[发明专利]固态电化学组件、固态电化学装置及其制备方法

说明书

本发明提供了一种固态电化学组件、固态电化学装置及其制备方法。所述固态电化学组件包括固态电化学功能层以及与固态电化学功能层物理接触的塑晶夹层，所述塑晶夹层包含塑晶基质以及分散在所述塑晶基质中的离子导电化合物和添加剂。本发明的组件、固态电化学装置及其制备方法改进了电极‑固态电解质之间的界面电阻。

技术领域

本发明涉及电化学领域，特别是涉及一种适合于固态电化学装置的电化学组件、固态电化学装置(例如电池、电容器等)、制备组件的方法以及制备固态电化学装置的方法。特别是，本发明尤其涉及全固态电化学装置，这意味着该电化学装置不含液体状态的电解质，并且电解质是全固态的。

背景技术

自20世纪90年代末以来，锂离子电池(LIB)已被用作便携式电子设备的电源。最近，它们也被用来为电动汽车提供动力。然而，这些装置含有易燃和易挥发的有机液体电解质，当电池管理不当时，它们会着火，发出有害气体，甚至在发生事故时会爆炸。

传统LIB的替代方案是固态电池(SSB)。SSB类似于LIB，不同之处在于有机液体电解质被固态电解质(SSE)取代。特别是，当固态电解质是陶瓷材料时，电池本身将会是安全并且没有泄漏的问题。然而，电极和SSE之间的界面接触不良通常会导致较大的界面电阻。

美国专利No.US8168333B2使用丁二腈(SN)和锂盐作为锂离子电池的SSE。然而，这种材料的电化学稳定性仅达到3.9V(相对于Li/Li⁺)，并且尽管电池是固体，但它需要隔膜以防止短路。美国专利No.US8895193也在SN中使用LiBOB作为锂离子电池中的SSE。这种类型的电池不含任何陶瓷固态锂离子导体组分。

因此，仍然需要改进的固态电化学组件以及固态电化学电池。

发明内容

本发明提供了适合于固态电化学装置的电化学组件、固态电化学装置、制备适合于固态电化学装置的组件的方法以及制备固态电化学装置的方法。特别是，本发明涉及全固态电池及其部件。

具体来说，本发明提供了：

一种固态电化学组件，包括固态电化学功能层以及与固态电化学功能层物理接触的塑晶夹层，所述塑晶夹层包含塑晶基质以及分散在所述塑晶基质中的离子导电化合物和添加剂，所述添加剂由下式表示：

其中，A表示C或O，B表示C或S，R₁表示＝O，n为1或2，R₂表示选自巯基、羰基、氰基、硝基、卤原子、羟基、醛基、羧基、氨基和C1-C6烷基中的至少一个取代基，并且表示单键或者双键。

一种固态电化学装置，包括上述的固态电化学组件。

一种制备固态电化学组件的方法，包括下列步骤：

(11)固态电化学功能层；

(12)提供包含塑晶基质以及分散在所述塑晶基质中的离子导电化合物和添加剂的塑晶夹层形成用组合物；

(13)将所述塑晶夹层形成用组合物施加到所述固态电化学功能层的表面上以及

(14)将塑晶夹层形成用组合物固化，从而形成所述固态电化学组件。

根据所述的固态电化学组件或固态电化学装置或制备固态电化学组件的方法，所述固态电化学功能层包括固态电解质层、阴极层、阳极层以及其组合中的至少一者。

根据所述的固态电化学组件或所述的固态电化学装置或所述的制备固态电化学组件的方法，所述塑晶基质包含丁二腈和/或N-乙基-N-甲基吡咯烷鎓双(氟磺酰)亚胺盐，任选地，相对于夹层的总体积，所述塑晶基质的含量为1体积％-99体积％，优选90-99体积％。