[发明专利]烧结助剂混合物、固态离子导体及其制造方法

说明书

本发明涉及一种用于烧结用于固态电池的固态离子导体、电极材料等的烧结助剂混合物，该烧结助剂混合物包含至少一种溶胶‑凝胶‑前体和/或由至少一种溶胶‑凝胶‑前体制造的至少一种溶胶‑凝胶‑初级物。

技术领域

本发明涉及一种用于烧结用于固态电池的固态离子导体、电极材料等的烧结助剂混合物。

本发明还涉及一种固态离子导体。

本发明还涉及一种用于制造用于固态电池的固态离子导体、电极材料等的方法。

本发明还涉及烧结助剂混合物在烧结用于固态电池的固态离子导体、电极材料等时用来降低烧结温度的用途。

背景技术

尽管一般适用于任意固态电池，但将参考固态锂电池来解释本发明。

固态锂电池基于借助固态电解质以锂离子形式传导电荷载体。例如，可以通过基于氧化物的陶瓷材料，例如锂-镧-锆氧化物LLZO或锂-铝-钛-磷酸酯LATP来实现锂离子的提供。

在固态锂电池的制造中已知的是，以粉末形式提供基于氧化物的陶瓷材料，然后其通过随后的压制、泥浆浇铸或薄膜浇铸或另一陶瓷成型过程引入随后的电池部件、例如隔膜、阴极等的多孔型坯(生坯)。在生坯中彼此相邻的粉末颗粒之间的界面上，在离子传导过程中会出现过渡电阻，这降低了如此制造的电池部件的整体导电性。

为了降低如此产生的过渡电阻或界面电阻并因此再次提高电池部件的整体导电性，进一步已知的是，烧结电池部件的由陶瓷成型过程产生的型坯。相应的烧结过程在此需要高于约850℃的温度，尤其如果生坯包含陶瓷材料。此外，为了产生致密的烧结体，或者通常为了控制烧结过程的性质，可以添加烧结添加剂。

此外，在制造固态锂电池的阴极时，使用诸如镍锰钴氧化物或锂锰钴氧化物或基于碳化合物，例如基于导体炭黑、石墨等的电子导体。然而，它们对温度很敏感，并且会被上述高于约850℃的烧结温度损坏。

另一个问题是，在高烧结温度下，含锂化合物会蒸发，这又会降低电池部件的导电性。如果还使用无锂烧结添加剂，则上述效应会更大程度地出现。

已知的基于氧化物的烧结添加剂、例如由无机锂盐制成的基于氧化物的烧结添加剂，确实可以降低烧结过程所需的温度，但不足以避免对电池部件的损坏。这种基于氧化物的烧结助剂例如从US 2011/0177397 A1中获知。其它烧结助剂例如从KR 2017/0034581 A或CN 109037759 A中获知。

此外已知的是，使用低熔点烧结添加剂例如氟化物以降低烧结温度。然而，它们的缺点是它们在大多数情况下不是基于氧化物的。此外，已知的烧结助剂通常是易挥发的并且在分解过程中会形成不期望的气体。烧结过程也可能更难以控制。

发明内容

因此，本发明的一个目的是，提供一种烧结助剂混合物、一种固态离子导体和一种用于制造固态离子导体的方法，其提供用于基于锂的材料的烧结过程所需的较低温度，尤其低于1100℃、特别优选低于850℃，并且同时提供具有高导电性的电池部件。本发明的另一个目的是提供替代的烧结助剂混合物、替代的固态离子导体和用于制造固态离子导体的替代方法。

在实施方式中，本发明通过一种用于烧结用于固态电池的固态离子导体、电极材料等的烧结助剂混合物实现上述目的，该烧结助剂混合物包含至少一种溶胶-凝胶-前体和/或由至少一种溶胶-凝胶-前体制造的至少一种溶胶-凝胶-初级物。

在另一实施方式中，本发明通过包括根据权利要求1-6中任一项所述的烧结助剂混合物的固态离子导体、尤其锂离子导体实现上述目的。

在另一实施方式中，本发明通过一种用于制造用于固态电池的固态离子导体、电极材料等的方法实现上述目的，该方法包括通过使用根据权利要求1-6中任一项所述的烧结助剂混合物的烧结方法。