ТЕРМОСТОЙКИЙ СЛОЙ ДЛЯ НЕВОДНОЙ И ТВЕРДОТЕЛЬНОЙ БАТАРЕИ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ

1. Электрохимический элемент, содержащий
анод, содержащий:
проводящий слой; и
активный слой, нанесенный на проводящий слой;
катод, содержащий:
проводящий слой; и
активный слой, нанесенный на проводящий слой; и
термостойкое покрытие на по меньшей мере одном из активного слоя анода и активного слоя катода, содержащее керамический материал, причем термостойкое покрытие присоединено к по меньшей мере одному из анода и катода благодаря пластической деформации частиц, которые образуют термостойкое покрытие, которая происходит во время сухого осаждения.
2. Электрохимический элемент по п.1, при этом частицы в термостойком покрытии доставляются при высокой скорости к по меньшей мере одному из активного слоя анода и активного слоя катода для увеличения кинетической энергии частиц, частицы подвергаются пластической деформации и присоединяются к по меньшей мере одному из активного слоя анода и активного слоя катода при столкновении с по меньшей мере одним из активного слоя анода и активного слоя катода.
3. Электрохимический элемент по п.1, при этом керамический материал включает по меньшей мере один из неорганического оксида, неорганического карбида, неорганического нитрида и двойного неорганического оксида, электрохимический элемент дополнительно содержит неводный жидкий электролит в сообщении с анодом и катодом, керамический материал способен проводить ионы лития между анодом и катодом после смачивания жидким электролитом.
2
2
2
2
3
2
2
2
2
3
2
5
3
3
4. Электрохимический элемент по п.3, при этом керамический материал содержит по меньшей мере один из CaO, LiO, SnO, ZrO, AlO, TiO, CeO, GeO, YO, PO, SrTiO и BaTiO.
5. Электрохимический элемент по п.1, при этом керамический материал служит в качестве твердого электролита, который способен проводить ионы лития между анодом и катодом.
4
2
3
2
2
5
2
2
2
3
2
2
5
4
3
6. Электрохимический элемент по п.5, при этом керамический материал содержит по меньшей мере одну керамику суперионного проводника, выбранную из группы, состоящей из β-LiAlSiO, Li-β-AlO, стекол LiS-PS-SiS, стекол LiO-CrO-GeO-PO, LiZrTiAl(PO), LiLaTiO и фосфатов лития-алюминия-германия.
7. Электрохимический элемент по п.1, при этом активный материал в активном слое анода и активный материал в активном слое катода отличаются от керамического материала в термостойком покрытии.
8. Электрохимический элемент по п.7, при этом активный материал в активном слое анода содержит по меньшей мере один из оксида металлического лития, металла, оксида металла и углерода, и при этом активный материал в активном слое катода содержит по меньшей мере один литированный оксид переходного металла.
9. Электрохимический элемент по п.1, при этом активный материал в активном слое анода и активный материал в активном слое катода имеют больший размер частиц, чем керамический материал в термостойком покрытии.
10. Электрохимический элемент по п.1, при этом активный слой анода и активный слой катода толще, чем термостойкое покрытие.
11. Электрохимический элемент по п.1, при этом термостойкое покрытие имеет толщину от 1 мкм до 30 мкм и пористость от 30% до 80%.
12. Электрохимический элемент по п.1, при этом термостойкое покрытие дополнительно содержит полимерный связующий материал и, необязательно, пенообразователь.
13. Электрохимический элемент по п.1, при этом термостойкое покрытие нанесено как на активный слой анода, так и на активный слой катода, при этом термостойкое покрытие на активном слое анода и термостойкое покрытие на активном слое катода содержат различные керамические материалы.
14. Электрохимический элемент по п.1, при этом электрохимический элемент не содержит полимерного сепаратора между анодом и катодом.
15. Электрохимический элемент по п.1, дополнительно содержащий полимерный сепаратор между анодом и катодом, при этом термостойкое покрытие также нанесено на одну или обе стороны полимерного сепаратора.
16. Способ изготовления электрохимического элемента, включающий стадии:
обеспечения наличия анода, содержащего:
проводящий слой и
активный слой, нанесенный на проводящий слой;
обеспечения наличия катода, содержащего:
проводящий слой; и
активный слой, нанесенный на проводящий слой; и
формирования термостойкого покрытия на по меньшей мере одном из анода и катода посредством направления смеси порошок-газ с высокой скоростью к по меньшей мере одному из активного слоя анода и активного слоя катода.
17. Способ по п.16, при этом смесь порошок-газ содержит керамический порошок и газ-носитель, и при этом высокая скорость на стадии формирования составляет 100 м/с или более.
18. Способ по п.17, при этом газ-носитель представляет собой по меньшей мере один из воздуха, азота, гелия и аргона, нагретый до температуры от 100°C до 450°C и доведенный до давления от 10 атм до 40 атм.
19. Способ по п.17, дополнительно включающий стадию расположения анода в электрическом сообщении с катодом.
20. Способ изготовления электрохимического элемента, содержащего анод, имеющий проводящий слой и активный слой, катод, имеющий проводящий слой и активный слой, и, необязательно, сепаратор, способ включает стадии:
обеспечения наличия сухого керамического порошка;
объединения сухого керамического порошка с газом-носителем с получением смеси порошок-газ; и
направления смеси порошок-газ с высокой скоростью к по меньшей мере одному из анода, катода и сепаратора с формированием термостойкого покрытия на по меньшей мере одном из анода, катода и сепаратора.
21. Способ по п.20, при этом сухой керамический порошок имеет размер первичных частиц от 0,05 мкм до 5 мкм, причем первичные частицы агломерированы в более крупные частицы.
22. Способ по п.20, дополнительно включающий стадию перемешивания керамического порошка с сухим связующим порошком.
23. Способ по п.20, при этом керамический порошок в термостойком покрытии представляет собой керамику суперионного проводника, термостойкое покрытие служит в качестве твердого электролита между анодом и катодом.
24. Способ изготовления твердотельного электрохимического элемента, включающий стадии:
направления первой смеси порошок-газ к первой подложке с формированием активного слоя анода;
направления второй смеси порошок-газ ко второй подложке с формированием активного слоя катода; и
направления третьей смеси порошок-газ к по меньшей мере одному из активного слоя анода и активного слоя катода с формированием термостойкого покрытия на по меньшей мере одном из анода и катода.
25. Способ по п.24, при этом вторая подложка представляет собой термостойкое покрытие, а стадии осуществляют в следующем порядке:
(1) направление первой смеси порошок-газ к первой подложке с формированием активного слоя анода;
(2) направление третьей смеси порошок-газ к активному слою анода с формированием термостойкого покрытия на аноде; и
(3) направление второй смеси порошок-газ к термостойкому покрытию с формированием активного слоя катода.
26. Способ по п.24, при этом первая подложка представляет собой термостойкое покрытие, а стадии осуществляют в следующем порядке:
(1) направление второй смеси порошок-газ ко второй подложке с формированием активного слоя катода;
(2) направление третьей смеси порошок-газ к активному слою катода с формированием термостойкого покрытия на катоде; и
(3) направление первой смеси порошок-газ к термостойкому покрытию с формированием активного слоя анода.
27. Способ по п.24, при этом каждая стадия направления включает направление соответствующей из первой, второй и третьей смесей порошок-газ к опоре с высокой скоростью, причем опора удерживает соответствующий из анода, катода, первой подложки и второй подложки.
+
28. Способ по п.24, при этом третья смесь порошок-газ содержит проводящий Liтвердый электролит, присутствующий в порошке от 60 мас.% до 100 мас.%, и при этом термостойкое покрытие имеет пористость от 0% до 30%.
+
29. Способ по п.24, при этом каждая из первой и второй смесей порошок-газ содержит проводящий Liтвердый электролит, присутствующий в порошке от 0 мас.% до 40 мас.%, и при этом активный слой анода и активный слой катода имеют пористости от 0% до 30%.