DE102008008483B4 - Solid polymer electrolyte material, solid polymer electrolyte sheet and methods for their production and electrochemical battery device using such a sheet - Google Patents

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Abstract

Festpolymerelektrolyt-Werkstoff für eine elektrochemische Batterievorrichtung, aufweisend wenigstens ein Polymer mit einer mikroporösen Struktur und ein Metallsalz, dadurch gekennzeichnet, dass das Festpolymerelektrolyt eine feststoffartige Polymer-Komponente, wobei das Polymer der Polymer-Komponente ausgewählt ist aus der Gruppe der Polyazole, und eine innerhalb der feststoffartigen Polymer-Komponente verteilt angeordnete feststoffartige Lithiumsalz-Komponente aufweist, wobei wenigstens in einem Teil der mikroporösen Struktur eine flüssigstoffartige Lithiumsalz-Komponente angeordnet ist.Solid polymer electrolyte material for an electrochemical battery device, comprising at least one polymer with a microporous structure and a metal salt, characterized in that the solid polymer electrolyte is a solid-like polymer component, the polymer of the polymer component being selected from the group of polyazoles, and one within the solid-like polymer component has solid-like lithium salt component arranged in a distributed manner, wherein a liquid-like lithium salt component is arranged at least in part of the microporous structure.

Description

Die Erfindung betrifft einen Festpolymerelektrolyt-Werkstoff für eine elektrochemische Batterievorrichtung, eine Festpolymerelektrolyt-Folie aus einem solchen Werkstoff, eine elektrochemische Batterie mit einer solchen Folie und ein Verfahren zum Herstellen einer Festpolymerelektrolyt-Folie.The invention relates to a solid polymer electrolyte material for an electrochemical battery device, a solid polymer electrolyte foil made of such a material, an electrochemical battery with such a foil and a method for producing a solid polymer electrolyte foil.

Die Lithium-Ionen-Batterien werden sehr oft als Energiespeichersysteme für Laptops, Mobiltelefone oder Camcorder und Ähnliches eingesetzt. Aufgrund der hohen Energiedichte mit bis zu 180 Wh/kg haben sich die Lithium-Ionen-Batterien gegenüber herkömmlichen Batterien durchgesetzt.The lithium-ion batteries are very often used as energy storage systems for laptops, cell phones or camcorders and the like. Due to the high energy density of up to 180 Wh / kg, lithium-ion batteries have prevailed over conventional batteries.

Die Anode einer Lithium-Ionen-Batterie kann aus metallischem Lithium oder aus einer Verbindung bestehen, die Lithium-Ionen einlagern kann. Die Kathode besteht üblicherweise aus Lithiummetalloxiden der allgemeinen Zusammensetzung LiMO2, wobei M ein Platzhalter für eines der Metallelemente wie Fe, Mn, Co, Va, Sn und so weiter ist. Der Elektrolyt, der eine ausreichende Lithium-Ionen-Leitfähigkeit besitzen muss, kann flüssig oder feststoffartig ausgeführt sein. Die flüssigen Elektrolyte enthalten Lösungen von LiPF6 oder Lithiumphosphat (LiPON) in organischen Lösungsmitteln. Die hohe Reaktivität von elementarem Lithium (als Metall oder Einlagerungsverbindung) gegenüber organischen Lösungsmitteln kann bei hohen Ladeströmen zu einer Reaktion führen, die den Elektrolyten zerstört. Bei flüssigen Komponenten im Elektrolyt bilden sich als Folge gasförmige Produkte, die zu einem Druckanstieg in der Batterie führen. Dieser Druckanstieg, der zur Zerstörung oder Explosion der Batterie führen kann, stellt allgemein ein hohes Sicherheitsrisiko für den Batteriebetrieb dar.The anode of a lithium-ion battery can consist of metallic lithium or a compound that can store lithium ions. The cathode usually consists of lithium metal oxides with the general composition LiMO 2 , where M is a placeholder for one of the metal elements such as Fe, Mn, Co, Va, Sn and so on. The electrolyte, which must have sufficient lithium-ion conductivity, can be liquid or solid. The liquid electrolytes contain solutions of LiPF 6 or lithium phosphate (LiPON) in organic solvents. The high reactivity of elemental lithium (as a metal or inclusion compound) towards organic solvents can lead to a reaction at high charging currents that destroys the electrolyte. In the case of liquid components in the electrolyte, gaseous products are formed as a result, which lead to an increase in pressure in the battery. This increase in pressure, which can lead to the destruction or explosion of the battery, generally represents a high safety risk for battery operation.

Bei Lithium-Ionen-Batterien auf Basis flüssiger Elektrolyte müssen zur Sicherstellung der elektrischen Isolation des Elektrolyten zusätzlich Separator-Folien eingebracht werden.In the case of lithium-ion batteries based on liquid electrolytes, separator foils must also be inserted to ensure the electrical insulation of the electrolyte.

Um die Nachteile der Lithium-Ionen-Batterien auf Basis flüssiger Elektrolyte zu umgehen, wird in den letzten Jahren sehr intensiv an Lithium-Polymerbatterien gearbeitet, die entweder einen reduzierten Lösungsmittel-Gehalt oder überhaupt kein Lösungsmittel mehr aufweisen. In order to avoid the disadvantages of lithium-ion batteries based on liquid electrolytes, very intensive work has been carried out in recent years on lithium polymer batteries that either have a reduced solvent content or no longer have any solvent.

Standardsysteme von Polymer-Elektrolyt-Batterien auf Basis von Polyethylenoxid (PEO) zeigen bei Raumtemperatur eine zu geringe Leitfähigkeit für den Einsatz in einer Batterie (siehe hierzu US 5,037,712 A ). Auch andere feste Polymersysteme wie Polysiloxan oder Polyphosphazen (siehe US 4,840,856 A ) zeigen eine zu geringe Leitfähigkeit und Folien-Festigkeit für den Einsatz als Elektrolyt in einer Batterie. Die im Stand der Technik bekannten Polymer-Elektrolyt-Systeme können nicht großtechnisch mit Foliendicken <10 µm und zugleich großer mechanischer, thermischer und elektrochemischer Stabilität hergestellt werden. Daher werden Weichmacher und andere Additive dem Polymerelektrolyt zugesetzt. Die sogenannten PolymerGel-Elektrolyte (siehe JP H10-177814 A ) zeigen erhöhte ionische Leitfähigkeiten, aber eine zu geringe mechanische Stabilität der Folie für den praktischen Einsatz in einer Batterie. Außerdem zeigen sich auch wieder die gleichen Sicherheitsprobleme wie bei den flüssigen Elektrolyten.Standard systems of polymer electrolyte batteries based on polyethylene oxide (PEO) show insufficient conductivity at room temperature for use in a battery (see U.S. 5,037,712 A ). Other solid polymer systems such as polysiloxane or polyphosphazene (see U.S. 4,840,856 A ) show insufficient conductivity and film strength for use as an electrolyte in a battery. The polymer electrolyte systems known in the prior art cannot be produced on an industrial scale with film thicknesses <10 μm and at the same time great mechanical, thermal and electrochemical stability. Therefore, plasticizers and other additives are added to the polymer electrolyte. The so-called PolymerGel electrolytes (see JP H10-177814 A ) show increased ionic conductivities, but the mechanical stability of the film is too low for practical use in a battery. In addition, the same safety problems appear again as with the liquid electrolytes.

Notwendige Eigenschaftsverbesserungen des Separators können durch eine Verbundkomponente Elektrolyt-Separator erreicht werden. Zurzeit existieren auf dem Markt Separatorfolien auf Basis von Polyolefinen wie Polyethylen oder Polypropylen. Im Wesentlichen sind zwei Eigenschaften für die Separatoren wichtig. Zum einen die Benetzbarkeit beziehungsweise Oberflächenspannung, damit der Elektrolyt in den Poren des Separatormaterials verbleibt, sodass eine ausreichende ionische Leitfähigkeit entsteht, und zum anderen die thermische Stabilität, damit ein „thermal runaway“ (thermisches Durchgehen) verhindert werden kann. Die bisher bekannten Systeme zeigen eine gute Benetzbarkeit mit dem Elektrolyt, aber die thermische Stabilität kann noch weiter optimiert werden. Besonders die Abnahme der mechanischen Stabilität des Separators mit der Temperatur verschlechtert die Systemeigenschaften einer Batteriezelle. Auch die Separatorfolie Separion® von Evonik, die Temperaturen >200°C aufgrund einer keramischen Schutzschicht aushält, kann aufgrund von Materialveränderungen bei erhöhter Temperatur nicht verhindern, dass lokal Durchbrüche entstehen, die zu einem Kurzschluss und dem erwähnten „thermal runaway“ führen. Der Aufbau von sogenannten „Separationselektrolyten“ scheint eine vielversprechende Möglichkeit zu sein, die Eigenschaftsmerkmale einer Lithium-Ionen-Batterie weiter verbessern zu können.Necessary improvements in the properties of the separator can be achieved by means of a composite electrolyte-separator component. There are currently separator films on the market based on polyolefins such as polyethylene or polypropylene. There are essentially two properties that are important for the separators. On the one hand, the wettability or surface tension, so that the electrolyte remains in the pores of the separator material, so that sufficient ionic conductivity is created, and, on the other hand, the thermal stability, so that a “thermal runaway” can be prevented. The systems known to date show good wettability with the electrolyte, but the thermal stability can be further optimized. In particular, the decrease in the mechanical stability of the separator with increasing temperature worsens the system properties of a battery cell. Even the Separion® separator film from Evonik, which withstands temperatures> 200 ° C due to a ceramic protective layer, cannot prevent local breakthroughs that lead to a short circuit and the aforementioned “thermal runaway” due to material changes at elevated temperatures. The construction of so-called “separation electrolytes” seems to be a very promising way of being able to further improve the properties of a lithium-ion battery.

Grundsätzlich eröffnet der Einsatz von Festpolymerelektrolyten in Batterien auch noch eine Möglichkeit zur Leistungssteigerung, die bei flüssigen Elektrolyten nicht möglich ist. Aufgrund der Dendrit-Bildung des Lithiums an der Anode ist es nicht möglich, Lithiummetallanoden mit flüssigen Elektrolyten einzusetzen. Daher wurden Interkalations-Elektroden aus Grafit entwickelt, in den das Lithium eingelagert werden kann. Lithiummetallelektroden zeichnen sich durch eine höhere Kapazität als Interkalations-Elektroden aus, was zu einer Leistungsverbesserung der Batterie führt.In principle, the use of solid polymer electrolytes in batteries also opens up a possibility of increasing performance that is not possible with liquid electrolytes. Due to the dendrite formation of lithium on the anode, it is not possible to use lithium metal anodes with liquid electrolytes. Therefore, intercalation electrodes made of graphite were developed, in which the lithium can be stored. Lithium metal electrodes are characterized by a higher capacity than intercalation electrodes, which leads to an improvement in the performance of the battery.

Alternativ können die Festpolymer-Elektrolyte zur Steigerung der Leitfähigkeit auch bei höheren Temperaturen betrieben werden, wodurch aber ein Verlust an Kapazität beziehungsweise der Leistungsdichte der Batterie herbeigeführt wird.Alternatively, the solid polymer electrolytes can also be operated at higher temperatures to increase the conductivity, which, however, results in a Loss of capacity or the power density of the battery is brought about.

Die DE 10 2005 013 790 A1 beschreibt die Herstellung eines Festpolymerelektrolyten für eine Batterie. Es werden Leitfähigkeiten von >10-4 S/cm erreicht. Die verwendeten Polymere sind jedoch thermisch und elektrochemisch nicht ausreichend stabil. Außerdem wird eine Folienproduktion mit diesen Polymeren in einem wirtschaftstechnischen Maßstab wahrscheinlich sehr kostenaufwendig sein.the DE 10 2005 013 790 A1 describes the manufacture of a solid polymer electrolyte for a battery. Conductivities of> 10 -4 S / cm are achieved. However, the polymers used are not sufficiently stable thermally and electrochemically. In addition, film production with these polymers on an industrial scale is likely to be very costly.

Die DE 698 27 760 T2 offenbart einen Elektrolyt auf Basis von Polyolefin beziehungsweise Polypropylen, darunter die Herstellung des Polypropylens unter Katalysatorbedingungen. Die angebotene Lösung verwendet einen porösen Polymerfilm, der mit einer Elektrolyt-Salzlösung imprägniert ist. Die verwendeten Salzlösungen gehören zu Alkalimetall- und Erdalkalimetallsalzen, wie LiF, Nal, Lil, LiCLO4, LiAsF6, LiPF4, LiCF3SO3 und NaSCN.the DE 698 27 760 T2 discloses an electrolyte based on polyolefin or polypropylene, including the production of polypropylene under catalyst conditions. The solution offered uses a porous polymer film impregnated with an electrolyte salt solution. The salt solutions used belong to alkali metal and alkaline earth metal salts, such as LiF, Nal, Lil, LiCLO 4 , LiAsF 6 , LiPF 4 , LiCF 3 SO 3 and NaSCN.

Aus DE 697 09 740 T2 ist eine Substanz bekannt, die in einem nicht-wässrigen Elektrolyt-Element einer Lithium-Sekundärzelle verwendbar ist und ein oder mehrere Lithiumsalze mit einem Lithiumpolysulfid kombiniert.Out DE 697 09 740 T2 discloses a substance which can be used in a non-aqueous electrolyte element of a lithium secondary cell and which combines one or more lithium salts with a lithium polysulfide.

Die DE 10 2005 013 790 A1 offenbart einen festen Polymerelektrolyt, der bei Raumtemperatur keine flüssigen Bestandteile enthält, umfassend eine Lithiumkomponente und eine Polymerkomponente, wobei die Polymerkomponente mindestens eine Polymerverbindung umfasst, die mit den Anionen der Lithiumsalzkomponente so in Wechselwirkung tritt, dass eine Dissoziation des Lithiumsalzes gefördert wird, wobei der Polymerelektrolyt eine Ionenleitfähigkeit bei Raumtemperatur von mindestens 10-4 S/cm ohne Zusatz von Weichmachern oder Lösungsmitteln aufweist.the DE 10 2005 013 790 A1 discloses a solid polymer electrolyte that does not contain any liquid components at room temperature, comprising a lithium component and a polymer component, the polymer component comprising at least one polymer compound which interacts with the anions of the lithium salt component in such a way that dissociation of the lithium salt is promoted, the polymer electrolyte has an ionic conductivity at room temperature of at least 10 -4 S / cm without the addition of plasticizers or solvents.

Aus der DE 697 34 339 T2 ist die Verwendung eines halogen-substituierten Kohlensäureesters als ein Lösungsmittel einer nichtwässrigen elektrolytischen Lösung bekannt, wodurch es möglich ist, das Elastizitätsmodul des festen Elektrolyten und die Retention des Lösungsmittels zu verbessern, ohne die ionische Leitfähigkeit zu senken. Es ist ein Gelelektrolyt mit einer Verbesserung der bekannten erwähnten Nachteile, jedoch ist ein Polymerfestelektrolyt mit noch stärker verbesserter ionischer Leitfähigkeit und mechanischen Eigenschaften immer noch erwünscht.From the DE 697 34 339 T2 discloses the use of a halogen-substituted carbonic acid ester as a solvent of a non-aqueous electrolytic solution, whereby it is possible to improve the elastic modulus of the solid electrolyte and the retention of the solvent without lowering the ionic conductivity. It is a gel electrolyte with an improvement on the known disadvantages mentioned, but a solid polymer electrolyte with even more improved ionic conductivity and mechanical properties is still desired.

Die DE 699 14 559 T2 offenbart einen Festpolymer-Elektrolyten, der unter Verwendung eines Copolymers mit mehreren Komponenten, in dem Propylenoxid und Ethylenoxid mit einer weiteren vernetzbaren Oxiran-Verbindung kombiniert sind, und Vermischen dieses Copolymers mit einer Elektrolytsalz-Verbindung unter Zugabe eines Weichmachers hergestellt ist. Auf die Probleme mit den Weichmachern ist bereits an einer anderen Stelle dieser Spezifikation hingewiesen worden.the DE 699 14 559 T2 discloses a solid polymer electrolyte prepared by using a multi-component copolymer in which propylene oxide and ethylene oxide are combined with another crosslinkable oxirane compound, and mixing this copolymer with an electrolyte salt compound with the addition of a plasticizer. The problems with the plasticizers have already been pointed out elsewhere in this specification.

Aus der DE 10 2004 018 929 A1 ist eine Elektrolyt-Zusammensetzung aus einer ionischen Flüssigkeit, einem Leitsalz, einem Filmbildner und einem Viskositätsmodifizierer bekannt. Da der Elektrolyt flüssig ist, sind hierbei Separatoren erforderlich, die mit den bekannten beschriebenen einschränkenden Nachteilen einhergehen.From the DE 10 2004 018 929 A1 an electrolyte composition composed of an ionic liquid, a conductive salt, a film former and a viscosity modifier is known. Since the electrolyte is liquid, separators are required here, which are associated with the known restrictive disadvantages described.

Die DE 699 23 138 T2 offenbart eine gewickelte oder laminierte Anordnung aus Anode, Kathode und einer dazwischenliegenden Festelektrolyt-Schicht. Hier ist beabsichtigt, die durch das Aufwickeln günstige räumliche Anordnung zum Erreichen größerer Kompaktheit und somit der Leistungsdichte einer Batterie zu erreichen.the DE 699 23 138 T2 discloses a wound or laminated arrangement of anode, cathode and an intermediate solid electrolyte layer. The intention here is to achieve the spatial arrangement that is favorable due to the winding in order to achieve greater compactness and thus the power density of a battery.

In der DE 699 34 064 T2 wird ein Festpolymer-Elektrolyt offenbart, bei dem zum Erreichen höherer mechanischer Festigkeit wenigstens zwei Polymere in eine ineinandergreifende Polymerverbindung treten, die zum Verbrücken einer Vielzahl von Verbindungen mit Brückengruppen ausgestattet sind. Ein Leichtmetallsalz wird in einem der Polymere aufgelöst. Hierdurch sind zwar durchaus mechanische Eigenschaften verbessert worden, jedoch die ionische Leitfähigkeit des Elektrolyten bleibt niedrig.In the DE 699 34 064 T2 A solid polymer electrolyte is disclosed in which, in order to achieve higher mechanical strength, at least two polymers enter into an interlocking polymer compound which are equipped with bridging groups for bridging a large number of compounds. A light metal salt is dissolved in one of the polymers. This has certainly improved mechanical properties, but the ionic conductivity of the electrolyte remains low.

Die DE 601 03 407 T2 offenbart einen Werkstoff für eine elektrochemische Batterievorrichtung Der Werkstoff umfasst eine verfilzte Schicht aus einer Mischung von elektrisch aktiven Teilchen, die vermischt sind mit flexiblen, festen, ionenleitenden, polymeren Filamenten aus Polyolefinoxiden und/oder Polyvinylidenfluoridcopolymeren oder aus chemischen Äquivalenten, die eine erste dissoziierbare Lithiumverbindung enthalten. Die verfilzte Schicht weist Hohlräume auf, in der eine zweite dissoziierbare Lithiumverbindung vorliegt.the DE 601 03 407 T2 discloses a material for an electrochemical battery device. The material comprises a matted layer of a mixture of electrically active particles which are mixed with flexible, solid, ion-conducting, polymeric filaments made of polyolefin oxides and / or polyvinylidene fluoride copolymers or of chemical equivalents which contain a first dissociable lithium compound . The matted layer has cavities in which a second dissociable lithium compound is present.

Die DE 697 07 622 T2 beschreibt u.a. einen nichtwässrigen Lithiumionen leitenden Elektrolyten, der fester Polymerelektrolyt ist, wobei dieser ein mit einer Lithiumionen enthaltenden organischen Flüssigkeit imprägniertes mikroporöses Polymer ist.the DE 697 07 622 T2 describes, inter alia, a non-aqueous lithium ion conductive electrolyte which is a solid polymer electrolyte, this being a microporous polymer impregnated with an organic liquid containing lithium ions.

Die DE 697 11 441 T2 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Schichten für die Verwendung als Polymerelektrolyte in Brennstoffzellenanwendungen, bei dem Polyazole eingesetzt werden.the DE 697 11 441 T2 discloses a method for producing layers for use as polymer electrolytes in fuel cell applications, in which polyazoles are used.

Die bekannten Festpolymer-Elektrolyte sind unter den zusammenwirkenden Gesichtspunkten der ionischen Leitfähigkeit, der Folienfestigkeit und der chemischen Stabilität jedoch als Festpolymerelektrolyte für Batterien immer noch unzureichend.However, the known solid polymer electrolytes are still inadequate as solid polymer electrolytes for batteries from the interacting aspects of ionic conductivity, film strength and chemical stability.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, feste oder feststoffartige Polymerelektrolyte nahezu ohne flüssige Komponenten, mit hoher Ionen-Leitfähigkeit und zugleich hoher mechanischer Festigkeit, möglichst bereits bei Raumtemperatur, bereitzustellen. Ferner sollen diese Polymerelektrolyte thermisch und elektrochemisch und insbesondere in Bezug auf Lithium sehr stabil, dennoch elektrisch isolierend und außerdem kostengünstig in einem wirtschaftstechnischen Maßstab zu einer möglichst dünnen Folie als eine Festpolymerelektrolyt-Folie verarbeitbar sein. Weiterhin sollen die bereitzustellenden Festpolymerelektrolyte in elektrochemischen Vorrichtungen wie Batterien oder Akkumulatoren, insbesondere in Lithium-Metallpolymerbatterien, Lithium-Polymerbatterien und Lithium-Ionen-Batterien verwendbar sein.The invention is based on the object of providing solid or solid-like polymer electrolytes with almost no liquid components, with high ion conductivity and at the same time high mechanical strength, if possible already at room temperature. Furthermore, these polymer electrolytes should be thermally and electrochemically and in particular with regard to lithium very stable, yet electrically insulating and, moreover, economically processable on an economic scale into a film that is as thin as possible as a solid polymer electrolyte film. Furthermore, the solid polymer electrolytes to be provided should be usable in electrochemical devices such as batteries or accumulators, in particular in lithium metal polymer batteries, lithium polymer batteries and lithium ion batteries.

Die Erfindung geht nach einem ersten erfindungsgemäßen Aspekt von einem Festpolymerelektrolyt-Werkstoff für eine elektrochemische Batterievorrichtung aus, der wenigstens ein Polymer mit einer mikroporösen Struktur und ein Metallsalz aufweist. Das Festpolymerelektrolyt weist eine feststoffartige Polymer-Komponente und eine innerhalb der feststoffartigen Polymer-Komponente verteilt angeordnete feststoffartige Lithiumsalz-Komponente auf, wobei wenigstens in einem Teil der mikroporösen Struktur eine flüssigstoffartige Lithiumsalz-Komponente angeordnet ist. Das Polymer der Polymer-Komponente ist ausgewählt aus der Gruppe der Polyazole.According to a first aspect of the invention, the invention is based on a solid polymer electrolyte material for an electrochemical battery device which has at least one polymer with a microporous structure and a metal salt. The solid polymer electrolyte has a solid-like polymer component and a solid-like lithium salt component distributed within the solid-like polymer component, a liquid-like lithium salt component being arranged at least in part of the microporous structure. The polymer of the polymer component is selected from the group of polyazoles.

Dadurch, dass der Festpolymerelektrolyt eine feststoffartige Polymer-Komponente und eine innerhalb der feststoffartigen Polymer-Komponente verteilt angeordnete feststoffartige Lithiumsalz-Komponente aufweist, wobei wenigstens in einem Teil der mikroporösen Struktur eine flüssigstoffartige Lithiumsalz-Komponente angeordnet ist, sind die Aufgaben der vorliegenden Erfindung gelöst.The objects of the present invention are achieved because the solid polymer electrolyte has a solid-like polymer component and a solid-like lithium salt component distributed within the solid-like polymer component, with a liquid-like lithium salt component being arranged at least in part of the microporous structure.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.Further preferred embodiments of the invention emerge from the other features mentioned in the subclaims.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung weist die feststoffartige Lithiumsalz-Komponente und die flüssigstoffartige Lithiumsalz-Komponente eine gleiche Lithiumsalz-Substanz auf.In a preferred embodiment of the invention, the solid-like lithium salt component and the liquid-like lithium salt component have the same lithium salt substance.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung bilden die feststoffartige Polymer-Komponente und die feststoffartige Lithiumsalz-Komponente miteinander wenigstens eine chemische Verbindung aus.According to a further embodiment of the present invention, the solid-like polymer component and the solid-like lithium salt component form at least one chemical bond with one another.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung beträgt der gewichtsprozentige Anteil der flüssigstoffartigen Lithiumsalz-Komponente zwischen 5 und 20 %. In einer bevorzugteren Ausgestaltung beträgt der gewichtsprozentige Anteil der flüssigstoffartigen Lithiumsalz-Komponente etwa 12 %.According to a further advantageous embodiment of the present invention, the percentage by weight of the liquid-like lithium salt component is between 5 and 20%. In a more preferred embodiment, the percentage by weight of the liquid-like lithium salt component is approximately 12%.

Erfindungsgemäß ist das Polymer der Polymer-Komponente aus der Gruppe der Polyazole ausgewählt. Bevorzugt verwendet wird das Poly-m-(phenylen) 5,5-bibenzimidazol PBI mit folgender Struktur:

Figure DE102008008483B4_0001
According to the invention, the polymer of the polymer component is selected from the group of polyazoles. The poly-m- (phenylene) 5,5-bibenzimidazole PBI with the following structure is preferably used:
Figure DE102008008483B4_0001

Ferner weist das PBI noch bevorzugter eine inhärente Viskosität, gemessen in einer 1% gewichtsprozentigen Lösung in N,N-Dimethylacetamid, von >0,9 dl/g auf.Furthermore, the PBI even more preferably has an inherent viscosity, measured in a 1% weight percent solution in N, N-dimethylacetamide, of> 0.9 dl / g.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Lithiumsalzkomponente wenigstens eines von den anorganischen Anionen LiPF6, LiBF4, LiAsF6, LiClO4 und/oder organischen Anionen LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, LiC4BO8(LiBOB).In a further preferred embodiment of the present invention, the lithium salt component is at least one of the inorganic anions LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiClO 4 and / or organic anions LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, LiC 4 BO 8 (LiBOB).

Die Erfindung geht nach einem zweiten erfindungsgemäßen Aspekt von einer Festpolymerelektrolyt-Folie für eine elektrochemische Batterievorrichtung aus, wobei die erfindungsgemäßen Aufgaben dadurch gelöst sind, dass die Festpolymerelektrolyt-Folie aus einem nach einer der oben beschriebenen Ausgestaltungen beschaffenem Festpolymerelektrolyt-Werkstoff ausgebildet ist.According to a second aspect of the invention, the invention is based on a solid polymer electrolyte film for an electrochemical battery device, the objects of the invention being achieved in that the solid polymer electrolyte film is formed from a solid polymer electrolyte material obtained in accordance with one of the configurations described above.

Nach einem dritten erfindungsgemäßen Aspekt geht die Erfindung von einer elektrochemischen Batterie basierend auf einem Festpolymerelektrolyt aus, die wenigstens eine Anordnung von einer ersten Ableiterelektrode, einer Anode, einem ersten Separator, einem Elektrolyt, einem zweiten Separator, einer Kathode und einer zweiten Ableiterelektrode aufweist. Alternativ geht die vorliegende Erfindung von einer elektrochemischen Batterie basierend auf einem Festpolymerelektrolyt, die wenigstens eine Anordnung von einer ersten Ableiterelektrode, einer Anode, einem Elektrolyt, einer Kathode und einer zweiten Ableiterelektrode aufweisend, aus. Die erfindungsgemäßen Aufgaben sind in beiden alternativen Fällen dadurch gelöst, dass als Festpolymerelektrolyt eine Festpolymerelektrolyt-Folie nach dem vorher beschriebenen zweiten erfindungsgemäßen Aspekt verwendet ist.According to a third aspect of the invention, the invention is based on an electrochemical battery based on a solid polymer electrolyte, which has at least one arrangement of a first collector electrode, an anode, a first separator, an electrolyte, a second separator, a cathode and a second collector electrode. Alternatively, the present invention is based on an electrochemical battery based on a solid polymer electrolyte, which has at least one arrangement of a first collector electrode, an anode, an electrolyte, a cathode and a second collector electrode. The objects according to the invention are achieved in both alternative cases in that a solid polymer electrolyte film according to the previously described second aspect of the invention is used as the solid polymer electrolyte.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Anode im Wesentlichen aus metallischem Lithium ausgebildet.In a particularly preferred embodiment of the present invention, the anode is formed essentially from metallic lithium.

Alternativ kann die Anode in einer anderen Ausgestaltung aus einer Interkalationsverbindung von Lithium in Kohlenstoff ausgebildet sein.Alternatively, in another embodiment, the anode can be formed from an intercalation compound of lithium in carbon.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Kathode im Wesentlichen aus einer Metall-Oxid-Legierung des Lithiums mit der Formelbeschreibung Li[M]O2 ausgebildet, wobei M einen Platzhalter für ein Legierungsmetall bezeichnet. Noch bevorzugter ist das Legierungsmetall M aus einer Gruppe Co, Mn, Fe, Ni ausgewählt.According to a further embodiment of the present invention, the cathode is essentially formed from a metal-oxide alloy of lithium with the formula description Li [M] O 2 , where M denotes a placeholder for an alloy metal. The alloy metal M is more preferably selected from a group of Co, Mn, Fe, Ni.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Kathode der erfindungsgemäßen Batterievorrichtung im Wesentlichen aus Lithiumeisenphosphat LiFePO4 ausgebildet.According to a preferred embodiment of the present invention, the cathode of the battery device according to the invention is formed essentially from lithium iron phosphate LiFePO 4 .

Nach einem dritten erfindungsgemäßen Aspekt geht die Erfindung von einem Verfahren zum Herstellen einer Festpolymerelektrolyt-Folie für eine elektrochemische Batterievorrichtung aus einem Festpolymerelektrolyt-Werkstoff aus.According to a third aspect of the invention, the invention is based on a method for producing a solid polymer electrolyte film for an electrochemical battery device from a solid polymer electrolyte material.

Die erfindungsgemäßen Aufgaben werden verfahrenstechnisch dadurch gelöst, dass

  • - in einem ersten Schritt eine feststoffartige Polymer-Komponente in einem Lösungsmittel aufgelöst wird, wobei das Polymer der Polymer-Komponente ausgewählt ist aus der Gruppe der Polyazole;
  • - in einem zweiten Schritt in der aufgelösten feststoffartigen Polymer-Komponente eine vorbestimmte Menge der feststoffartigen Lithiumsalz-Komponente aufgelöst wird;
  • - in einem dritten Schritt die erhaltene Lösung zu einem Dünnfilm verarbeitet wird;
  • - in einem vierten Schritt eine so erhaltene Dünnfilmfolie getrocknet wird, bis das Lösungsmittel im Wesentlichen verdunstet ist und in der Dünnfilmfolie eine bleibende mikroporöse Struktur erzeugt wird;
  • - in einem fünften Schritt in die Dünnfilmfolie eine flüssigstoffartige Lithiumsalz-Komponente, die aus einem in einem Lösungsmittel aufgelösten Lithiumsalz ausgebildet ist, derart eingebracht wird, dass die flüssigstoffartige Lithiumsalz-Komponente die mikroporöse Struktur im Wesentlichen ausfüllt.
In terms of process technology, the objects according to the invention are achieved in that
  • - In a first step, a solid-like polymer component is dissolved in a solvent, the polymer of the polymer component being selected from the group of polyazoles;
  • - In a second step, a predetermined amount of the solid-like lithium salt component is dissolved in the dissolved solid-like polymer component;
  • - In a third step, the solution obtained is processed into a thin film;
  • - in a fourth step, a thin-film film obtained in this way is dried until the solvent has essentially evaporated and a permanent microporous structure is produced in the thin-film film;
  • - In a fifth step, a liquid-like lithium salt component, which is formed from a lithium salt dissolved in a solvent, is introduced into the thin-film film in such a way that the liquid-like lithium salt component essentially fills the microporous structure.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung werden die feststoffartige Lithiumsalz-Komponente und die flüssigstoffartige Lithiumsalz-Komponente aus einer gleichen Lithiumsalz-Substanz gebildet.According to a further embodiment of the present invention, the solid-like lithium salt component and the liquid-like lithium salt component are formed from the same lithium salt substance.

In einer bevorzugten weiteren Ausgestaltung des Verfahrens nach vorliegender Erfindung bilden die feststoffartige Polymer-Komponente und die feststoffartige Lithiumsalz-Komponente miteinander wenigstens eine chemische Verbindung aus.In a preferred further embodiment of the method according to the present invention, the solid-like polymer component and the solid-like lithium salt component form at least one chemical bond with one another.

Der gewichtsprozentige Anteil der flüssigstoffartigen Lithiumsalz-Komponente beträgt in einer bevorzugten Ausgestaltung zwischen 5 und 20 %.In a preferred embodiment, the percentage by weight of the liquid-like lithium salt component is between 5 and 20%.

Bevorzugt ist das Polymer aus der Gruppe der Polyazole Poly-m-(phenylen) 5,5-bibenzimidazol (PBI).The polymer from the group of the polyazoles poly-m- (phenylene) 5,5-bibenzimidazole (PBI) is preferred.

Ferner weist das PBI in einer weiteren bevorzugten, vorteilhaften Ausgestaltung eine inhärente Viskosität, gemessen in einer 1% gewichtsprozentigen Lösung in N,N-Dimethylacetamid, von >0,9 dl/g auf.Furthermore, in a further preferred, advantageous embodiment, the PBI has an inherent viscosity, measured in a 1% weight percent solution in N, N-dimethylacetamide, of> 0.9 dl / g.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung wird die Lithiumsalzkomponente aus wenigstens einem von den anorganischen Anionen LiPF6, LiBF4, LiAsF6, LiClO4 und/oder organischen Anionen LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, LiC4BO8 ausgebildet. According to a further embodiment of the method of the present invention, the lithium salt component is composed of at least one of the inorganic anions LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiClO 4 and / or organic anions LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, LiC 4 BO 8 formed.

Anhand eines Beispiels wird nun eine labormäßige Herstellung des erfindungsgemäßen Festpolymerelektrolyten dargelegt.Using an example, a laboratory production of the solid polymer electrolyte according to the invention will now be presented.

2,5 g Poly-m-(phenylen) 5,5-bibenzimidazol mit einer inhärenten Viskosität von 1,02 dl/g, gemessen an einer 1 % prozentgewichtigen Lösung in N,N-Dimethylacetamid, werden mit 47,5 g N,N-Dimethylacetamid in einen Rundkolben mit einem aufgesetzten Rückflusskühler gebracht. Die Polymerlösung wird erhalten, indem das obige Gemisch 4 Stunden lang unter Rückfluss bei T = 170°C erhitzt wird. Mit einem Propellerrührer wird die Lösung dabei fortwährend umgerührt. Die erhaltene PBI-Lösung wird optional zwecks Reinigung durch einen Papierfilter filtriert. Die erhaltene Lösung wird mit 0,014 g LiBOB (siehe oben) in 10 ml N,N-Dimethylacetamid gelöst, und 20 Gewichtsprozent LiBOB bezogen auf PBI, versetzt. Diese Polymerelektrolytlösung wird auf einer Glasplatte ausgegossen. Die Glasplatte mit aufgetragener Polymerelektrolytlösung wird 4 Stunden im Trockenschrank bei 200°C getrocknet. Die fertige Polymerelektrolyt-Folie kann danach von der Glasplatte abgezogen werden. Anschließend wird die Folie eine Stunde lang bei 150°C im Trockenschrank von beiden Seiten fertig getrocknet.2.5 g of poly-m- (phenylene) 5,5-bibenzimidazole with an inherent viscosity of 1.02 dl / g, measured on a 1% percent weight solution in N, N-dimethylacetamide, are mixed with 47.5 g of N, Put N-dimethylacetamide in a round bottom flask with an attached reflux condenser. The polymer solution is obtained by refluxing the above mixture at T = 170 ° C for 4 hours. The solution is continuously stirred with a propeller stirrer. The PBI solution obtained is optionally filtered through a paper filter for the purpose of cleaning. The solution obtained is mixed with 0.014 g of LiBOB (see above) in 10 ml of N, N-dimethylacetamide, and 20 percent by weight of LiBOB based on PBI. This polymer electrolyte solution is poured out onto a glass plate. The glass plate with applied polymer electrolyte solution is dried in a drying cabinet at 200 ° C. for 4 hours. The finished polymer electrolyte film can then be peeled off the glass plate. The film is then completely dried on both sides for one hour at 150 ° C. in a drying cabinet.

Der Polymerelektrolyt wird mit einer 10 % gewichtsprozentigen Lösung von LiBOB in N,N-Dimethylacetamid imprägniert. Die Menge an Imprägnierlösung wird so eingestellt, dass die massenbezogene Aufnahme an LiBOB vorzugsweise etwa 12 Gewichtsprozent beträgt. Diese Imprägnierung wird bei Raumtemperatur durchgeführt.The polymer electrolyte is impregnated with a 10% weight percent solution of LiBOB in N, N-dimethylacetamide. The amount of impregnation solution is adjusted so that the mass-related uptake of LiBOB is preferably about 12 percent by weight. This impregnation is carried out at room temperature.

Die vorangehenden Ausführungen der vorliegenden Erfindung sind lediglich beispielhaft und nicht als die vorliegende Erfindung einschränkend auszulegen. Die vorliegende Erfindungslehre kann leicht auf andere Anwendungen übertragen werden. Die Beschreibung des Ausführungsbeispiels ist zur Veranschaulichung vorgesehen und nicht, um den Schutzbereich der Patentansprüche einzuschränken. Viele Alternativen, Modifikationen und Varianten sind für einen durchschnittlichen Fachmann offensichtlich, ohne dass er hierfür den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung verlassen müsste, der in den nachfolgenden Ansprüchen definiert ist.The foregoing embodiments of the present invention are merely exemplary and should not be construed as limiting the present invention. The present teaching of the invention can easily be transferred to other applications. The description of the exemplary embodiment is provided for the purpose of illustration and not in order to limit the scope of protection of the claims. Many alternatives, modifications and variations will be apparent to one of ordinary skill in the art without having to depart from the scope of protection of the present invention, which is defined in the following claims.

Für die Lithiumionenleitfähigkeit wird ein Wert von 1,3*10-3 S/cm für einen erfindungsgemäßen, beispielhaften Polybenzimidazol/Lithiumsalz-Polymerelektrolyten bei Raumtemperatur erhalten. Der erfindungsgemäße Festpolymerelektrolyt ermöglicht den Einsatz von metallischen Lithiumelektroden und dabei den Verzicht auf spezielle Separatoren, lässt eine höhere Betriebstemperatur zu und ist zu dünnen Folien mit Dicken unterhalb von 10 µm verarbeitbar, wodurch elektrochemische Vorrichtungen höherer Leistungsdichte umsetzbar sind.A value of 1.3 * 10 -3 S / cm is obtained for the lithium ion conductivity for an exemplary polybenzimidazole / lithium salt polymer electrolyte according to the invention at room temperature. The solid polymer electrolyte according to the invention enables the use of metallic lithium electrodes and thereby dispenses with special separators, permits a higher operating temperature and can be processed into thin foils with thicknesses below 10 μm, whereby electrochemical devices of higher power density can be implemented.

Claims (22)

Festpolymerelektrolyt-Werkstoff für eine elektrochemische Batterievorrichtung, aufweisend wenigstens ein Polymer mit einer mikroporösen Struktur und ein Metallsalz, dadurch gekennzeichnet, dass das Festpolymerelektrolyt eine feststoffartige Polymer-Komponente, wobei das Polymer der Polymer-Komponente ausgewählt ist aus der Gruppe der Polyazole, und eine innerhalb der feststoffartigen Polymer-Komponente verteilt angeordnete feststoffartige Lithiumsalz-Komponente aufweist, wobei wenigstens in einem Teil der mikroporösen Struktur eine flüssigstoffartige Lithiumsalz-Komponente angeordnet ist.Solid polymer electrolyte material for an electrochemical battery device, comprising at least one polymer with a microporous structure and a metal salt, characterized in that the solid polymer electrolyte is a solid-like polymer component, the polymer of the polymer component being selected from the group of polyazoles, and one within the solid-like polymer component has solid-like lithium salt component arranged in a distributed manner, a liquid-like lithium salt component being arranged at least in part of the microporous structure. Festpolymerelektrolyt-Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die feststoffartige Lithiumsalz-Komponente und die flüssigstoffartige Lithiumsalz-Komponente eine gleiche Lithiumsalz-Substanz aufweisen.Solid polymer electrolyte material according to Claim 1 , characterized in that the solid-like lithium salt component and the liquid-like lithium salt component have the same lithium salt substance. Festpolymerelektrolyt-Werkstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die feststoffartige Polymer-Komponente und die feststoffartige Lithiumsalz-Komponente miteinander wenigstens eine chemische Verbindung ausbilden.Solid polymer electrolyte material according to Claim 1 or 2 , characterized in that the solid-like polymer component and the solid-like lithium salt component form at least one chemical compound with one another. Festpolymerelektrolyt-Werkstoff nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der gewichtsprozentige Anteil der flüssigstoffartigen Lithiumsalz-Komponente zwischen 5 und 20 % beträgt.Solid polymer electrolyte material according to Claim 1 , 2 or 3 , characterized in that the percentage by weight of the liquid-like lithium salt component is between 5 and 20%. Festpolymerelektrolyt-Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer aus der Gruppe der Polyazole ein Poly-m-(phenylen) 5,5-bibenzimidazol (PBI) ist.Solid polymer electrolyte material according to Claim 1 , characterized in that the polymer from the group of polyazoles is a poly-m- (phenylene) 5,5-bibenzimidazole (PBI). Festpolymerelektrolyt-Werkstoff nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das PBI eine inhärente Viskosität, gemessen in einer 1% gewichtsprozentigen Lösung in N,N-Dimethylacetamid, von >0,9 dl/g aufweist.Solid polymer electrolyte material according to Claim 5 , characterized in that the PBI has an inherent viscosity, measured in a 1% weight percent solution in N, N-dimethylacetamide, of> 0.9 dl / g. Festpolymerelektrolyt-Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lithiumsalzkomponente wenigstens eines von den anorganischen Anionen LiPF6, LiBF4, LiAsF6, LiClO4 und/oder organischen Anionen LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, LiC4BO8 ist.Solid polymer electrolyte material according to one of the Claims 1 until 4th , characterized in that the lithium salt component is at least one of the inorganic anions LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiClO 4 and / or organic anions LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, LiC 4 BO 8 . Festpolymerelektrolyt-Folie für eine elektrochemische Batterievorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Festpolymerelektrolyt-Folie aus einem nach einem der Ansprüche 1 bis 7 beschaffenen Festpolymerelektrolyt-Werkstoff ausgebildet ist.Solid polymer electrolyte film for an electrochemical battery device, characterized in that the solid polymer electrolyte film is made from one of the Claims 1 until 7th procured solid polymer electrolyte material is formed. Elektrochemische Batterie basierend auf einem Festpolymerelektrolyt, aufweisend wenigstens eine Anordnung von einer ersten Ableiterelektrode, einer Anode, einem ersten Separator, einem Elektrolyt, einem zweiten Separator, einer Kathode und einer zweiten Ableiterelektrode, dadurch gekennzeichnet, dass als Festpolymerelektrolyt eine Festpolymerelektrolyt-Folie nach Anspruch 8 verwendet ist.Electrochemical battery based on a solid polymer electrolyte, having at least one arrangement of a first collector electrode, an anode, a first separator, an electrolyte, a second separator, a cathode and a second collector electrode, characterized in that a solid polymer electrolyte film according to Claim 8 is used. Elektrochemische Batterie basierend auf einem Festpolymerelektrolyt, aufweisend wenigstens eine Anordnung von einer ersten Ableiterelektrode, einer Anode, einem Elektrolyt, einer Kathode und einer zweiten Ableiterelektrode, dadurch gekennzeichnet, dass als Festpolymerelektrolyt eine Festpolymerelektrolyt-Folie nach Anspruch 8 verwendet ist.Electrochemical battery based on a solid polymer electrolyte, having at least one arrangement of a first collector electrode, an anode, an electrolyte, a cathode and a second collector electrode, characterized in that a solid polymer electrolyte film is used as the solid polymer electrolyte Claim 8 is used. Elektrochemische Batterie nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Anode im Wesentlichen aus metallischem Lithium ausgebildet ist.Electrochemical battery after Claim 9 or 10 , characterized in that the anode is formed essentially from metallic lithium. Elektrochemische Batterie nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Anode aus einer Interkalationsverbindung von Lithium in Kohlenstoff ausgebildet ist.Electrochemical battery after Claim 9 or 10 , characterized in that the anode is formed from an intercalation compound of lithium in carbon. Elektrochemische Batterie nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathode im Wesentlichen aus einer Metall-Oxid-Legierung des Lithiums mit der Formelbeschreibung Li[M]O2 ausgebildet ist, wobei M einen Platzhalter für ein Legierungsmetall bezeichnet.Electrochemical battery according to one of the Claims 9 until 12th , characterized in that the cathode is formed essentially from a metal-oxide alloy of lithium with the formula description Li [M] O 2 , where M denotes a placeholder for an alloy metal. Elektrochemische Batterie nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Legierungsmetall M aus einer Gruppe Co, Mn, Fe, Ni ausgewählt ist.Electrochemical battery after Claim 13 , characterized in that the alloy metal M is selected from a group Co, Mn, Fe, Ni. Elektrochemische Batterie nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathode im Wesentlichen aus Lithiumeisenphosphat LiFePO4 ausgebildet ist.Electrochemical battery according to one of the Claims 9 until 12th , characterized in that the cathode is essentially made of lithium iron phosphate LiFePO 4 . Verfahren zum Herstellen einer Festpolymerelektrolyt-Folie für eine elektrochemische Batterievorrichtung aus einem Festpolymerelektrolyt-Werkstoff, dadurch gekennzeichnet, dass - in einem ersten Schritt eine feststoffartige Polymer-Komponente, wobei das Polymer der Polymer-Komponente ausgewählt ist aus der Gruppe der Polyazole, in einem Lösungsmittel aufgelöst wird; - in einem zweiten Schritt in der aufgelösten feststoffartigen Polymer-Komponente eine vorbestimmte Menge der feststoffartigen Lithiumsalz-Komponente aufgelöst wird; - in einem dritten Schritt die erhaltene Lösung zu einem Dünnfilm verarbeitet wird; - in einem vierten Schritt eine so erhaltene Dünnfilmfolie getrocknet wird, bis das Lösungsmittel im Wesentlichen verdunstet ist und in der Dünnfilmfolie eine bleibende mikroporöse Struktur erzeugt wird; - in einem fünften Schritt in die Dünnfilmfolie eine flüssigstoffartige Lithiumsalz-Komponente, die aus einem in einem Lösungsmittel aufgelösten Lithiumsalz ausgebildet ist, derart eingebracht wird, dass die flüssigstoffartige Lithiumsalz-Komponente die mikroporöse Struktur im Wesentlichen ausfüllt.A method for producing a solid polymer electrolyte film for an electrochemical battery device from a solid polymer electrolyte material, characterized in that - in a first step, a solid-like polymer component, the polymer of the polymer component being selected from the group of polyazoles, in a solvent is dissolved; - In a second step, a predetermined amount of the solid-like lithium salt component is dissolved in the dissolved solid-like polymer component; - In a third step, the solution obtained is processed into a thin film; - in a fourth step, a thin-film film obtained in this way is dried until the solvent has essentially evaporated and a permanent microporous structure is produced in the thin-film film; - In a fifth step, a liquid-like lithium salt component, which is formed from a lithium salt dissolved in a solvent, is introduced into the thin-film film in such a way that the liquid-like lithium salt component essentially fills the microporous structure. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die feststoffartige Lithiumsalz-Komponente und die flüssigstoffartige Lithiumsalz-Komponente aus einer gleichen Lithiumsalz-Substanz gebildet werden.Procedure according to Claim 16 , characterized in that the solid-like lithium salt component and the liquid-like lithium salt component are formed from the same lithium salt substance. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass feststoffartige Polymer-Komponente und eine feststoffartige Lithiumsalz-Komponente miteinander wenigstens eine chemische Verbindung ausbilden.Procedure according to Claim 16 or 17th , characterized in that solid-like polymer component and a solid-like lithium salt component form at least one chemical compound with one another. Verfahren nach Anspruch 16, 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der gewichtsprozentige Anteil der flüssigstoffartigen Lithiumsalz-Komponente zwischen 5 und 20 % beträgt.Procedure according to Claim 16 , 17th or 18th , characterized in that the percentage by weight of the liquid-like lithium salt component is between 5 and 20%. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Polymer der Polymer-Komponente aus der Gruppe der Polyazole ein Poly-m-(phenylen) 5,5-bibenzimidazol PBI ausgewählt wird.Procedure according to Claim 16 , characterized in that a poly-m- (phenylene) 5,5-bibenzimidazole PBI is selected as the polymer of the polymer component from the group of polyazoles. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das PBI eine inhärente Viskosität, gemessen in einer 1% gewichtsprozentigen Lösung in N,N-Dimethylacetamid, von >0,9 dl/g aufweist.Procedure according to Claim 20 , characterized in that the PBI has an inherent viscosity, measured in a 1% weight percent solution in N, N-dimethylacetamide, of> 0.9 dl / g. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Lithiumsalzkomponente aus wenigstens einem von den anorganischen Anionen LiPF6, LiBF4, LiAsF6, LiClO4 und/oder organischen Anionen LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, LiC4BO8 ausgebildet wird.Method according to one of the Claims 16 until 19th , characterized in that the lithium salt component is formed from at least one of the inorganic anions LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiClO 4 and / or organic anions LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, LiC 4 BO 8 will.
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