本公開總體上涉及自修復固態(tài)電池組配置及其制造方法。

背景技術(shù)：

1、與其它可再充電電池組技術(shù)，包括鉛酸電池組、鎳鎘電池組和鎳金屬氫化物電池組相比，鋰離子電池組和鋰金屬電池組由于其相對較高的能量密度、高功率密度、無記憶效應和長循環(huán)壽命，是在消費、汽車和航空航天工業(yè)中為電子設備供電的理想選擇。

2、固態(tài)電池組電池包括固體電解質(zhì)。固體電解質(zhì)可包括第一平坦主表面，其鄰接并接觸陽極電極的平坦主表面。固體電解質(zhì)可包括第二平坦主表面，其鄰接并接觸陰極電極的平坦主表面。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、提供了制造用于電池組電池的石榴石基固體電解質(zhì)隔離件的方法。該方法包括用氟化鋁涂覆石榴石基材料粉末，該石榴石基材料粉末最初包括在石榴石基材料粉末的外表面上的碳酸鋰層，以產(chǎn)生經(jīng)氟化物處理的石榴石基材料粉末。該方法還包括對經(jīng)氟化物處理的石榴石基材料粉末進行固態(tài)反應，使得氟化鋁與碳酸鋰層反應以產(chǎn)生氧化鋁、二氧化碳和氟化鋰。固態(tài)反應產(chǎn)生包含氧化鋁和氟化鋰的經(jīng)氟化物處理和固態(tài)反應的石榴石基材料粉末。該方法還包括燒結(jié)包含氧化鋁和氟化鋰的經(jīng)氟化物處理和固態(tài)反應的石榴石基材料粉末。燒結(jié)包括對經(jīng)氟化物處理和固態(tài)反應的石榴石基材料粉末施加壓力以使經(jīng)氟化物處理和固態(tài)反應的石榴石基材料粉末致密化并產(chǎn)生石榴石基固體電解質(zhì)隔離件。

2、在一些實施方案中，石榴石基材料粉末包括鋰鑭鋯氧化物(llzo)粉末或包含鋁、鎵、鈮或鉭作為摻雜劑的摻雜llzo粉末。

3、在一些實施方案中，氧化鋁充當摻雜劑以將llzo粉末或摻雜llzo粉末穩(wěn)定在立方相。

4、在一些實施方案中，涂覆石榴石基材料粉末還包括用gaf3、nbf5或taf5涂覆石榴石基材料粉末。

5、在一些實施方案中，涂覆石榴石基材料粉末包括利用原子層沉積(ald)、化學氣相沉積(cvd)、物理氣相沉積(pvd)、溶液方法或石榴石基材料粉末與納米尺寸氟化物，包括a1f3、gaf3、nbf3或taf5的干粉混合。

6、在一些實施方案中，燒結(jié)還包括利用氟化鋰作為燒結(jié)助劑，從而在燒結(jié)過程中實現(xiàn)相對較低的最低溫度。

7、在一些實施方案中，燒結(jié)還包括隨時間推移對經(jīng)氟化物處理和固態(tài)反應的石榴石基材料粉末施加增加的壓力。

8、在一些實施方案中，進行固態(tài)反應包括將經(jīng)氟化物處理的石榴石基材料粉末加熱至不超過500℃的溫度。

9、在一些實施方案中，燒結(jié)還包括在80兆帕的壓力下將經(jīng)氟化物處理和固態(tài)反應的石榴石基材料粉末加熱至1050℃的溫度，持續(xù)1小時。

10、在一些實施方案中，燒結(jié)還包括在至少10兆帕的壓力下將經(jīng)氟化物處理和固態(tài)反應的石榴石基材料粉末熱壓成球粒。

11、在一些實施方案中，該方法還包括，在燒結(jié)之后，將殘留的碳酸鋰或新形成的、燒結(jié)后的碳酸鋰與氟化鋰配對，并且產(chǎn)生被配置用于促進鋰離子擴散通過石榴石基固體電解質(zhì)隔離件的晶界的空間電荷。

12、在一些實施方案中，固體電解質(zhì)隔離件包括含有l(wèi)if和li2co3的混合物或lif和lialo2的混合物的晶界。

13、根據(jù)一個替代實施方案，提供了制造用于電池組電池的固體電解質(zhì)隔離件的方法。該方法包括制造固體電解質(zhì)隔離件，其包括用氟化鋁涂覆llzo粉末，該llzo粉末最初包括在llzo粉末的外表面上的碳酸鋰層，以產(chǎn)生經(jīng)氟化物處理的llzo粉末。制造隔離件還包括對經(jīng)氟化物處理的llzo粉末進行固態(tài)反應，使得氟化鋁與碳酸鋰層反應以產(chǎn)生氧化鋁、二氧化碳和氟化鋰。固態(tài)反應產(chǎn)生包含氧化鋁和氟化鋰的經(jīng)氟化物處理和固態(tài)反應的llzo粉末。制造隔離件還包括燒結(jié)包含氧化鋁和氟化鋰的經(jīng)氟化物處理和固態(tài)反應的llzo粉末。燒結(jié)包括對經(jīng)氟化物處理和固態(tài)反應的llzo粉末施加壓力以使經(jīng)氟化物處理和固態(tài)反應的llzo粉末致密化并產(chǎn)生固體電解質(zhì)隔離件。該方法還包括制造電池組電池，包括將陽極和陰極設置在外殼內(nèi)，以及將固體電解質(zhì)隔離件設置在陽極和陰極之間并與陽極和陰極接觸。氧化鋁充當摻雜劑以將llzo粉末穩(wěn)定在立方相。

14、在一些實施方案中，涂覆llzo粉末還包括用gaf3、nbf5或taf5涂覆llzo粉末。

15、在一些實施方案中，燒結(jié)還包括利用氟化鋰作為燒結(jié)助劑，從而在燒結(jié)過程中實現(xiàn)相對較低的最低溫度。

16、在一些實施方案中，燒結(jié)還包括隨時間推移對經(jīng)氟化物處理和固態(tài)反應的llzo粉末施加增加的壓力。

17、在一些實施方案中，進行固態(tài)反應包括將經(jīng)氟化物處理的llzo粉末加熱至不超過500℃的溫度。

18、在一些實施方案中，燒結(jié)還包括在80兆帕的壓力下將經(jīng)氟化物處理和固態(tài)反應的llzo粉末加熱至1050℃的溫度，持續(xù)1小時。

19、在一些實施方案中，燒結(jié)還包括在至少10兆帕的壓力下將經(jīng)氟化物處理和固態(tài)反應的llzo粉末熱壓成球粒。

20、根據(jù)一個替代實施方案，提供了用于電池組電池的固體電解質(zhì)隔離件。固體電解質(zhì)隔離件包括通過用氟化鋁涂覆石榴石基材料粉末，該石榴石基材料粉末最初包括在石榴石基材料粉末的外表面上的碳酸鋰層，以產(chǎn)生經(jīng)氟化物處理的石榴石基材料粉末而產(chǎn)生的固體電解質(zhì)隔離件。還通過對經(jīng)氟化物處理的石榴石基材料粉末進行固態(tài)反應，使得氟化鋁與碳酸鋰層反應以產(chǎn)生氧化鋁、二氧化碳和氟化鋰而產(chǎn)生固體電解質(zhì)隔離件。固態(tài)反應產(chǎn)生包含氧化鋁和氟化鋰的經(jīng)氟化物處理和固態(tài)反應的石榴石基材料粉末。還通過燒結(jié)包含氧化鋁和氟化鋰的經(jīng)氟化物處理和固態(tài)反應的石榴石基材料粉末而產(chǎn)生固體電解質(zhì)隔離件。燒結(jié)包括對經(jīng)氟化物處理和固態(tài)反應的石榴石基材料粉末施加壓力以使經(jīng)氟化物處理和固態(tài)反應的石榴石基材料粉末致密化并產(chǎn)生固體電解質(zhì)隔離件。

21、本發(fā)明公開了以下技術(shù)方案。

22、方案1.制造用于電池組電池的石榴石基固體電解質(zhì)隔離件的方法，所述方法包括：

23、用氟化鋁涂覆石榴石基材料粉末，所述石榴石基材料粉末最初包括在石榴石基材料粉末的外表面上的碳酸鋰層，以產(chǎn)生經(jīng)氟化物處理的石榴石基材料粉末；

24、對經(jīng)氟化物處理的石榴石基材料粉末進行固態(tài)反應，使得氟化鋁與碳酸鋰層反應產(chǎn)生氧化鋁、二氧化碳和氟化鋰，其中固態(tài)反應產(chǎn)生包含氧化鋁和氟化鋰的經(jīng)氟化物處理和固態(tài)反應的石榴石基材料粉末；和

25、燒結(jié)包含氧化鋁和氟化鋰的經(jīng)氟化物處理和固態(tài)反應的石榴石基材料粉末，其中所述燒結(jié)包括對經(jīng)氟化物處理和固態(tài)反應的石榴石基材料粉末施加壓力以使經(jīng)氟化物處理和固態(tài)反應的石榴石基材料粉末致密化并產(chǎn)生石榴石基固體電解質(zhì)隔離件。

26、方案2.根據(jù)方案1所述的方法，其中所述石榴石基材料粉末包括鋰鑭鋯氧化物(llzo)粉末或包含鋁、鎵、鈮或鉭作為摻雜劑的摻雜llzo粉末。

27、方案3.根據(jù)方案1所述的方法，其中所述氧化鋁充當摻雜劑以將llzo粉末或摻雜llzo粉末穩(wěn)定在立方相。

28、方案4.根據(jù)方案1所述的方法，其中涂覆石榴石基材料粉末還包括用gaf3、nbf5或taf5涂覆石榴石基材料粉末。

29、方案5.根據(jù)方案1所述的方法，其中涂覆石榴石基材料粉末包括利用原子層沉積(ald)、化學氣相沉積(cvd)、物理氣相沉積(pvd)、溶液方法或石榴石基材料粉末與納米尺寸氟化物，包括a1f3、gaf3、nbf3或taf5的干粉混合。

30、方案6.根據(jù)方案1所述的方法，其中燒結(jié)還包括利用所述氟化鋰作為燒結(jié)助劑，從而在燒結(jié)過程中實現(xiàn)相對較低的最低溫度。

31、方案7.根據(jù)方案1所述的方法，其中燒結(jié)還包括隨時間推移對經(jīng)氟化物處理和固態(tài)反應的石榴石基材料粉末施加增加的壓力。

32、方案8.根據(jù)方案1所述的方法，其中進行固態(tài)反應包括將經(jīng)氟化物處理的石榴石基材料粉末加熱至不超過500℃的溫度。

33、方案9.根據(jù)方案1所述的方法，其中燒結(jié)還包括在80兆帕的壓力下將經(jīng)氟化物處理和固態(tài)反應的石榴石基材料粉末加熱至1050℃的溫度，持續(xù)1小時。

34、方案10.根據(jù)方案1所述的方法，其中燒結(jié)還包括在至少10兆帕的壓力下將經(jīng)氟化物處理和固態(tài)反應的石榴石基材料粉末熱壓成球粒。

35、方案11.根據(jù)方案1所述的方法，其還包括，在燒結(jié)之后，將殘留的碳酸鋰或新形成的燒結(jié)后的碳酸鋰與氟化鋰配對，并且產(chǎn)生被配置用于促進鋰離子擴散通過所述石榴石基固體電解質(zhì)隔離件的晶界的空間電荷。

36、方案12.根據(jù)方案1所述的方法，其中所述固體電解質(zhì)隔離件包括含有l(wèi)if和li2co3的混合物或者lif和lialo2的混合物的晶界。

37、方案13.制造用于電池組電池的固體電解質(zhì)隔離件的方法，所述方法包括：

38、制造固體電解質(zhì)隔離件，其包括：

39、用氟化鋁涂覆llzo粉末，所述llzo粉末最初包括在llzo粉末的外表面上的碳酸鋰層，以產(chǎn)生經(jīng)氟化物處理的llzo粉末；

40、對經(jīng)氟化物處理的llzo粉末進行固態(tài)反應，使得氟化鋁與碳酸鋰層反應生成氧化鋁、二氧化碳和氟化鋰，其中固態(tài)反應生成包含氧化鋁和氟化鋰的經(jīng)氟化物處理和固態(tài)反應的llzo粉末；和

41、燒結(jié)包含氧化鋁和氟化鋰的經(jīng)氟化物處理和固態(tài)反應的llzo粉末，其中燒結(jié)包括對經(jīng)氟化物處理和固態(tài)反應的llzo粉末施加壓力以使經(jīng)氟化物處理和固態(tài)反應的llzo粉末致密化并產(chǎn)生固體電解質(zhì)隔離件；和

42、制造電池組電池，其包括：

43、將陽極和陰極設置在外殼內(nèi)；和

44、將固體電解質(zhì)隔離件設置在陽極和陰極之間并與陽極和陰極接觸；和

45、其中氧化鋁充當摻雜劑以將llzo粉末穩(wěn)定在立方相。

46、方案14.根據(jù)方案13所述的方法，其中涂覆llzo粉末還包括用gaf3、nbf5或taf5涂覆llzo粉末。

47、方案15.根據(jù)方案13所述的方法，其中燒結(jié)還包括利用氟化鋰作為燒結(jié)助劑，從而在燒結(jié)過程中實現(xiàn)相對較低的最低溫度。

48、方案16.根據(jù)方案13所述的方法，其中燒結(jié)還包括隨時間推移對經(jīng)氟化物處理和固態(tài)反應的llzo粉末施加增加的壓力。

49、方案17.根據(jù)方案13所述的方法，其中進行固態(tài)反應包括將經(jīng)氟化物處理的llzo粉末加熱至不超過500℃的溫度。

50、方案18.根據(jù)方案13所述的方法，其中燒結(jié)還包括在80兆帕的壓力下將經(jīng)氟化物處理和固態(tài)反應的llzo粉末加熱至1050℃的溫度，持續(xù)1小時。

51、方案19.根據(jù)方案13所述的方法，其中燒結(jié)還包括在至少10兆帕的壓力下將經(jīng)氟化物處理和固態(tài)反應的llzo粉末熱壓成球粒。

52、方案20.用于電池組電池的固體電解質(zhì)隔離件，其包括：

53、通過以下制造的固體電解質(zhì)隔離件：

54、用氟化鋁涂覆石榴石基材料粉末，所述石榴石基材料粉末最初包括在石榴石基材料粉末的外表面上的碳酸鋰層，以產(chǎn)生經(jīng)氟化物處理的石榴石基材料粉末；

55、對經(jīng)氟化物處理的石榴石基材料粉末進行固態(tài)反應，使得氟化鋁與碳酸鋰層反應產(chǎn)生氧化鋁、二氧化碳和氟化鋰，其中固態(tài)反應產(chǎn)生包含氧化鋁和氟化鋰的經(jīng)氟化物處理和固態(tài)反應的石榴石基材料粉末；和

56、燒結(jié)包含氧化鋁和氟化鋰的經(jīng)氟化物處理和固態(tài)反應的石榴石基材料粉末，其中所述燒結(jié)包括對經(jīng)氟化物處理和固態(tài)反應的石榴石基材料粉末施加壓力以使經(jīng)氟化物處理和固態(tài)反應的石榴石基材料粉末致密化并產(chǎn)生固體電解質(zhì)隔離件。

57、當結(jié)合附圖時，通過以下對實施本公開的最佳模式的詳細描述，本公開的上述特征和優(yōu)點以及其它特征和優(yōu)點將變得顯而易見。