[发明专利]用于电化学电池的混合复合固态电解质

说明书

电化学电池包括充当电极组合件内的电解质和隔膜的固态材料。所述固态材料是聚合物中散布有离子导电陶瓷材料的混合物。

背景

电化学电池包括负电极、正电极和提供电池组内的电极之间的离子交流的电解质。通常通过一定形式的隔膜防止电极直接接触，所述隔膜允许离子运动但不允许电子运动。电化学电池或电池组通常配有集流体，其可连向外部电路以利用电池组存储的电能。在可充电电化学电池或电池组的情况下，相同集流体服务于电池组或电池的再充电。

一些电池使用固体聚合物电解质，其也提供隔膜功能并省略单独的隔膜。这种类型的电化学电池的主要优点是由于不含可燃液体电解质溶剂而更好的固有安全性和更轻的重量。包含固体聚合物电解质/隔膜的一个缺点在于所得电池必须在运行过程中加热到相对高的温度（至少60℃）以“活化”聚合物的离子转移性质。在电池中大规模实现固体聚合物电解质/隔膜的最大挑战之一是将高运行温度要求降低到更接近室温的温度（大约25℃）。

对使用固体聚合物电解质/隔膜的一种替代方案是使用陶瓷电解质/隔膜。在电池中使用陶瓷电解质/隔膜是相对新的，因此落后于固体聚合物电解质/隔膜的使用。但是，包含陶瓷电解质/隔膜的电池已表现出比固体聚合物电解质/隔膜更接近室温运行的能力。但是，陶瓷电解质/隔膜可能存在更高的内电阻，这对所得电池的功率容量（powercapabilities）具有不利影响。

概述

在一些方面中，固态电解质包含离子导电聚合物中散布有离子导电陶瓷材料的混合物。在该混合物中，离子导电陶瓷材料的重量与离子导电聚合物的重量的比率为90/10至40/60。

在一些实施方案中，离子导电陶瓷材料的重量与离子导电聚合物的重量的比率为80/20至75/25。

在一些实施方案中，该固态电解质是具有一定膜厚度的隔膜，并且离子导电陶瓷材料具有小于或等于膜厚度的40%的中值粒度。

在一些实施方案中，中值粒度的标准偏差小于或等于中值粒度的1%。

在一些实施方案中，离子导电陶瓷材料具有双峰粒度分布。离子导电陶瓷材料包含具有界定粒度分布第一峰的第一中值粒度的第一组粒子，第一中值粒度小于或等于膜厚度的40%。此外，离子导电陶瓷材料包含具有界定粒度分布第二峰的第二中值粒度的第二组粒子，第二中值粒度小于或等于膜厚度的20%。第一组粒子提供离子导电陶瓷材料的总重量的66.6重量%，且第二组粒子提供离子导电陶瓷材料的总重量的33.3重量%。

在一些实施方案中，离子导电陶瓷材料具有三峰粒度分布。离子导电陶瓷材料包含具有界定粒度分布第一峰的第一中值粒度的第一组粒子，第一中值粒度小于或等于膜厚度的40%。离子导电陶瓷材料包含具有界定粒度分布第二峰的第二中值粒度的第二组粒子，第二中值粒度小于或等于膜厚度的20%。此外，离子导电陶瓷材料包含具有界定粒度分布第三峰的第三中值粒度的第三组粒子，第三中值粒度小于或等于膜厚度的10%。第一组粒子提供离子导电陶瓷材料的总重量的50重量%，第二组粒子提供离子导电陶瓷材料的总重量的30重量%，且第三组粒子提供离子导电陶瓷材料的总重量的20重量%。

在一些实施方案中，离子导电聚合物是无规立构聚环氧丙烷。

在一些实施方案中，该混合物包含配置为改进离子导电陶瓷材料与离子导电聚合物之间的表面积接触的离子导电偶联剂。

在一些实施方案中，离子导电聚合物具有小于或等于4000000的分子量。

在一些实施方案中，离子导电聚合物具有1500000至2500000的分子量。

在一些实施方案中，以这两种材料散布在混合物各处的方式将离子导电陶瓷材料与离子导电聚合物混合。