CN108365267A - 制造固态电池组的电极层压体的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及制造固态电池组电池的电极层压体的方法，包括方法步骤：a)提供基本由金属组成并在其表面至少一部分上结构化的负电极；b)提供聚合物电解质前体；c)在负电极的结构化表面至少一部分上施加聚合物电解质前体；d)加热聚合物电解质前体和/或负电极至聚合物电解质前体的组成部分至少之一的熔化温度以上的温度，以便在负电极的结构化表面至少一部分上形成聚合物电解质层；e)提供包含至少一个集流体和至少一种正极活性材料的正电极；f)上下叠放负电极和包含至少一个集流体和至少一种正极活性材料的正电极，使聚合物电解质层在负电极和正电极之间，以便形成电极堆叠；g)挤压电极堆叠，以便获得稳定的电极层压体。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于制造电极层压体（Elektrodenlaminat）的方法，以及按照该方法获得的电极层压体及其在电化学的电池组电池中的用途。
背景技术
固态电池组电池、尤其是聚合物电池组电池是重要的一组电化学蓄能器。它们由于不存在液态电解质来以经提高的安全性而出众。通常，这种聚合物电池组电池的制造首先包括正电极的制造。为此，通常提供一种活性材料浆料（Aktivmaterialaufschlämmung），其包含至少一种活性材料、聚合物、锂盐和在必要时的其他导电添加剂。典型地，使用非质子有机溶剂，比如乙腈或环己酮来制造浆料。为此，首先使聚合物在混合器（Mischer）中溶解在溶剂中。随后，剩余的组分被依次加入并被小心地相互混合，以便获得均匀的混合物。在必要时，从混合物去除（befreien）一部分溶剂，并以糊状物质的形式施加该混合物到集流体（Stromsammler）上。随后，必要时在经提高的温度下，除去剩余的溶剂，以便获得多细孔的正电极（阴极）。
在下一个步骤中，通常制造电解质浆料，其方式为，在加入溶剂的情况下使适合的聚合物和导电盐在混合器中溶解。通常，在此情况下使用与制造活性材料浆料的情况下相同的溶剂和相同的混合器类型。含有溶剂的电解质浆料被施加到正电极的表面，并随后去除溶剂。
最后，将负电极（阳极）布置在如此获得的层压体上，使得电解质层处于正电极和负电极之间。
但是，这种常规方法有多个缺点。各个步骤是非常时间耗费的，因为组成部分（尤其是聚合物组分）的溶解是费时的。此外必要的是，含有溶剂的电解质浆料具有并不过高的粘度，以便获得均匀的电解质层并且实现各个层之间的良好连接。尤其是，电解质浆料应具有低粘度，以便能够渗入到正电极的细孔中并且实现完美的连接。通过由于电解质浆料的溶剂在其施加期间所引起的空气夹杂和正电极的活性材料组合物的部分溶解而得出其他缺点。
US2012/040243公开一种用于制造电极的方法，所述电极包含集流体和层压在其上的活性材料，其中，该方法也适应于不添加液体或溶剂的情况。为此，活性材料组合物的组成部分与粒状粘合剂被一起加入到混合器中，以便实现粘合剂的纤维化（Fibrillierung）。 因此形成可以借助压延机施加到集流体的表面上的物质。在此，所期望的原纤化的粘合剂颗粒的制造需要精确的方法控制。尽管不存在溶剂和其他液体，在这里也可能发生电池组电池的正极活性材料（positives Aktivmaterial）、集流体和其他组成部分，尤其是固态电解质之间的不充分的连接。
JP2014-127333描述一种正电极，其中，集流体的表面具有凹陷，其能够部分地容纳被施加到该表面的颗粒状的活性材料。这改善活性材料在集流体上的接合。在电极与固态电解质之间的良好接触因此不能被保证。
从现有技术中已知的这些方法需要用于制造正电极的特殊技术，这些特殊技术部分地需要巨大的耗费。但是，这些特殊技术不能确保也对于电池组电池的其他组成部分，例如也对于电解质和负电极形成稳定的连接，其中形成电池组电池的各个组件之间的良好的接触。
发明内容
因此，本发明的任务基于，提供一种方法，其能够以简单的技术方法制造稳定的电极层压体的方法。所述任务已经通过接下来所描述的本发明得以解决。
本发明涉及一种用于制造固态电池组电池的电极层压体的方法，该方法包括以下方法步骤：
a) 提供负电极，该负电极基本上由金属组成并且在自身表面的至少一部分上是结构化的；
b) 提供聚合物电解质前体（Polymerelektrolytprecursor）；
c) 将所述聚合物电解质前体施加在负电极的结构化的表面的至少一部分上；
d) 将聚合物电解质前体和/或负电极加热至聚合物电解质前体的组成部分至少之一的熔化温度以上的温度，以便因此在负电极的结构化的表面的至少一部分上形成聚合物电解质层；
e) 提供正电极，该正电极包含至少一个集流体和至少一种正极活性材料；
f) 将负电极和正电极上下叠放，使得聚合物电解质层处于负电极和正电极之间，以便因此形成电极堆叠，其中该正电极包含至少一个集流体和至少一种正极活性材料；
g) 挤压该电极堆叠，以便因此获得稳定的电极层压体。
在本发明的意义上的电极层压体是复合物，该复合物包含至少一个负电极、至少一个正电极和至少一个被布置在该负电极和该正电极之间的聚合物电解质层。该复合物是层压体，在该层压体中，电极和聚合物电解质层的上下叠放的各个表面被彼此固定连接。在此，聚合物电解质层被这样设计，使得该聚合物电解质层防止负电极与正电极的直接电接触。
在本发明意义上的固态电池组电池是如下的固态电池组电池，该固态电池组电池包含至少一个负电极（阳极）、至少一个正电极（阴极）以及至少一种固态电解质，尤其是聚合物电解质，其中，固态电池组电池不含有在固态电池组电池的运行温度情况下或在室温情况下为液态的组成部分。尤其是，该固态电池组电池不包含在0℃至40℃的温度范围内为液态的组成部分。固态电池组包括至少一个这样的固态电池组电池。也可以使多个固态电池组电池在固态电池组中彼此连接。
为了确保固态电池组电池中不存在液体并且防止固态电池组电池中的不期望的液体夹杂，所建议的方法因此优选以没有溶剂的方式来执行。
在第一方法步骤中提供负电极。该负电极是由金属制成的。在此，可以涉及基本上原子类型（Atomsorte）的纯金属（例如具有> 98原子％的纯度）。可替代地，也可以使用不同金属的合金或多金属层压体。在一种实施方式中，负电极例如以金属片或金属箔的形式由锂或含锂合金构成，例如由锂铋合金、锂铜合金或锂铝合金构成。在此，金属片的厚度在≤1000µm的范围内。优选使用具有≤300µm的、尤其是在5至200µm范围内的厚度的金属箔。在一个优选的实施方式中，负电极至少部分地由锂组成。这可以这样实现：例如使用基本上纯的锂箔或基本上纯的锂片。可替代地，也可以使用例如由铜或铝组成的金属片或金属箔，该金属片或金属箔在至少一个表面上配备有锂覆层。在这种情况下，锂覆层的层厚度在≥10nm至≤10µm的范围内、尤其是在≥20nm至≤200 nm的范围内。然而，优选使用基本上纯的锂箔或基本上纯的锂片。
负电极在其表面的至少一部分上、尤其是在由锂金属组成的表面的一部分上具有结构化，例如以在表面中的凹陷的形式。本发明意义上的术语“凹陷”尤其是被理解为孔状或栅格状的结构。
根据本发明的一种优选的实施方式，凹陷的平均直径为≥1nm至≤150μm。
在此，当凹陷包括栅格结构或类似栅格的结构时，“直径”是指垂直于栅格方向的横截面的截面当量直径（=相同横截面的圆面积的直径）。
优选凹陷的平均直径为≥20nm至≤100μm、更优选为≥40μm至≤70μm。
优选凹陷平均延伸至锂金属层的层厚的≤50％。由此可以在大多数应用中实现电极层压体的层之间的良好连接，而不降低负电极的稳定性。优选凹陷平均延伸至锂金属层的层厚的≥20％，以便实现表面的足够显著的结构化。更显著的凹陷可以优选这样实现，使得使用由锂金属层组成的层压体，该锂金属层在由另一种金属，例如由铜和铝组成的金属箔或金属片上。它们用作支撑结构并且可以更大程度地被结构化。
在一种优选的实施方式中，凹陷具有锥形或金字塔形的形状，该形状也可以在必要时以多个级（Stufe）的方式来构造。在一种可替代的实施方式中，凹陷以沟槽（Rinnen）的形式来构造。
优选地，从相应的凹陷的边缘来测量，两个凹陷之间的平均间隔大于或等于凹陷的平均直径的0.1倍至小于或等于5倍，优选从大于或等于凹陷的平均直径的0.3倍至小于或等于3倍，尤其是从大于或等于凹陷的平均直径的0.5倍至小于或等于2倍。
优选地，负电极的表面上的凹陷的面积比率为≥10％至≤90％。这证明是特别优选的，以便实现负电极和电解质之间的良好连接。
还更优选地，负电极的表面上的凹陷的面积比率为≥20％至≤80％，以及最优选为≥30％至≤70％。
在按照本发明的方法的一种优选的实施方式中，负电极包括锂箔，该锂箔通过将同样结构化的掩模（Maske）压紧在该锂箔的表面的至少一部分上来被结构化。
可以利用每种对于本领域技术人员已知的方法，在使用对此适合的掩模的情况下，例如在使用压机、冲模、结构化刮刀（Strukturrakel）或结构化辊的情况下，进行对负电极的表面的结构化。
鉴于在连续制造方法中的优选执行方案方面，优选地使用结构化辊。这已被证明是特别适宜的，因为在电极制造中的大多应用情况下已设置了轧制步骤，并且因此可以通过简单地更换辊来制造根据本发明的电极。
所使用的工具在表面上具有结构化的负电极的表面的力求的目标结构的负像（Negativ）。这意味着该工具在其表面上具有以金字塔、圆锥等形状的突起。
在该方法的下一个步骤（方法步骤b））中，将聚合物电解质前体施加到负电极的表面的至少一部分上。
在本发明的意义上的聚合物电解质前体是一种均匀的、优选粉状的混合物，其包含至少一种聚合物和导电盐，该至少一种聚合物和导电盐以相互组合的方式适合用于形成聚合物电解质。聚合物电解质前体可以被转化为聚合物电解质，其方式为，在不添加溶剂的情况下将包括至少一种聚合物和至少一种导电盐的混合物转变为以组合物（Zusammensetzung）形式的连续相。该粉末以粉末的组成部分的平均粒度为≤1mm而出色。
在本发明的意义上的聚合物电解质是如下聚合物组合物，该聚合物组合物针对至少一种离子类型（Ionensorte）具有离子导电性。聚合物电解质包含至少一种聚合物和至少一种导电盐。作为适合的聚合物应列举：聚亚烷基氧化物，诸如聚氧化乙烯（PEO）和聚氧化丙烯（PPO））；聚亚烷基氧化物-共聚物，例如聚苯乙烯-聚亚烷基氧化物-共聚物，尤其是是聚苯乙烯-b-聚氧化乙烯（SEO））；聚丙烯酸酯，诸如聚[2-（2-甲氧基乙氧基乙基缩水甘油醚）]（PMEEGE）；聚磷腈；聚硅氧烷；聚偏氟乙烯（PVDF）；聚偏氟乙烯-聚六氟丙烯共聚物（PVDF-HFP）；聚丙烯腈（PAN）和苯乙烯-丁二烯-共聚物（SBR）。
在一种实施方式中，适合的聚合物电解质包括亚烷基氧化物与丙烯酸酯、磷腈或硅氧烷的共聚物，其中，丙烯酸酯、磷腈或硅氧烷聚合链作为主链存在，以作为侧链的聚亚烷基链来取代该主链。此外，聚合物电解质也可以包括上面列举的聚合物的混合物。
在一种特别优选的实施方式中，至少一种聚合物来自基于聚亚烷基氧化物的聚合物，尤其是聚氧化乙烯-均聚物（PEO）和聚苯乙烯-聚氧化乙烯-嵌段共聚物（SEO）及其混合物。
此外，聚合物电解质或聚合物电解质前体包括至少一种导电盐。在此情况下，其尤其是一种碱金属盐。特别优选的是钠盐和锂盐，特别是锂盐。针对这种锂导电盐的合适的示例包括：六氟磷酸锂（LiPF6）、四氟硼酸锂（LiBF4）、LiSbF6、LiAsF6、Li(CF3)SO2NSO2(CF3)(LiTFSI)、LiClO4,、双（草酸）硼酸锂（Li[B(C2O4)2], LiBOB）和二氟（草酸）硼酸锂（Li[BF2(C2O4)], LiDFOB）。导电盐可以分别单独地被使用或相互组合地被使用。特别优选使用Li(CF3)SO2NSO2(CF3) (LiTFSI)作为导电盐。
本发明的一种优选的实施方式涉及如下聚合物电解质或聚合物电解质前体，包括：由聚氧化乙烯-均聚物（PEO）和Li(CF3)SO2NSO2(CF3) (LiTFSI)组成的混合物；或由聚苯乙烯-聚氧化乙烯嵌段共聚物（SEO）和Li(CF3)SO2NSO2(CF3) (LiTFSI)组成的混合物。
至少一种导电盐优选地占聚合物电解质的总重量的至少30至70重量%的份额。
聚合物电解质前体被施加在负电极的结构化的表面的至少一部分上。这可以通过每种本领域技术人员已知的方法来进行，例如通过将聚合物电解质前体倾倒到表面上，并且随后刮涂（Rakeln）优选为粉状的混合物，以便实现聚合物电解质前体的均匀分布。
在下一个方法步骤（d）中，将聚合物电解质前体和/或负电极加热至聚合物电解质前体的组成部分至少之一的熔化温度以上的温度。通常，在此情况下，其涉及具有最低熔化温度的聚合物电解质前体的聚合物组成部分。由此实现，在负电极的结构化的表面的至少一部分上形成聚合物电解质层，其方式为，将聚合物电解质前体转化成连续的聚合物电解质。其渗入到负电极的结构化的表面上的凹陷中，并因此改善负电极与电解质之间的稳定性和连接。
为此所需要的温度尤其取决于分别使用的一种或多种聚合物。优选地应用在≥70℃至≤150℃的范围内的，尤其是在≥75℃至≤120℃的范围内的温度。
为了在负电极的表面上获得尽可能均匀的聚合物电解质层，优选地，不仅将聚合物电解质前体而且也将负电极加热到所需要的温度。在一种优选的实施方式中，附加地应用≤1bar，尤其是≤0.7bar，例如≥0.1至≤0.5bar的经减小的压力，以便因此降低气体夹杂的危险。
在一种优选的实施方式中，由聚合物电解质前体形成的经软化的聚合物电解质通过被压紧到负电极的表面上来彼此紧密连接。这例如可以通过经加热的辊或经加热的压机来实现。鉴于连续的方法控制方面，经加热的辊尤其应作为优选的实施方式来被列举。所应用的压力为例如1至10bar。
经加热的挤压元件之间的间隔以及所使用的聚合物电解质前体的材料量优选这样被选择，使得聚合物电解质层具有1至100μm、优选2至50μm、尤其是3至10μm的层厚度。这种层厚度已被证实足以有效地将电极相互分开。
这样形成的聚合物电解质层不仅用作电解质，而且也替代了在常规电池组电池中经常使用的隔板（Separator）。为了避免在固态电池组电池运行期间在负电极表面上形成枝状晶（Dendrit）和可能的短路，特别是在薄聚合物电解质层的情况下，可以有意义的是，选择如下聚合物电解质，该聚合物电解质包括具有足够稳定性的聚合物。在这种情况下，聚合物电解质优选包含SEO作为至少一种聚合物组成部分。
可选地，聚合物电解质层可以被设置在的多于一个表面上。这当在根据本发明来制造固态电池组电池或固态电池组的情况下使用多个根据本发明的电极层压体时是尤其有利的。通过用聚合物电解质层来对负电极的（分别同样结构化的）表面进行尽可能全面的覆层，因此防止在固态电池组电池之内或固态电池组之内两个电极之间不期望的接触。
在下一个方法步骤中，提供如下正电极，该正电极包含至少一个集流体和至少一种正极活性材料。该正电极的构型不受限制，原则上可以使用每种本领域技术人员已知的正电极。
集流体是导电的并且优选由金属，例如铝、铜、镍或这些金属的合金制成。在一种实施方式中，集流体被构型为例如平面的。在集流体的至少一个表面上施加由正极活性材料组合物所构成的层。其包含至少一种正极活性材料以及必要时包含粘合剂和/或导电添加剂，该正极活性材料优选包括含锂金属氧化物、含锂金属亚硫酸盐或含锂金属磷酸盐。
在一种实施方式中，正极活性材料可以包含复合氧化物，其含有至少一种金属，该金属选自于由钴、镁、镍以及锂所组成的组。
本发明的一种实施方式例如含有阴极活性材料，其包含分子式为LiMO2的化合物，其中M选自于Co、Ni、Mn或其混合物以及其与Al的混合物。尤其是应列举LiCoO2。在一种优选的实施方式中，阴极活性材料是包含镍的材料，也即， LiNi1-xM‘xO2，其中，M‘选自元素Co、Mn和Al其中的一种或多种，并且0≤x<1。示例包括：锂-镍-钴-铝-氧化物阴极（例如LiNi0.8Co0.15Al0.05O2；NCA）和锂-镍-锰-钴-氧化物阴极（例如LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2 (NMC(811))、LiNi0.33Mn0.33Co0.33O2 (NMC (111))、LiNi0,6Mn0,2Co0,2O2 (NMC (622))、LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2 (NMC (532)) 或LiNi0.4Mn0.3Co0.3O2 (NMC (433))。另外，作为优选的正极活性材料应列举本领域技术人员已知的过锂氧化物（überlithiierte Oxide）。对此，示例是：一般分子式为n(Li2MnO3): 1-n(LiMO2)的层氧化物，其中M = Co、Ni、Mn、Cr并且0≤n≤1；和一般分子式为n(Li2MnO3) : 1-n(LiM2O4)的尖晶石（Spinell），其中M = Co、Ni、Mn、Cr并且0≤n≤1。另外，作为适合的正极活性材料尤其应强调的是：分子式为LiMxMn2-xO4的尖晶石化合物，其中M = Ni、Co、Cu、Cr、Fe（例如LiMn2O4、LiNi0.5Mn1.5O4）；分子式为LiMPO4的橄榄石化合物（Olivinverbindung），其中M = Mn、Ni、Co、Cu、Cr、Fe（例如LiFePO4、LiMnPO4）；分子式为Li2MSiO4的硅酸盐化合物（Silikatverbindung），其中M = Ni、Co、Cu、Cr、Fe、Mn（例如Li2FeSiO4）；沙弗莱石化合物（Tavoritverbindung）（例如LiVPO4F）；Li2MnO3；Li1.17Ni0.17Co0.1Mn0.56O2 和Li3V2(PO4)3 。
作为合适的粘合剂可以例如列举：苯乙烯-丁二烯共聚物（SBR）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚四氟乙烯（PTFE）、聚氧化乙烯（PEO）、羧甲基纤维素（CMC）、聚丙烯酸（PAA）、聚乙烯醇（PVA）和乙烯-丙烯-二烯三元共聚物（EPDM）。此外，作为粘合剂可以使用之前适合用于制造聚合物电解质的聚合物。
例如可以提高导电性的石墨或导电炭黑（Leitruß）可以用作导电添加剂。此外，可以加入锂盐以用于提高离子导电性。尤其是，可以使用之前列举的聚合物电解质的导电盐，优选以与适合用于制造聚合物电解质的、作为粘合剂的聚合物相组合的方式来使用。其可以与对所使用的聚合物电解质的所应用的材料组合相同或不同。在一种优选的实施方式中，聚合物电解质的至少一种聚合物和正电极的粘合剂是相同的，以及聚合物电解质的导电盐与正电极的导电添加剂是相同的。
在下一个方法步骤（f）中将正电极放到负电极上，使得聚合物电解质覆层处于负电极和正电极之间，以便因此形成电极堆叠。
尽管负电极和正电极以及聚合物电解质层的尺寸并不受限，然而其彼此遵循（orientieren sich aneinader）。在此情况下决定性的是，防止负电极和正电极之间的直接接触。因此，只要选择聚合物电解质层的足够大小并与这些要求相应，电极就可以构型得不同大小。在这种情况下，可以放弃电极之间的附加的隔板。
在另一个方法步骤（g）中，挤压电极堆叠，以便获得稳定的电极层压体。只要这显得必要，方法步骤（g）就同样可以在加热的电极堆叠的情况下进行，优选加热至聚合物电解质的至少一种组成部分的熔化温度以上的温度，尤其加热至在≥70℃至≤150℃、尤其 ≥75°C至≤120°C的范围内的温度。理想地，该方法步骤在与方法步骤d）相同的挤压装置中进行。如果方法步骤d）至g）的序列快速进行，使得方法步骤g）中的聚合物电解质仍具有足够高的温度，使得在电极堆叠的所有组成部分之间实现牢固结合以便因此形成电极层压体，则例如可以不发生方法步骤g）中的加热。
所描述的方法可以有利地被用于制造电极层压体、固态电池组电池或固态电池组。在此避免应用溶剂或其他液体。
本发明的主题也是根据所描述的方法所获得的用于固态电池组电池的电极层压体。该电极层压体可以有利地被应用在固态电池组电池或固态电池组中，该固态电池组包含多个固态电池组电池。本发明的主题因此也是固态电池组电池，其包括至少一个按照所描述的方法所获得的电极层压体。此外，固态电池组是本发明的主题，该固态电池组包括至少一个这样的固态电池组电池。
另外，本发明的主题是按照本发明的电极层压体、按照本发明的固态电池组电池和/或按照本发明的固态电池组在电动车辆（EV）、混合动力车辆（HEV）、插电式混合动力车辆（PHEV）、工具或消费类电子产品中的用途。
本发明的优点
当前所描述的用于制造电极层压体的方法能够提供均匀、稳定的层压体，而在此并不使用溶剂，其中该层压体由正电极、负电极和位于其之间的电解质层组成。这不仅具有生态学和经济学的优点，而且从安全技术和保护健康技术方面来看也是有利的。最终，电极层压体中的空气和/或溶剂夹杂的危险显著降低，使得还可以提高所获得的电池组电池的质量。另外，电池组电池的组成部分之间的接触得以改善并且内部电阻降低。电解质层可以构型得特别薄。这同样有利于电池组电池的功率。
附图说明
根据附图和接下来的描述来对本发明的实施方式进一步予以阐述。其中，
图1示出按照本发明的方法步骤a）的示意图；
图2示出按照本发明的方法步骤b)至d)的示意图；和
图3示出按照本发明的方法步骤e)至g)的示意图。
具体实施方式
图1中示出了用于提供负电极21的按照本发明的方法步骤a）的示意图，该负电极在其表面的至少一部分上是结构化的。金属箔20、尤其是具有30μm的层厚度的锂箔当前用作提供负电极的基础。可替代地也可以使用金属片，该金属片例如可以由金属、锂来制造或者由金属复合物来制造。例如可以使用铜片或铝片，其表面至少部分地配备有由金属锂组成的层。金属锂层的层厚度例如为5至20μm。
为了制造结构化的负电极21来使用挤压装置1以及掩模4，该挤压装置包括两个相对置的挤压元件1’，1”。掩模4在至少一个表面上被结构化，使得其表示负像，该负像用于在负电极21的表面上要形成的结构化。当前，在掩模4的表面上例如构造多个圆锥形或金字塔形的突起。掩模4以其结构化的表面被放到金属箔20的面向该结构化的表面的、至少一个要结构化的表面上。将掩模4和金属箔20组成的堆叠放入到挤压装置1中，并通过应用例如1.2bar的压力来被挤压。这样构造的结构化的负电极21通过移除挤压装置1和掩模4来被释放。可选地，负电极21的至少一个其他表面可以附加地在类似的方法中被结构化。这可以在下游的附加方法步骤中进行。可替代地，通过使用多个掩模4也可以在一个方法步骤中同时将多个表面结构化。
图2中示出按照本发明的方法步骤b)至d)的示意图。首先，在方法步骤b）中，提供聚合物电解质前体23，其至少包含聚合物30的颗粒和导电盐31的颗粒。通过混合这两种组分来获得均匀的粉末。例如，这种粉末可以由作为聚合物30的颗粒状PEO和作为导电盐的LiTFSI组成。在此，例如以有关于聚合物电解质前体的总重量的2.5重量%的量来应用导电盐。
粉末状的聚合物电解质前体23被均匀地施加在负电极21的结构化的表面的至少一部分上。这可以例如通过刮涂先前通过倾倒所施加的粉末来进行。随后，将配备有聚合物电解质前体23的负电极21放入到可加热的挤压装置2中并且加热到聚合物30的熔化温度以上的温度，其中该挤压装置包括两个相对置的挤压元件2’，2”。可加热的挤压装置2优选与挤压装置1是相同的。通过聚合物30的融化，粉末状的聚合物电解质前体23转化为由聚合物30和在聚合物中均匀分布的导电盐31所组成的连续的聚合物电解质24。最后，借助挤压装置2，施加压力到配备有已软化的聚合物电解质前体23的负电极21，以便因此形成由负电极21和聚合物电解质24所组成的层压体。压力的应用不是强制性需要的，然而改善聚合物电解质前体23到负电极21的结构化表面中的渗透并减少可能的气体、诸如空气的夹杂。可选地，该方法步骤可以在经减小的压力的情况下进行，例如在0.5bar的情况下执行。在挤压过程之后获得由负电极21和聚合物电解质24所组成的层压体。由聚合物电解质24所组成的层的层厚度优选为约5µm。
图3中示出按照本发明的方法步骤e)至g)的示意图。首先提供正电极22。在此情况下，原则上可以涉及适合作为电池组电池的正电极的每种电极。通常，这种正电极22包括至少一个集流体43，在该集流体上施加有活性材料组合物，该活性材料组合物包含至少一种颗粒状的正极活性材料42、至少一种粘合剂40以及至少一种导电添加剂41。当前，正电极22例如包括以铜箔形式的集流体43，在该集流体上施加有包含作为正极活性材料42的颗粒状的磷酸锂（LiFePO4）的组合物。作为粘合剂40可以应用聚合物（例如PEO）。导电盐，例如LiTFSI，可以用作导电添加剂41。以这种方式获得正电极22，该正电极同样包括所使用的聚合物电解质24。
随后使正电极22和由负电极21和聚合物电解质24所组成的层压体上下叠放，使得聚合物电解质24被布置在负电极21和正电极22之间，以便因此防止这两个电极彼此接触。将这样形成的电极堆叠11放入到可加热的挤压装置3中，该挤压装置包括两个相对置的挤压元件3’，3”。其优选与挤压装置1或2相同。通过施加压力到电极堆叠11，实现在组成部分之间、尤其是在正电极22与聚合物电解质24之间的牢固结合。在此，聚合物电解质24的聚合物组成部分（聚合物30）优选在液态或粘稠的状态中，使得其能够渗透到正电极22的多孔表面中。这可以或者这样进行，使得电极堆叠11被加热到聚合物30的熔化温度以上的温度，例如加热到75℃的温度、优选85℃的温度。可替代地，只要方法步骤d）和g）快速地相继进行而且聚合物电解质24仍是足够软化的，就可以在必要时放弃重复的加热。冷却之后获得按照本发明的稳定的电极层压体10。
本发明并不限于在这里所描述的实施例和其中所强调的方面。而是，在通过权利要求所说明的范围之内，在本领域技术人员处理范围内的多种修改方案是可能的。
Claims (13)
1.一种用于制造固态电池组电池的电极层压体（10）的方法，所述方法包括方法步骤：
a) 提供负电极（21），所述负电极基本上由金属组成并且在自身表面的至少一部分上是结构化的；
b) 提供聚合物电解质前体（23）；
c) 将所述聚合物电解质前体（23）施加在所述负电极（21）的结构化的表面的至少一部分上；
d) 将所述聚合物电解质前体（23）和/或所述负电极（21）加热至所述聚合物电解质前体（23）的组成部分至少之一的熔化温度以上的温度，以便因此在所述负电极（21）的所述结构化的表面的至少一部分上形成聚合物电解质层；
e) 提供正电极（22），所述正电极包含至少一个集流体（43）和至少一种正极活性材料（42）；
f) 将所述负电极（21）和所述正电极（22）上下叠放，使得所述聚合物电解质层处于所述负电极（21）和所述正电极（22）之间，以便因此形成电极堆叠（11），其中所述正电极包含至少一个集流体（43）和至少一种正极活性材料（42）；
g) 挤压所述电极堆叠（11），以便因此获得稳定的电极层压体（10）。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述负电极（21）至少部分地由锂组成。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述方法以没有溶剂的方式来执行。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述负电极（21）包括锂箔，所述锂箔通过将掩模（4）压紧在所述锂箔的表面的至少一部分上来被结构化。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述聚合物电解质前体（23）是包含至少一种聚合物（30）和至少一种导电盐（31）的粉末。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述至少一种聚合物（30）选自基于聚亚烷基氧化物的聚合物，并且所述导电盐（31）是锂盐。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述方法步骤d）和/或g）在≥70℃且≤150℃的温度情况下被执行。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，所述聚合物电解质层具有1至100 µm的层厚度。
9.一种用于固态电池组电池的电极层压体（10），所述电极层压体按照根据权利要求1至8中任一项所述的方法来获得。
10.一种固态电池组电池，所述固态电池组电池包含至少一个根据权利要求9所述的电极层压体（10）。
11.一种电池组，所述电池组包含至少一个根据权利要求10所述的固态电池组电池。
12.将根据权利要求1至8中任一项所述的方法用于制造根据权利要求9所述的电极层压体（10）、根据权利要求10所述的固态电池组电池或根据权利要求11所述的固态电池组的用途。
13.根据权利要求9所述的电极层压体（10）、根据权利要求10所述的固态电池组电池和/或根据权利要求11所述的固态电池组在电动车辆（EV）、混合动力车辆（HEV）、插电式混合动力车辆（PHEV）、工具或消费类电子产品中的用途。
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