[发明专利]包括锂金属磷酸盐的微切削加工电解质片材

说明书

本发明涉及包括锂金属磷酸盐的微切削加工电解质片材以及陶瓷锂离子电解质膜及用于形成所述陶瓷锂离子电解质膜的方法。所述陶瓷锂离子电解质膜可包括至少一烧蚀边缘。用于形成陶瓷锂离子电解质膜的示例方法包括制造锂离子电解质片材，并用烧蚀激光器切割所述制造的电解质片材的至少一边缘。

本发明专利申请是国际申请号为PCT/US2012/057681，国际申请日为2012年9月28日，进入中国国家阶段的申请号为201280047607.4，发明名称为“包括锂金属磷酸盐的微切削加工电解质片材”的发明专利申请的分案申请。

本申请根据35U.S.C.§120要求2011年9月30日提交的美国申请系列13/249935的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。

技术领域

本发明涉及锂离子电解质膜及用于形成所述锂离子电解质膜的方法。在各种实施方式中，所述锂离子电解质膜可包括至少一烧蚀边缘。在其他实施方式中，用于形成锂离子电解质膜的方法包括制造锂离子电解质片材，以及用烧蚀激光器切割所述制造的电解质片材的至少一边缘，以形成烧蚀边缘。

背景技术

电解质膜是本领域普通技术人员已知的，例如可用于电池结构和燃料电池。例如，美国专利申请公开No.2009/0081512描述了基于锆的陶电解质膜和通过激光器微切削加工技术来制备的相关方法。其它电解质膜材料基于锂金属磷酸盐(“LMP”)如锂钛磷酸盐(“LTP”)，并可包括其中部分钛被铝取代的LTP(“LATP”)。众所周知，LMP电解质膜与基于锆的电解质膜不同，且具有不同的性质。

例如，在某些应用中可能需要薄的LMP膜来改善与膜厚直接成比例的膜电导。常规的基于LMP的膜的导电率通常为5x 10^-4西门子/厘米，且电导为约0.02西门子(S)。在某些应用中，需要电导为约0.05西门子如大于或等于约0.1西门子的膜。此外，已知可通过降低膜厚至约100微米(0.05西门子)或者约50微米(0.1西门子)来实现这些目标。

但是，尽管更薄的LMP膜是更加需要的，例如在电池结构应用中更薄的膜提供更低阻碍并由此提供更低的内部电阻和更高的功率容量，通常难以利用现有技术来制备具有足够精确的尺寸的薄的膜，例如因受限于机械切割技术。此外，LMP膜通常是易碎的，并因此难以制造和加工。例如，常规的机械切割加工将LMP膜的厚度限制到约200微米。当膜没有支撑时，即膜没有集成进入多层结构时，尤其如此，该多层结构中的一些其它层提供机械支撑。

除了上文所述以外，与颗粒内电阻相比，多晶电解质膜通常具有大的颗粒边界电阻。因此，典型的陶瓷电解质膜常常是大颗粒的，以最小化颗粒边界影响。但是，具有大颗粒的电解质膜通常是脆弱的，且细小颗粒的陶瓷膜在机械上优于常规的陶瓷膜。此外，薄膜的机械性能可因边缘缺陷和加工时发生的起皱而严重降低。例如，切割加工引入微结构特征处可产生边缘缺陷，其可变成应力集中点，因此降低强度。至少在某些实施方式中，如因熔融材料的大量运动而导致的熔融材料或者空穴的总累积的缺陷是不利的，因为如果它们显著到足以影响膜内的应力分布时，它们可降低机械性能。此外，因为烘烤中的收缩，使用常规的机械方法难以制备具有精确的尺寸的LMP电解质膜。

因此，本领域需要提供机械强度高的、薄的、细小颗粒的、陶瓷锂离子电解质膜，该膜质量高且边缘无缺陷。

发明内容

根据本文的详细描述以及文中所述的各种示例性实施方式，本发明涉及锂离子电解质膜及用于形成所述锂离子电解质膜的方法。在各种实施方式中，所述锂离子电解质膜可包括至少一烧蚀边缘。在各种实施方式中，相对于膜的本体，所述烧蚀边缘可以是锂富集的。在其他实施方式中，所述膜可以是陶瓷锂离子电解质膜，且在各种实施方式中，可以是支撑的或未支撑的。