本發(fā)明涉及一種具有包含金屬有機(jī)框架的陽極層的全固態(tài)電池。

背景技術(shù)：

1、如今，從汽車、如電力存儲(chǔ)系統(tǒng)等大型設(shè)備到如移動(dòng)電話、攝像機(jī)、筆記本電腦等小型設(shè)備均廣泛使用二次電池。

2、隨著二次電池的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，改善電池安全性和更高性能的需求不斷增加。

3、鋰二次電池是二次電池的一種，與鎳錳電池或鎳鎘電池相比，具有能量密度高和單位面積容量大的優(yōu)點(diǎn)。

4、然而，常規(guī)鋰二次電池中使用的大多數(shù)電解質(zhì)是液體電解質(zhì)，例如有機(jī)溶劑等。因此，比如電解質(zhì)泄漏以及由此引起的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的安全性問題不斷被提出。

5、因此，最近在全固態(tài)電池中使用固體電解質(zhì)作為電解質(zhì)而不是液體電解質(zhì)以提高鋰二次電池的安全性的興趣有所增加。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種包含電極層的全固態(tài)電池，其電極層包含金屬有機(jī)框架(metal-organic?framework，mof)。

2、在特定實(shí)施方式中，提供一種包含陽極(anode)層的全固態(tài)電池，其陽極層包含金屬有機(jī)框架(mof)。適當(dāng)?shù)?，陽極層包含固體電解質(zhì)和金屬有機(jī)框架(mof)。

3、一方面，全固態(tài)電池可以包含：1)陽極集流體；2)設(shè)置于陽極集流體上的陽極層；3)設(shè)置于陽極層上的固體電解質(zhì)層；4)任選地，設(shè)置于固體電解質(zhì)層上的陰極(cathode)層；5)任選地，設(shè)置于陰極層上的陰極集流體，其中陽極層可以包含固體電解質(zhì)和金屬有機(jī)框架(mof)。

4、固體電解質(zhì)層可以包含硫化物類固體電解質(zhì)。

5、在某些實(shí)施方式中，電池的固體電解質(zhì)可以包含硫化物類固體電解質(zhì)。固體電解質(zhì)層可以包含硫化物類固體電解質(zhì)。固體電解質(zhì)可以與固體電解質(zhì)層的固體電解質(zhì)相同。

6、術(shù)語“金屬有機(jī)框架”和“mof”在本文中根據(jù)其通常含義使用并且是指包括與有機(jī)配體配位的金屬原子的組合物(例如，金屬有機(jī)框架連接體(linker))。一方面，金屬有機(jī)框架可以命名為通過配體連接的金屬節(jié)點(diǎn)的周期性配位網(wǎng)絡(luò)。有機(jī)配體(例如，金屬有機(jī)框架連接體)、金屬離子節(jié)點(diǎn)和任選的附加離子(例如，o2-)可以統(tǒng)稱為二級(jí)構(gòu)建(building)單元(sbu)。在實(shí)施方式中，sbu包括金屬和金屬有機(jī)框架連接體。在實(shí)施方式中，sbu包括金屬離子節(jié)點(diǎn)。在實(shí)施方式中，金屬有機(jī)框架包括一個(gè)或多個(gè)金屬有機(jī)框架連接體，該連接體可相同或不同。

7、術(shù)語“金屬有機(jī)框架連接體”或“配體”按照其在化學(xué)和mof化學(xué)中的通常含義使用，并且是指在mof中通過金屬結(jié)合配體部分或金屬結(jié)合原子的方式能夠連接金屬(例如，金屬原子、sbu內(nèi)的金屬離子節(jié)點(diǎn)、金屬離子節(jié)點(diǎn))的有機(jī)配體。在實(shí)施方式中，金屬有機(jī)框架連接體與一不同的金屬有機(jī)框架連接體共價(jià)連接(如，直接或間接)。在實(shí)施方式中，第一金屬有機(jī)框架連接體通過共價(jià)連接體部分(如，聚合物)與第二金屬有機(jī)框架連接體共價(jià)連接。在實(shí)施方式中，第一金屬有機(jī)框架連接體與一相同的第二金屬有機(jī)框架連接體共價(jià)連接。在實(shí)施方式中，金屬有機(jī)框架連接體是二價(jià)的。在實(shí)施方式中，金屬有機(jī)框架連接體是取代的對(duì)苯二甲酸(terephthalic?acid)。在實(shí)施方式中，金屬有機(jī)框架連接體包括二位或多位金屬結(jié)合配體部分。金屬有機(jī)框架連接體已在美國專利no.7,196,210中報(bào)道。

8、在實(shí)施方式中，金屬有機(jī)框架可以包含：金屬離子；和與金屬離子鍵合的有機(jī)配體。

9、在實(shí)施方式中，金屬離子可以包括選自鋰(li)、錳(mn)、鎳(ni)、鈷(co)、及其組合的至少一種金屬的離子。

10、在實(shí)施方式中，有機(jī)配體可以包括選自1,4-苯二甲酸(1,4-benzenedicarboxylicacid，1,4-bdca)、2,6-萘二甲酸(2,6-naphthalenedicarboxylic?acid，2,6-ndca)、鞣花酸(ellagic?acid，ea)、1,4,5,8-萘四甲酸(1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic?acid，1,4,5,8-ntca)、3,4,9,10-芘四羧酸(3,4,9,10-perylenetetracarboxylic?acid，3,4,9,10-ptca)、聯(lián)苯四甲酸(biphenyltetracarboxylic?acid，bptc)、2,5-噻吩二羧酸(2,5-thiophenedicarboxylic?acid，2,5-tpdc)、及其組合的至少一種。

11、在特定的方面，有機(jī)配體可以包含2,5-噻吩二羧酸(2,5-tpdc)，其顯示提供顯著的結(jié)果。見以下實(shí)施例。

12、在某些實(shí)施方式中，陽極層可以包含約30重量％至約55重量％的固體電解質(zhì)和約45重量％至約70重量％的金屬有機(jī)框架。陽極層可以包含大于約55重量％的固體電解質(zhì)和小于約45重量％的mof。

13、在某些體系中，全固態(tài)電池還可以包含插入于陽極層和固體電解質(zhì)層之間的鋰層。

14、在某些體系中，鋰層可以包含鋰粉。

15、根據(jù)本發(fā)明，可以獲得具有包含金屬有機(jī)框架的陽極層的全固態(tài)電池。

16、根據(jù)本發(fā)明，可以獲得初始庫倫效率得到改善的全固態(tài)電池。

17、根據(jù)本發(fā)明，可以獲得容量保持率得到改善的全固態(tài)電池。

18、在一些實(shí)施方式中，全固態(tài)電池包含陽極層，該陽極層包含固體電解質(zhì)和金屬有機(jī)框架(mof)；鋰層設(shè)置于陽極層上；固體電解質(zhì)層設(shè)置于鋰層上；并且陰極層設(shè)置于固體電解質(zhì)層上。

19、在一些實(shí)施方式中，全固態(tài)電池包含陽極層，該陽極層包含固體電解質(zhì)和金屬有機(jī)框架mof，該金屬有機(jī)框架mof包含鈷作為金屬離子和2,5-噻吩二羧酸(2,5-tpdc)作為與所述金屬離子鍵合的有機(jī)配體；鋰層設(shè)置于陽極層上；固體電解質(zhì)層設(shè)置于鋰層上；陰極層設(shè)置于固體電解質(zhì)層上。

20、本發(fā)明還提供一種包含本文所述的全固態(tài)電池的車輛。

21、本文使用的術(shù)語“全固態(tài)電池”包括或是指包括固態(tài)，如凝膠或聚合物(固化的)的電解質(zhì)的可再充電電池(包括二次電池)，其可以包括離聚物和在電池的電極之間使離子遷移的其他電解組分。

22、本發(fā)明的其他實(shí)施方式在下文中公開。

23、本發(fā)明的效果不限于上述效果。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的效果包括可以從以下說明書推斷出的所有效果。

技術(shù)特征：

1.一種全固態(tài)電池，其包含：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全固態(tài)電池，其中所述固體電解質(zhì)包含硫化物類固體電解質(zhì)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全固態(tài)電池，其中所述固體電解質(zhì)層包含硫化物類固體電解質(zhì)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全固態(tài)電池，其中所述固體電解質(zhì)與所述固體電解質(zhì)層的固體電解質(zhì)相同。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全固態(tài)電池，其中所述mof包含：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的全固態(tài)電池，其中所述金屬離子包含至少一種選自鋰li、錳mn、鎳ni、鈷co、及其組合的金屬的離子。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的全固態(tài)電池，其中所述有機(jī)配體是雜環(huán)的。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的全固態(tài)電池，其中所述有機(jī)配體包含選自1,4-苯二甲酸、2,6-萘二甲酸、鞣花酸、1,4,5,8-萘四甲酸、3,4,9,10-芘四羧酸、聯(lián)苯四甲酸、2,5-噻吩二羧酸、及其組合的至少一種。

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的全固態(tài)電池，其中所述有機(jī)配體包含2,5-噻吩二羧酸。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全固態(tài)電池，其中所述陽極層包含30重量％至55重量％的所述固體電解質(zhì)和45重量％至70重量％的所述mof。

11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全固態(tài)電池，其中所述陽極層包含大于55重量％的所述固體電解質(zhì)和小于45重量％的所述mof。

12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全固態(tài)電池，其中所述全固態(tài)電池還包含插入于所述陽極層和所述固體電解質(zhì)層之間的鋰層。

13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的全固態(tài)電池，其中所述鋰層包含鋰粉末。

14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全固態(tài)電池，其中所述陽極層設(shè)置于陽極集流體上。

15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全固態(tài)電池，其中陰極集流體設(shè)置于所述陰極層上。

16.一種全固態(tài)電池，其包含：

17.一種全固態(tài)電池，其包含：

18.一種車輛，其包含權(quán)利要求1所述的全固態(tài)電池。

19.一種車輛，其包含權(quán)利要求16所述的全固態(tài)電池。

20.一種車輛，其包含權(quán)利要求17所述的全固態(tài)電池。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種全固態(tài)電池，其具有包含固體電解質(zhì)和金屬有機(jī)框架的陽極層；設(shè)置于陽極層上的固體電解質(zhì)層；以及設(shè)置于固體電解質(zhì)層上的陰極層。全固態(tài)電池還可以包含插入于陽極層和固體電解質(zhì)層之間的鋰層。

技術(shù)研發(fā)人員：裴基潤,孫參翼,金志永,樸宗爀,柳旻諸
受保護(hù)的技術(shù)使用者：現(xiàn)代自動(dòng)車株式會(huì)社
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9