括汽车产品，包括启停系统(例如12V启停系统)、电池组辅助系统(“μBAS”)、混合动力电动车辆(“HEVs”)和电动车辆(“EVs”)。典型的锂离子电池组包括两个电极、隔离件和电解质。锂离子电池组还可包括各种端子和封装材料。在电化学电池中（如在锂离子电池组中）两个电极中的一个用作正极或阴极，而另一个电极用作负极或阳极。常规可再充电的锂离子电池组通过在负极和正极之间可逆地来回传递锂离子而工作。例如，锂离子可在电池组充电期间从正极移动到负极，而在电池组放电时沿相反方向移动。

隔离件和/或电解质可设置在负极和正极之间。电解质适于在电极之间传导锂离子，并且与两个电极一样，可以是固体形式、液体形式或固-液混杂形式。例如，包括设置在固态电极之间的固态电解质的固态电池组，其中固态电解质物理地分隔电极并且可以用作隔离件和离子导体，使得不需要独立的隔离件。

包括包含锂金属的负极或阳极的锂离子电池组是有前途的，因为锂金属例如与标准氢电极相比具有高的理论比容量和低的负电化学电势。此外，固态电池组可具有优于使用液体电解质的常规电池组的各种性能优点，潜在地包括宽电压窗口和增强的安全性。

然而，锂金属阳极可经受高反应性，固态电解质与锂金属之间的非预期反应，例如副反应，可导致电池组的寿命缩短和/或循环缩短。此外，在固体电解质和固体电极例如锂金属阳极之间建立良好的接触可以比在具有液体电解质的电池组中更具挑战性。此外，在循环之后，固体组分之间的界面处的微观和宏观空隙空间可随着时间而存在或出现，其可有助于高界面阻抗。因此，将期望抑制不期望的副反应，并且同时改善接触并降低固态电池组中锂金属阳极和固态电解质之间的界面阻抗。

发明内容

本部分提供了本公开的一般概述，而不是其全部范围或其所有特征的全面公开。

本公开涉及用于基于锂金属的固态电池组的复合材料中间层及其制备方法。

例如，在一些方面，本公开提供了一种循环锂离子的固态电化学电池。所述电化学电池可包括限定第一主表面的固态电解质。电化学电池还可包括限定第二主表面的负极。电化学电池还可包括设置在固态电解质的第一主表面和固体电极的第二主表面之间的界面层。所述界面层可包括设置在有机基质中的离子导体。

在一个方面，负极包括锂金属。

在一个方面，离子导体包括LiNO₃、Li₃PO₄、Li₃P、Li₂PO₂N (LIPON)、Li₃PS₄、Li₃ClO、LiF、Li₂S、Li₃N、ZnO、Al₂O₃、SnO₂、Au、Si、Ge、Mg、Al、In、聚环氧乙烷(PEO)、聚丙烯(PP)、1-丁基-3-甲基咪唑鎓-双(氟磺酰基)亚胺(BMIM-FSI)、颗粒石墨、乙炔黑、碳纤维、碳纳米管、石墨烯或其组合。