[发明专利]储能装置和其中使用的离子导电组合物

说明书

本发明涉及锂储能装置，其包含硅酸盐，所述硅酸盐包含下式：Li_vM1_wM2_xSi_yO_z，其中M1选自由以下组成的组：碱金属、碱土金属、Ti、Mn、Fe、La、Zr、Ce、Ta、Nb、V及其组合；M2选自由以下组成的组：B、Al、Ga、Ge或其组合；v、y和z大于0；w和/或x大于0；yx；并且其中Li_vM1_wM2_xSi_yO_z占组合物的至少90重量％。

技术领域

本发明涉及储能装置及其部件，所述部件包含硅酸盐组合物，尤其是可熔体成形的和熔体成形的。所述硅酸盐组合物呈纤维、颗粒、膜和薄膜以及包含所述组合物的基体的形式。

背景技术

在常规锂离子储能电芯(cell)的充电过程中，电子从外部电压源流动，并且锂阳离子通过液体电解质流向阳极。当电芯放电时，锂阳离子流过电解质，并且电子通过负载从阳极流至阴极。

为了避免储能电芯内的短路，使电绝缘但可渗透锂阳离子的层位于两个电极之间。这被称为隔膜，其通常具有常规形式，诸如薄的聚合物材料、陶瓷涂覆的聚合物材料、陶瓷-聚合物复合材料或非织造织物。在常规的锂离子电芯中，隔膜通常浸入完全充满阳极与阴极之间的空间的液体电解质中。

隔膜必须抵抗机械应力，并且这限制了常规隔膜膜(例如基于聚烯烃的膜)的工作厚度。将电流隔膜的厚度确定为使得所述厚度足以防止由锂金属的枝晶生长引起的短路，但仍可渗透Li离子传输。

对高功率密度的需求对隔膜的性能提出了越来越高的要求。聚烯烃隔膜在通常130℃至170℃的温度范围内具有电流关闭特征，因为隔膜中的微孔在该温度范围内闭合，并且这旨在防止锂阳离子进一步跨越隔膜流动。然而，在具有较大表面的电池(例如大型电池)中，短路的机会增加，因为聚烯烃的熔融在升高的温度下在其整个区域内均不均匀，并且当一个区域熔融时，由于电流密度的随后增加而实际上增加了邻近区域中失效的可能性。

Zhao等人,Inorganic ceramic fibre separator for energy storage andsafety performance improvement of lithium ion batteries,CeramicsInternational 43(2017),14775-14783报道了包含具有高热稳定性(从而导致所得电池的安全性能增强)的无机组分的隔膜。尽管如此，仍然需要高性能的电池隔膜等来驱动锂离子电池中的更高性能。

CN106684292公开了用于在锂电池中使用的离子导电性纤维复合膜，其包括聚合物层和陶瓷层，所述陶瓷层包含Li₇La₃Zr₂O₁₂、Li_3xLa_2/3-xTiO₃(0x0.167和Li_7-3yAl_yLa₃Zr₂O₁₂(0y0.15)中的一种或多种。

CN107316965公开了用于在固体锂离子电池中的复合电解质或隔膜中使用的锂镧-锆氧(Li₇La₃Zr₂O₁₂)纳米纤维。