您现在所在的位置: 主页 > 资讯中心 >

固体陶瓷电解质的制作方法

作者:电竞竞猜    更新时间:2020-07-30 20:28

  [0002] 本申请根据35U.S.C. §120,要求2012年11月15日提交的美国申请系列号 13/677, 654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。

  [0005] 本发明总体涉及电解质,具体来说,涉及可用于电化学设备的固体陶瓷电解质。

  [0006] 固体电解质也称为快速离子导体,是可用作固态离子导体的材料,且可用于例如 固体氧化物燃料电池和锂-空气电池的电化学设备中。例如,在锂-空气电池中,放电时锂 离子通过固体电解质从负电极(阳极)移动到正电极(阴极),充电时反过来。在一些固 体电解质例如锂金属磷酸盐中,锂离子可通过电解质晶体晶格中的空穴来传导。此外,固 体电解质可提供阳极和阴极之间的密封阻挡层,从而防止阳极和阴极分享相同的电解质溶 液。

  [0007] 对开发各种电化学设备来说非常重要的是固体、导电电解质材料的可用性。用于 这种电解质材料的主要挑战是能把合适的材料烧结到足以使得电解质是密封的密度,同时 提供足够的导电率和经济性以及可接受的物理稳定性。通常使用玻璃陶瓷方法制备的常规 的气密性电解质可以是致密和密封的,但这些性能特征通常带来的代价是低劣的导电率和 高昂的成本。常规玻璃陶瓷方法面临的其它挑战是需要理想的组成来形成稳定的玻璃。

  [0008] 鉴于上述,本领域需要开发经济、离子导电的和机械牢固的用于电化学设备的固 体陶瓷电解质。

  [0010] 本发明的概念通常适于用于电化学设备的固体陶瓷电解质。根据一种实施方式, 固体陶瓷电解质可包括离子导电陶瓷和至少一种晶粒生长抑制剂。该离子导电陶瓷可包括 锂金属磷酸盐或其衍生物,以及该晶粒生长抑制剂可包括氧化镁或其前体和/或二氧化钛 或其前体。固体陶瓷电解质的平均粒度可小于约2微米。晶粒生长抑制剂可占固体陶瓷电 解质的约0.5摩尔% -约10摩尔%。

  [0011] 根据另一种实施方式,固体陶瓷电解质可用一种方法来形成,所述方法包括组合 离子导电陶瓷与至少一种晶粒生长抑制剂以形成混合物,浇铸该混合物以形成坯体,和烧 结该坯体以形成固体陶瓷电解质。

  [0012] 电化学设备可包括负电极、正电极和插入的电解质材料。结合进入这种设备的电 解质可包括如本文所述的固体陶瓷电解质。

  [0013] 在以下的详细描述中提出了本发明主题的附加特征和优点,其中的部分特征和优 点对本领域的技术人员而言根据所作描述即容易理解,或者通过实施包括以下详细描述、 权利要求书以及附图在内的本文所述的本发明主题而被认识。

  [0014] 应理解,前面的一般性描述和以下的详细描述给出了本发明主题的实施方式,用 来提供理解要求保护的本发明主题的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对 本【发明内容】的进一步的理解,附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图以图 示形式说明了本发明的内容各种实施方式,并与描述一起用来解释本【发明内容】的原理和操 作。此外,附图和说明仅仅是示例性的,并不试图以任意方式限制权利要求的范围。

  [0016] 当结合以下附图阅读下面对本发明的【具体实施方式】的详细描述时,可对其形成最 好的理解,附图中相同的结构用相同的附图标记表示,其中:

  [0017] 图1是包括如本文所述的固体陶瓷电解质的电化学设备的示意图;

  [0018] 图2显示不含晶粒生长抑制剂的比较性带材浇铸的LATP材料的横截面SEM图像, 其在没有加压时于950°C下烧制2小时;

  [0019] 图3显示包括氧化镁和二氧化钛作为晶粒生长抑制剂的带材浇铸的LATP材料的 横截面SEM图像;

  [0020] 图4显示包括磷酸作为晶粒生长抑制剂的比较性带材浇铸的LATP材料的横截面 SEM图像,其在没有加压时于900°C下烧制2小时;

  [0021] 图5显示包括硝酸锂作为晶粒生长抑制剂的比较性带材浇铸的LATP材料的横截 面SEM图像,其在没有加压时于900°C下烧制2小时;和

  [0022] 图6显示具有各种添加剂的陶瓷电解质样品的浸出物导电率随时间的变化。

  [0024] 下面更详细参考本发明的各种实施方式,这些实施方式中的一部分在附图中示 出。只要有可能,在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或类似的部分。

  [0025] 本文所述的固体陶瓷电解质可总体包括离子导电陶瓷和至少一种晶粒生长抑制 剂。烧结时,晶粒生长抑制剂的存在可有助于制备具有细粒粒状结构的固体陶瓷电解质。细 粒粒状结构,例如包括平均小于约2微米的晶粒的结构,可具有增加的机械稳定性。本文 所述的固体陶瓷电解质可用于电化学设备,特别可用于锂-空气电池。

  [0026] 在各种实施方式中,固体陶瓷电解质可包括离子导电陶瓷(例如,锂离子导电 陶瓷)例如锂金属磷酸盐(lithiummetalphosphate)或其衍生物。一种示例锂金属 磷酸盐是磷酸钛铝锂(LATP)。在一些实施方式中,LATP的组成可通过下述化学式表示: 1^1+/1;112_ !£(?04)3,其中1是0-0.6。一种这样的组成是1^1.,1 (.4111.6(?04) 3。

  [0027] LATP可以固态方法来制备。例如,可将磷酸铵、氧化铝、氧化钛和碳酸锂粉末以化 学计量比组合来制备LATP。上述前体材料可与合适的晶粒生长抑制剂组合以形成混合物, 该混合物可进行带材浇铸的和烧结以形成致密膜。

  [0028] 晶粒生长抑制剂可为耐火材料,意指晶粒生长抑制剂是耐热处理的。在实施方式 中,烧结时晶粒生长抑制剂不从固体陶瓷电解质释放。相反,如本文所使用的晶粒生长抑制 剂在烧结之后仍然保留在固体陶瓷电解质中。但是,在相关实施方式中,可使用晶粒生长抑 制剂的前体,该前体通过烧结转化成晶粒生长抑制剂,其仍然留在烧结后的固体陶瓷电解 质中。

  [0029] 在一种实施方式中,晶粒生长抑制剂可包括氧化镁和/或二氧化钛。例如,晶粒 生长抑制剂可包括氧化镁和二氧化钛。在另一种实施方式中,该晶粒生长抑制剂包括氧化 镁,但基本上不含二氧化钛。在另一种实施方式中,该晶粒生长抑制剂包括二氧化钛,但 基本上不含氧化镁。氧化镁和二氧化钛的前体可分别转化成氧化镁和二氧化钛。不作为限 制,合适的氧化镁前体例如包括硝酸镁和醋酸镁。

  [0030] 如果晶粒生长抑制剂同时包括二氧化钛和氧化镁,二氧化钛和氧化镁的摩尔 比例(二氧化钛:氧化镁)可为约2:1-约8:1(即,二氧化钛和氧化镁的比例可为约 2:1,3:1,4:1,5:1,6:1,7:1或8:1,或可为所述二氧化钛和氧化镁比例之间的任意范围)。

  [0031] -种形成固体陶瓷电解质的方法总体可包括组合离子导电陶瓷与晶粒生长抑制 剂以形成混合物,浇铸该混合物以形成坯体,和烧结该坯体以形成固体陶瓷电解质。为了 形成包括离子导电陶瓷和晶粒生长抑制剂的混合物,在混合离子导电陶瓷与晶粒生长抑制 剂之前,可把离子导电陶瓷研磨到小于约1微米(例如,小于1,0. 5, 0. 2, 0. 1或0. 05微 米)的平均粒度。如本文所使用,术语粒度或晶粒尺寸指颗粒或晶粒在其最长维度 上的最大长度。

  [0032] 研磨的离子导电陶瓷可与晶粒生长抑制剂组合以形成包括离子导电陶瓷和晶粒 生长抑制剂的混合物。在一些实施方式中,晶粒生长抑制剂可为粉末形式,且平均粒度可类 似于离子导电陶瓷的平均粒度。在其他实施方式中,晶粒生长抑制剂的平均粒度可为约 50nm-300nm,例如 50nm,lOOnm, 15

  基于固态聚合物电解质的复合凝胶聚合物电解质及其制备方法与应用与制造工艺

  固体电解质组合物、使用其的电池用电极片及全固态二次电池及它们的制造方法

  固体电解质组合物、使用其的电池用电极片及全固态二次电池及它们的制造方法

  固体电解质组合物、使用其的电池用电极片及全固态二次电池及它们的制造方法

  固体电解质组合物、使用其的电池用电极片及全固态二次电池及它们的制造方法

  固体电解质组合物、使用其的电池用电极片及全固态二次电池、电池用电极片及全固态二 ...的制作方法

  聚合物电解质材料、其制备方法、聚合物电解质膜与全固态锂离子二次电池的制作方法

  固体电解质组合物、使用其的电池用电极片及全固态二次电池及它们的制造方法

电竞竞猜
上一篇:唐山骨质瓷新品迭出(组图)     下一篇:石墨烯可使陶瓷电解质韧性提高一倍有助于将固