[发明专利]包括固体电解质和液体电解质的电池

说明书

本公开涉及一种包括固体电解质和液体电解质的电池。公开了包括混合液体电解质和固体电解质的可再充电电池(例如锂离子可再充电电池)。电池的一个实施例可以包括阳极、阴极、在阳极与阴极之间的离子导电隔膜以及包括分散在液体电解质溶液中的多个固体电解质颗粒的电解质悬浮液。固体电解质颗粒可以具有高达1μm或100nm的平均尺寸，并且电解质悬浮液可以包括按体积计5％至95％的固体电解质颗粒。在另一实施例中，多个固体电解质颗粒可以分散并嵌入在阳极、阴极和隔膜中的至少一个的本体内。在一些实施例中，可以具有在悬浮液中和嵌入电池组件中两者的多个固体电解质颗粒。用固体电解质代替一些液体电解质可以减小电解质的可燃性。

技术领域

本公开涉及可再充电电池，例如，包括固体电解质和液体电解质的锂离子电池。

背景技术

锂离子(Li离子)电池已经在许多应用中普遍使用。在汽车应用中，它们可以应用于混合动力车辆、插电式混合动力车辆和全电动车辆。然而，Li离子电池也用于许多其它应用，诸如便携式电子设备(例如，蜂窝电话)。这些电池通常可以包括可以是以烷基碳酸盐为基础的有机液体电解质。液体电解质通常可以具有宽的电化学窗口、良好的离子导电性和化学稳定性。然而，这些电解质也可能是挥发性的和可燃性的，这会在特定条件下造成安全问题。

发明内容

在至少一个实施例中，提供了一种锂离子电池。所述电池可以包括：阳极；阴极；离子导电隔膜，位于阳极与阴极之间；电解质悬浮液，包括分散在液体电解质溶液中的多个固体电解质颗粒。

在一个实施例中，电解质悬浮液包括5体积％至95体积％的固体电解质颗粒。在另一实施例中，电解质悬浮液包括20体积％至95体积％的固体电解质颗粒。多个固体电解质颗粒可以具有高达1μm或高达100nm的平均粒径。在一个实施例中，多个固体电解质颗粒包括锂镧锆氧化物(LLZO)、锂镧钛酸盐(LLTO)、NASICON型电解质、LISICON型电解质和硫代LISICON型电解质中的一种或更多种。在另一实施例中，多个固体电解质颗粒包括硫化玻璃型电解质和磷锂氮氧化物(LIPON)型电解质中的一种或更多种。液体电解质溶液可以包括有机溶剂和锂盐。

在至少一个实施例中，提供了一种可再充电电池。所述电池可以包括：阳极；阴极；离子导电隔膜，位于阳极与阴极之间；多个固体电解质颗粒，分散并嵌入在阳极和阳极中的至少一个的本体内。

在一个实施例中，多个固体电解质颗粒的至少一部分布置在互连三维网络中。多个固体电解质颗粒可以具有高达5μm的平均粒径。多个固体电解质颗粒可以分散并嵌入在阳极和阴极的本体内。在一个实施例中，分散并嵌入在阳极和阴极中的至少一个的本体内的多个固体电解质颗粒是第一多个固体电解质颗粒，并且所述电池还包括第二多个固体电解质，所述第二多个固体电解质分散并嵌入在离子导电隔膜的本体内。第一多个固体电解质颗粒和第二多个固体电解质颗粒可以具有相同的尺寸和/或组成。在一个实施例中，多个固体电解质颗粒的平均粒径可以从阳极或阴极的一侧向相对侧增大。

在至少一个实施例中，提供了一种可再充电电池。所述电池可以包括：阳极；阴极；离子导电隔膜，位于阳极与阴极之间；电解质悬浮液，包括分散在液体电解质溶液中的第一多个固体电解质颗粒；第二多个固体电解质颗粒，分散并嵌入在阳极、阴极和隔膜中的至少一个的本体内。

在一个实施例中，第一多个固体电解质颗粒和第二多个固体电解质颗粒具有不同的尺寸和/或组成。所述电池可以具有总的电解质含量，固体电解质颗粒与液体电解质的体积比可以为至少1:4或至少1:2。在一个实施例中，阳极、阴极和隔膜中的每个具有分散并嵌入在其本体内的多个固体电解质颗粒。

附图说明

图1是根据实施例的可再充电电池(例如，Li离子电池)的示意性剖面；

图2是根据实施例的可再充电电池(例如，Li离子电池)的电极和隔膜的示意性剖面；

图3是作为固体电解质的体积分数的函数的离子电导率的示例实验数据；