[发明专利]用于使用LiAMPBSC的电池的固态阴极电解质或电解质(M=Si、Ge和/或Sn)

说明书

本发明提供一种包括阴极区域或其它元件的能量存储装置。装置具有主活性区域，主活性区域包括空间上布置在阴极区域内的多个第一活性区域。主活性区域在充电和放电期间从第一体积膨胀或收缩至第二体积。装置具有阴极电解质材料，阴极电解质材料在空间上限制在阴极区域的空间区域内并且在空间上布置在未被第一活性区域占据的空间区域内。在实施例中，阴极电解质材料包括以多晶态配置的含锂、锗、磷和硫(“LGPS”)的材料。装置具有配置在含LGPS材料内的氧物质，氧物质与硫物质的比例为1:2和更小以形成LGPSO材料。装置具有形成为上覆在阴极材料的暴露区域上的保护材料以将硫物质基本上保持在阴极电解质材料中。还包括含Li_aMP_bS_c(LMPS)[M＝Si、Ge和/或Sn]材料的新掺杂结构。

相关申请的交叉引用

该申请要求于2013年5月15日提交的美国临时专利申请第61/823407号和于2014年2月05日提交的美国临时专利申请第61/935956号的优先权，为此通过引用以其整体将其二者的全部内容并入本文。

背景技术

在一些实施例中，本发明的一个实施方案一般涉及具有期望的离子电导率的固体阴极电解质或者电解质材料。更具体地，本发明的一个实施方案提供用于阴极电解质材料的方法和结构来提高阴极的总离子电导率以允许活性材料的更高的质量负载，更快的充电/放电，以及更宽范围的工作温度。仅以举例的方式，本发明已被应用到固态电池单元，但是可以有其它的应用。

高水平的发展已经引起在电子和通讯设备的激增。其中这类设备包括例如个人计算机、摄像机和通常被称为“智能电话”的便携式电话。受欢迎的智能电话的例子包括来自加利福尼亚州库比蒂诺(Cupertino)的苹果公司的iPhone^TM或者使用加利福尼亚州芒廷维尤(Mountain View)的谷歌公司 (Google)的Android^TM运行系统的那些电话。其它受欢迎的设备包括电动或混合动力汽车，例如加利福尼亚州菲蒙市的特斯拉汽车公司的那些或者由丰田汽车公司制造的普瑞斯(Prius)。虽然十分成功，但是这些受欢迎的设备受存储体积特别是电池体积的限制。换言之，用于电动汽车或混合动力汽车的更高功率和更高体积电池将是汽车工业的进步。在不同种类的电池中，锂电池目前从高能量密度的角度已经受到关注。

包含易燃有机溶剂的液体电解质已经被用于传统的锂电池。液体电解质存在在高电压时下放气的问题并由于溶剂燃烧的热焓而对热逃逸构成威胁。已经描述了为了提高电池的安全性配置有固体电解质层(取代液体电解质)的锂电池。已知硫化物固态电解质材料为用于固态锂电池的固体电解质材料。例如，在于2011年3月25日提交于2013年2月6日公开的 EP2555307A1中描述了固体电解质材料，该专利要求在2010年3月26日由Ryoji Kanno和Masaaki Hirayama转让给东京技术研究所和丰田自动车株式会社的优先权，其在此通过引用并入。

现有技术的固态电池由于有限的功率密度、质量负载和可制造性而还没有准备好被大众市场采用。因此，高度期望用于改善固态电池的技术。

发明内容

根据本发明的一个实施方案，提供了涉及具有期望的离子电导率的固体阴极电解质或者电解质材料的技术。更具体地，本发明的一个实施方案提供用于阴极电解质材料的方法和结构来提高阴极的总离子电导率，以允许活性材料的更高的质量负载，更快的充电/放电，以及更宽范围的工作温度。仅通过举例的方式，本发明已被应用到固态电池单元，但是也可以有其它的应用。