本公开涉及全固态电化学电池及其制备和使用方法，尤其涉及用于全固态电池组的固态电解质材料。
背景技术：
1、本章节提供与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。
2、需要先进的储能装置和系统来满足各种产品的能量和/或功率需求，包括汽车产品例如启停系统(如12v启停系统)、电池组辅助系统、混合动力电动车辆(“hev”)和电动车辆(“ev”)。典型的锂离子电池组包括至少两个电极和电解质和/或隔离件。两个电极之一可以充当正电极或阴极，而另一个电极可以充当负电极或阳极。在负电极和正电极之间可以设置隔离件和/或电解质。电解质适于在电极之间传导锂离子，并且类似于两个电极，可以是固体形式和/或液体形式和/或固体-液体混合形式。在固态电池组的情况下，它包括固态电极和固态电解质，所述固态电解质可物理分隔所述电极，使得不需要单独的隔离件。
3、固态电池组具有超出包括隔离件和液体电解质的电池的优点。这些优点可以包括更长的储存期限和更低的自放电、更简单的热管理、降低的对包装的需求、和在更宽的温度窗口内运行的能力。例如，固态电解质通常是不挥发和不可燃的，这使得电池可以在更严苛的条件下循环而不会发生电势降低或热失控，这是在使用液体电解质时可能会发生的情况。在各种方面，正电极包括富镍电活性材料(例如，在过渡金属晶格上大于或等于约0.6摩尔分数)，例如nmc(lini1-x-ycoxmnyo2)(其中0.10≤x≤0.33，0.10≤y≤0.33)或ncma(lini1-x-y-zcoxmnyalzo2)(其中0.02≤x≤0.20，0.01≤y≤0.12，0.01≤z≤0.08)，其能够提供改善的容量能力(例如，大于200mah/g)，同时允许额外的锂提取而不损害正电极的结构稳定性。然而，这样的材料通常与固态电解质、且特别是硫化物电解质的界面相容性或稳定性较差。在固态电解质层以及固态电极的形成过程中可以使用热压工艺。然而，固态电解质、且特别是硫化物电解质，在升高的温度下常常不利地与富镍的电活性材料发生反应。因此，将合意的是开发能够解决这些挑战的改善的材料及其制备和使用方法。
技术实现思路
1、本章节提供了本公开的总体概述，而不是其全部范围或其全部特征的全面公开。
2、本公开涉及全固态电化学电池及其制备和使用方法，所述电池具有降低的孔隙率，且包括由li3ab6表示的固态电解质材料，其中a为钇(y)、铟(in)、钪(sc)或铒(er)，且b为氯(cl)、溴(br)和/或clxbr(x-1)，其中0<x<1。
3、在各种方面，本公开提供了全固态电化学电池组，其包括：正电极、负电极和设置在所述正电极和所述负电极之间并将其隔开的固态电解质层。所述正电极包括正电活性材料和固态电解质材料。所述固态电解质材料可由li3ab6表示，其中a选自：钇(y)、铟(in)、钪(sc)、铒(er)及其组合，且b选自：氯(cl)、溴(br)、clxbr(x-1)(其中0<x<1)及其组合。所述负电极可以包括负电活性材料。
4、在一方面，所述正电极可以具有小于或等于约15体积%的孔隙率。
5、在一方面，所述正电活性材料可以选自：nmc(lini1-x-ycoxmnyo2)(其中0.10≤x≤0.33，0.10≤y≤0.33)、ncma(lini1-x-y-zcoxmnyalzo2)(其中0.02≤x≤0.20，0.01≤y≤0.12，0.01≤z≤0.08)及其组合。
6、在一方面，所述固态电解质层可以包括固态电解质材料，所述固态电解质材料选自：基于硫化物的固态电解质材料、掺杂卤化物的基于硫化物的固态电解质材料、氧硫化物固态电解质材料、掺杂卤化物的氧硫化物固态电解质材料及其组合。
7、在一方面，所述正电极可以具有大于或等于约70重量%的正电活性材料装载量。
8、在一方面，所述固态电解质层可以具有小于或等于约15体积%的孔隙率，并且所述固态电解质层还可以包括由li3ab6表示的固态电解质材料，其中a选自：钇(y)、铟(in)、钪(sc)、铒(er)及其组合，且b选自：氯(cl)、溴(br)、clxbr(x-1)(其中0<x<1)及其组合。
9、在一方面，所述固态电解质层可进一步包括第二固态电解质材料，所述第二固态电解质材料选自：基于硫化物的固态电解质材料、掺杂卤化物的基于硫化物的固态电解质材料、氧硫化物固态电解质材料、掺杂卤化物的氧硫化物固态电解质材料及其组合。
10、在一方面，所述负电极可以包括锂金属箔。
11、在一方面，所述负电极可以包括负电活性材料，所述负电活性材料选自：锂、硅、氧化硅、石墨、li4+xti5o12(其中0≤x≤3)及其组合。
12、在各种方面，本公开可以提供全固态电化学电池组，其包括：正电极、负电极和设置在所述正电极和所述负电极之间并将其隔开的固态电解质层。所述正电极可以包括正电活性材料。所述负电极可以包括负电活性材料。所述固态电解质层可以包括由li3ab6表示的固态电解质材料，其中a选自：钇(y)、铟(in)、钪(sc)、铒(er)及其组合，且b选自：氯(cl)、溴(br)、clxbr(x-1)(其中0<x<1)及其组合。
13、在一方面，所述固态电解质层可以具有小于或等于约15体积%的孔隙率。
14、在一方面，所述正电活性材料可以选自：nmc(lini1-x-ycoxmnyo2)(其中0.10≤x≤0.33，0.10≤y≤0.33)、ncma(lini1-x-y-zcoxmnyalzo2)(其中0.02≤x≤0.20，0.01≤y≤0.12，0.01≤z≤0.08)及其组合。
15、在一方面，所述正电极还可以包括由li3ab6表示的固态电解质材料，其中a选自：钇(y)、铟(in)、钪(sc)、铒(er)及其组合，且b选自：氯(cl)、溴(br)、clxbr(x-1)(其中0＜x＜1)及其组合。
16、在一方面，所述固态电解质材料可以是第一固态电解质材料，并且所述固态电解质层可以进一步包括第二固态电解质材料，所述第二固态电解质材料选自：基于硫化物的固态电解质材料、掺杂卤化物的基于硫化物的固态电解质材料、氧硫化物固态电解质材料、掺杂卤化物的氧硫化物固态电解质材料及其组合。
17、在一方面，所述正电极可以具有小于或等于约15体积%的孔隙率。
18、在各种方面，本公开可以提供制备全固态电池组的方法。所述方法可以包括：通过使多个固态正电活性粒子和多个固态电解质粒子接触以形成混合物、和在大于或等于约200℃至小于或等于约250℃的温度下对所述混合物施加压力、持续大于或等于约0.1分钟至小于或大于约10分钟的时间段以形成正电极来制备具有小于或等于约15体积%的孔隙率和大于或等于约70重量%的固态正电活性材料装载量的正电极。所述固态电解质粒子可以包括由li3ab6表示的固态电解质材料，其中a选自：钇(y)、铟(in)、钪(sc)、铒(er)及其组合，且b选自：氯(cl)、溴(br)、clxbr(x-1)(其中0<x<1)及其组合。所述压力可以大于或等于75mpa至小于或小于约450 mpa。
19、在一方面，所述多个固态电解质粒子可以是第一多个固态电解质粒子，所述压力是第一压力，所述温度是第一温度，所述时间段是第一时间段，并且所述方法可以进一步包括制备固态电解质层。制备固态电解质层可以包括在大于或等于约200℃至小于或等于约250℃的第二温度下向第二多个固态电解质粒子施加第二压力、持续大于或等于约0.1分钟至小于或小于约10分钟的第二时间段以形成固态电解质层。所述第二压力可以大于或等于约75mpa至小于或等于约450mpa。所述固态电解质层的制备可以与所述正电极的制备同时或相继进行。
20、在一方面，所述固态电解质层可以与所述正电极同时制备，并且所述方法可以进一步包括将所述第二多个固态电解质粒子设置在所述混合物附近。
21、在一方面，所述方法可以进一步包括在所述固态电解质层的暴露表面上或附近设置锂金属箔。
22、在一方面，所述混合物可以是第一混合物，并且所述方法可以进一步包括在由所述第二多个固态电解质粒子限定的暴露表面上或附近设置第二混合物。所述第二混合物可以包括多个固态负电活性粒子和第三多个固态电解质粒子。
23、在一方面，所述第二多个固态电解质粒子可以与所述第一多个固态电解质粒子相同。
24、在一方面，所述固态电解质材料可以是第一固态电解质材料，并且所述第二多个固态电解质粒子可以包括第二固态电解质材料，所述第二固态电解质材料选自：基于硫化物的固态电解质材料、掺杂卤化物的基于硫化物的固态电解质材料、氧硫化物固态电解质材料、掺杂卤化物的氧硫化物固态电解质材料及其组合。
25、本发明公开了以下方案：
26、方案1. 一种全固态电化学电池组，其包括：
27、正电极，其包含正电活性材料和由li3ab6表示的固态电解质材料，其中a选自：钇(y)、铟(in)、钪(sc)、铒(er)及其组合，且b选自：氯(cl)、溴(br)、clxbr(x-1)(其中0<x<1)及其组合；
28、负电极，其包含负电活性材料；和
29、固态电解质层，其设置在所述正电极和所述负电极之间并将其隔开。
30、方案2. 根据方案1所述的全固态电化学电池组，其中所述正电极具有小于或等于约15体积%的孔隙率。
31、方案3. 根据方案2所述的全固态电化学电池组，其中所述正电活性材料选自：nmc(lini1-x-ycoxmnyo2)(其中0.10≤x≤0.33，0.10≤y≤0.33)、ncma(lini1-x-y-zcoxmnyalzo2)(其中0.02≤x≤0.20，0.01≤y≤0.12，0.01≤z≤0.08)及其组合。
32、方案4. 根据方案2所述的全固态电化学电池组，其中所述固态电解质层包含固态电解质材料，所述固态电解质材料选自：基于硫化物的固态电解质材料、掺杂卤化物的基于硫化物的固态电解质材料、氧硫化物固态电解质材料、掺杂卤化物的氧硫化物固态电解质材料及其组合。
33、方案5. 根据方案1所述的全固态电化学电池组，其中所述正电极具有大于或等于约70重量%的正电活性材料装载量。
34、方案6. 根据方案1所述的全固态电化学电池组，其中所述固态电解质层具有小于或等于约15体积%的孔隙率，并且所述固态电解质层还包含由li3ab6表示的固态电解质材料，其中a选自：钇(y)、铟(in)、钪(sc)、铒(er)及其组合，且b选自：氯(cl)、溴(br)、clxbr(x-1)(其中0<x<1)及其组合。
35、方案7. 根据方案6所述的全固态电化学电池组，其中所述固态电解质层进一步包含第二固态电解质材料，所述第二固态电解质材料选自：基于硫化物的固态电解质材料、掺杂卤化物的基于硫化物的固态电解质材料、氧硫化物固态电解质材料、掺杂卤化物的氧硫化物固态电解质材料及其组合。
36、方案8. 根据方案1所述的全固态电化学电池组，其中所述负电极包括锂金属箔。
37、方案9. 根据方案1所述的全固态电化学电池组，其中所述负电极包含负电活性材料，所述负电活性材料选自：锂、硅、氧化硅、石墨、li4+xti5o12(其中0≤x≤3)及其组合。
38、方案10. 一种全固态电化学电池组，其包括：
39、正电极，其包含正电活性材料；
40、负电极，其包含负电活性材料；和
41、固态电解质层，其设置在所述正电极和所述负电极之间并将其隔开，所述固态电解质层包含由li3ab6表示的固态电解质材料，其中a选自：钇(y)、铟(in)、钪(sc)、铒(er)及其组合，且b选自：氯(cl)、溴(br)、clxbr(x-1)(其中0<x<1)及其组合。
42、方案11. 根据方案10所述的全固态电化学电池组，其中所述固态电解质层具有小于或等于约15体积%的孔隙率。
43、方案12. 根据方案10所述的全固态电化学电池组，其中所述正电活性材料选自：nmc(lini1-x-ycoxmnyo2)(其中0.10≤x≤0.33，0.10≤y≤0.33)、ncma(lini1-x-y-zcoxmnyalzo2)(其中0.02≤x≤0.20，0.01≤y≤0.12，0.01≤z≤0.08)及其组合。
44、方案13. 根据方案10所述的全固态电化学电池组，其中所述正电极还包含由li3ab6表示的固态电解质材料，其中a选自：钇(y)、铟(in)、钪(sc)、铒(er)及其组合，且b选自：氯(cl)、溴(br)、clxbr(x-1)(其中0＜x＜1)及其组合。
45、方案14. 根据方案10所述的全固态电化学电池组，其中所述固态电解质材料是第一固态电解质材料，并且所述固态电解质层进一步包含第二固态电解质材料，所述第二固态电解质材料选自：基于硫化物的固态电解质材料、掺杂卤化物的基于硫化物的固态电解质材料、氧硫化物固态电解质材料、掺杂卤化物的氧硫化物固态电解质材料及其组合。
46、方案15. 根据方案10所述的全固态电化学电池组，其中所述正电极具有小于或等于约15体积%的孔隙率。
47、方案16. 一种制备全固态电池组的方法，所述方法包括：
48、通过以下方式制备具有小于或等于约15体积%的孔隙率和大于或等于约70重量%的固态正电活性材料装载量的正电极：
49、使多个固态正电活性粒子和多个固态电解质粒子接触以形成混合物，所述固态电解质粒子包含由li3ab6表示的固态电解质材料，其中a选自：钇(y)、铟(in)、钪(sc)、铒(er)及其组合，且b选自：氯(cl)、溴(br)、clxbr(x-1)(其中0<x<1)及其组合；和
50、在大于或等于约200℃至小于或等于约250℃的温度下对所述混合物施加压力，持续大于或等于约0.1分钟至小于或大于约10分钟的时间段，以形成正电极，所述压力大于或等于约75 mpa至小于或小于约450 mpa。
51、方案17. 根据方案16所述的方法，其中所述多个固态电解质粒子是第一多个固态电解质粒子，所述压力是第一压力，所述温度是第一温度，以及所述时间段是第一时间段，并且所述方法进一步包括：
52、通过以下方式来制备固态电解质层：在大于或等于约200℃至小于或等于约250℃的第二温度下向第二多个固态电解质粒子施加第二压力、持续大于或等于约0.1分钟至小于或小于约10分钟的第二时间段以形成所述固态电解质层，所述第二压力大于或等于约75mpa至小于或等于约450mpa，并且所述固态电解质层的制备与所述正电极的制备同时或相继进行。
53、方案18. 根据方案17所述的方法，其中所述固态电解质层与所述正电极同时制备，并且所述方法进一步包括将所述第二多个固态电解质粒子设置在所述混合物附近。
54、方案19. 根据方案18所述的方法，其中所述方法进一步包括在所述固态电解质层的暴露表面上或附近设置锂金属箔。
55、方案20. 根据方案18所述的方法，其中所述混合物是第一混合物，所述方法进一步包括在由所述第二多个固态电解质粒子限定的暴露表面上或附近设置第二混合物，所述第二混合物包括多个固态负电活性粒子和第三多个固态电解质粒子。
56、方案21. 根据方案17所述的方法，其中所述第二多个固态电解质粒子与所述第一多个固态电解质粒子相同。
57、方案22. 根据方案17所述的方法，其中所述固态电解质材料是第一固态电解质材料，并且所述第二多个固态电解质粒子包括第二固态电解质材料，所述第二固态电解质材料选自：基于硫化物的固态电解质材料、掺杂卤化物的基于硫化物的固态电解质材料、氧硫化物固态电解质材料、掺杂卤化物的氧硫化物固态电解质材料及其组合。
58、从本文中提供的描述中其它应用领域将变得显而易见。本
技术实现要素：
中的描述和具体实例仅意在用于说明目的，而非意在限制本公开的范围。