制備固態電源的方法技術

本發明專利技術應用：用于電學設備，尤其是制備二級固態電源（蓄電池）。發明專利技術本質：制備二級固態電源的方法，通過用正極和負極材料涂布固體電解質的兩側，接下來烘烤／烘焙和在電流傳輸以及在低于電解質分解的電壓下在電極上極化的過程中進行熱電感應，而且電解質的兩側被涂布金屬形式的正極和負極電極，其組成相當于完全放電的電源的正極和負極材料的組成，并且用交流電進行熱電感應。技術結果：制備二級固態電源的方法能夠在烘烤／烘焙過程中保持正極和負極材料的化學組成，并且能夠提高正極、負極和電解材料以及固態電源的正極／電解質和電解質／負極的分離邊緣的結塊的質量。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及電工學領域，尤其涉及二級固態電源(蓄電池)的制備。 本專利技術提供制備具有高能量的安全固態電池的方法，并包括以下步驟 確保電流收集器、固體正極、固體電解質、固體負極和另一個電流收集器之間以 所述次序接觸。而且，在負極和正極上都發生可逆的固相氟化/去氟化過程，并且所 述電解質在固相中具有高的氟化物離子傳導性以及低的電子傳導性。通過烘焙和熱電感應來燒結由電流收集器、正極、電解質、負極和電流收集器組 成的電源。根據本專利技術，"電源"是由電流收集器、正極、電解質、負極和另一電流收集器 以所述次序連^妄所組成的單獨的原電池和由幾個原電池并耳關或串聯所組成的電池組。在它們的組成方面，制備具有高比能量的固態二級電源的本方法中的正極、電解 質和負極可以相應于2005年4月21曰公布的申請RU專利號2005111722的電源的組 成，其中正極是選自Li， K, Na， Sr, Ba, Ca， Mg, Al， Ce, La或它們的合金的金屬(或 其合金)，或者選自所列舉的金屬與選自Pb, Cu， Bi, Cd， Zn, Co， Ni， Cr， Sn, Sb, Fe的金屬的合金；并且在充電狀態下，正極相應地由上述金屬的氟化物組成。在充電狀態下，負極由簡單氟化物制成,例如MnF2, MnF3, TaF5,膨5, VF3, VF5, CuF， CuF2, AgF, AgF2, BiF;, PbF2 ， PbF4, CdF2 ， ZnF2 , CoF2, CoF3, NiF2， CrF2， CrF3 , CrF GaF3， InF2, InF3, GeF2， SnF2， SnF4， SbF;， MoF;, WF 氟化的黑技術背景鉛或者基于它們的合金，或者它們的混合物；并且在放電狀態下，其可以由選自以下 的金屬制成Mn, Ta, Nd， VF, Cu, Ag， Bi, Pb, Cd, Zn, Co， Ni, Cr, Ga, In， Ge, Sn, Sb, Mo， W,黑鉛，或所列舉的金屬合金，或者混合物。固態電解質可以由La、 Ce的氟化物制成，或者由基于它們的以及合金性添加 劑，例如堿土金屬的一種氟化物/多種氟化物(LiF, KF, NaF)和/或堿土金屬氯化物 (LiCl, KC1, NaCl)的復合型氟化物制成；或者由基于堿土金屬氟化物(CaF2， SrF2, BaFj的、與稀土金屬氟化物或/和堿金屬氟化物(LiF, KF, NaF)和(或)堿金屬的氯化 物(LiCl, KC1, NaCl)的合金性添加劑的復合型氟化物制成；或者由基于PbF2的復合 型氟化物制成，含有SrF2,或BaF"或CaF2,或SnF2,以及KF添加劑；或者由基于 BiF3的復合型氟化物制成，含有SrF2,或BaF2 ,或CaF2,或SnF2,以及KF添加劑； 并且所述正極、電解質和負極包含在充電/放電循環中防止固態電池被破壞的 一種成 分或多種成分。RU專利號2136083, H01M6/18 (信息公才艮號24， 1999)/>開了使用 一層一層壓 制正極、負極和電解質材料粉末的技術來制備多層結構形式的固態氟化物離子原電池 的方法。所述方法的缺點在于使用具有足夠高水平傳導性的初始固體離子導體，所制得電 源內部的電阻比固體離子導體材料的電阻增加IOO倍和更多倍。這與所壓制的由固態 離子導體的粉末組成的結構(尤其是電解質材料的結構)的顆粒界面處非常高的電阻有 關。對于使用壓制方法從離子導體的粉末制得的多晶結構而言，這是廣泛已知的數據 (A. K. I vanov-Shi tz, L V. Murin// Ionica of solid state, v. l., 'St. Petersburg University, 2000, pp 73-74. c. 73-74)。而且，正極/電解質和負極/電解質界面也都有高電阻。這些電阻基本上決定了通 過該技術制得的固態電源的內電阻較高。在此情況下，以微瓦測量該電源在25 。 C 下的放電功率。該事實基本上限制了所述電池的應用領域。與本專利技術最接近的方法7>開在]999年10月10日7>布的RU專利號1106382, H 01M 6/18中。根據該方法，通過用具有不同極性的電極糊狀物涂布固體電解質的兩 側來制得化學電池。然后，所述疊層在不超過電解質的破壞電勢的電壓情況下通過電 極的電流的熱電感應下燃燒。所述制備固態電池的已知方法具有以下缺點用具有不同極性(正極和負極)的電極糊狀物涂布固體電解質的兩側通常不能制備 高品質的電源，因為正極材料的化學活性高。這導致電極的化學組成改變，因此導致 制備的質量較低和電源特性的降級，尤其是電源的內電阻增加，特別是在高溫度下烘 焙過程中。所述方法十分復雜，因為對電池烘焙有特別要求，應該在滿足對氧氣、氮氣和濕 氣含量的嚴格要求的惰性氣氛中進行，目的是防止電極材料污染。通過直流電對電池進行熱電處理導致電極材料和電解質燒結，以及電極材料的化 學組成發生改變。結果，電池質量變差，并且內電阻增加。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種技術上有吸引力的制備二級固態電源的方法，能夠提高 制備質量和降低電池內電阻。顯然，在制造固態電源的過程中實現低的內電阻有關的問題如今是很重要的。基 于固體超離子導體的固態電源通常具有高的內電阻，因為固體離子導體的離子傳導性 低，并且離子傳導性對固體離子導體污染的敏感性非常高。該情況限制了應用區域， 研究固態電源和溶液以降低內電阻具有重要的實際意義。本專利技術可實現的技術結果如下1. 在烘焙過程中保持正極和負極的化學性；2. 在熱電處理過程中保持正極和負極的化學性。3. 通過加強對正極、負極和電解質材料以及正極/電解質和電解質/負極的界面的 燒結而降低電池內電阻。優選實施方式的詳細描述為了實現上述任務和技術結果，提供一種制造二級固態電源的方法，通過在固態 電解質的兩側涂布正極和負極材料，以及接下來烘焙并在低于電解質的分解電勢的電 極極化電勢下，在電流下進行熱電處理。而且，根據本專利技術，正極和負極的化學性與完全放電的情況下電源中正極和負極材料的組成相同，并且所述熱電作用通過交流電 進行。根據本專利技術所提出的如下1. 在將正極和負極電極涂布在電解質的兩側的過程中，以具有低化學活性的材料 形式進行，其相當于完全放電的電源正極和負極材料，確保在烘焙過程中保持正極和 負極材料的化學組成，因而確保制備質量提高，并且不會導致電源的內電阻增加。2. 在使用交流電進行熱電處理過程中，正極和負極電極的化學組成沒有改變。在 正極、負極和電解材料的烘焙中質量提高，并且固態電源的正極/電解質和電解質/負 極的界面中質量提高。在交流電過程中，在電源具有最高電阻的那些地方觀察到交替 的溫度升高，這導致這些區域劇烈燒結，并且電阻下降，結果，這對于整體上降低電是重要的，這提高了烘焙期間的制備質量。熱電感應可以有效地通過不同極性的交流電，或者通過正弦交流電，或者通過工 業頻率的正弦交流電而實現。使用工業頻率的正弦交流電對于在本方法范疇內工業制 備二級固態電池是最有吸引力的。根據要求保護的方法，熱電感應可以在烘焙溫度下和在其它條件下進行；與烘焙 同時進行或者作本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種制造二級固態電源的方法，包括以下步驟：在固態電解質的一側涂布正極材料并在固態電解質的另一側涂布負極材料，其中正極和負極材料的組成類似于完全放電的電源的組成；接下來烘焙，并在交流電通過過程中對該電源進行熱電感應，其中電極上的極化低于固體電解質的分解電壓。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：亞歷山大阿爾卡季葉維奇波塔寧，
申請(專利權)人：波塔寧協會有限公司，
類型：發明
國別省市：IE[愛爾蘭]