[发明专利]具有经涂覆的材料的固体复合电极

说明书

固态复合电极包括活性电极颗粒、离子传导性颗粒和导电颗粒。每个离子传导性颗粒至少部分地涂覆有隔离材料，该隔离材料抑制离子传导性颗粒与活性电极颗粒的相互扩散。电池组电池包括第一集流体、固体电解质层、具有涂覆有隔离材料的离子传导性颗粒并位于第一集流体和固体电解质层之间的第一固态复合电极、第二集流体以及位于固体电解质层和第二集流体之间的第二电极。形成固态复合电极的方法包括将活性电极颗粒和导电颗粒与分别至少部分地涂覆有隔离材料的离子传导性颗粒混合在一起。该混合物通过流延成型而形成膜，并在高于600℃的温度下烧结。

相关申请

本公开要求于2017年9月29日提交的名称为“具有经涂覆的材料的固体复合电极和用于固体复合电极材料的涂层”的美国临时申请号62/565,638的优先权，其公开整体并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及固态电池组（batteries），并且更特别地涉及固态复合电极。

背景

由于确保了改进的可靠性、耐用性、安全性、能量密度和循环性能，固态电池组已成为越来越多研究的主题。然而，固态电池组的许多性能因素是基于电池组内不同材料之间的界面特性。固态电解质和固态活性材料之间的高界面阻抗例如导致放电期间的功率容量（power capability）降低。高界面阻抗可能由许多不同因素引起，例如材料之间的不良接触，电池组材料与其它材料或周围环境之间的反应，以及不同电池组材料之间的相互扩散。

图1描绘了常规固态复合电极10的平面示意图。电极10包括活性材料颗粒12、离子传导性材料颗粒14和电子传导性材料颗粒16。材料12-16已经通过烧结过程而组装成复合材料，以使得活性材料颗粒12保持与离子传导性颗粒14紧密接触。例如，活性材料颗粒12'与离子传导性材料颗粒14'保持紧密接触。

图2描绘了来自图1的活性材料颗粒12'和离子传导性材料颗粒14'之间的界面的详细示意图。虽然烧结通常导致活性材料颗粒12'和离子传导性颗粒14'之间的良好接触，但是与烧结过程相关的600℃-900℃或更高的高温可能导致在颗粒12'和14'之间的相互扩散区域20（注意：相互扩散区域20在图1中不可见）。如本文所用，“相互扩散”是指材料的至少部分物理混合和/或材料之间的化学反应。相互扩散区域20可降低活性材料颗粒12'和离子传导性颗粒14'之间的离子传导性并因此可导致活性电极材料12和离子传导性材料14之间的界面阻抗增加（图1），并导致包括电极10的电池的放电功率容量降低。

因此，在活性电极材料和电解质材料之间具有低界面阻抗的固态电极将是有益的。具有有限量或没有相互扩散的材料的固态电极也将是有益的。

概述

为了相对于常规电极而言减小活性电极材料和电解质材料之间的界面阻抗和为了相对于常规电极而言提高放电期间的功率容量，固态复合电极包括离子传导性材料颗粒，它们分别至少部分地涂覆有隔离材料，该隔离材料抑制活性电极材料和电解质材料的相互混合和/或相互扩散。

在一些实施方案中，固态复合电极包括活性电极材料颗粒、离子传导性材料颗粒和导电材料颗粒。每个离子传导性材料颗粒至少部分地涂覆有隔离材料，该隔离材料被选择为抑制离子传导性材料与活性电极材料的相互扩散。在一些实施方案中，每个离子传导性材料颗粒至少基本上涂覆有隔离材料。在一些实施方案中，每个离子传导性材料颗粒完全涂覆有隔离材料。

在一些实施方案中满足下面的至少之一：（i）每个活性电极材料颗粒至少部分地涂覆有隔离材料和（ii）每个导电材料颗粒至少部分地涂覆有隔离材料。

在一些实施方案中，活性电极材料颗粒、离子传导性材料颗粒和导电材料颗粒通过烧结结合在一起。

在一些实施方案中，离子传导性材料包括LLZO、磷酸钛铝锂材料和钛酸镧锂材料中的至少一种。