DE102014226929A1 - Verfahren zur Herstellung einer durchgängig festen Elektrode mit einem Festelektrolyt-Konzentrationsgradienten - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer durchgängig festen Elektrode mit einem Festelektrolyt-Konzentrationsgradienten Download PDF

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Abstract

Eine durchgängig feste Elektrodenstruktur mit einem Festelektrolyt-Konzentrationsgradienten wird bereitgestellt und ein Verfahren zur Verbesserung einer Ausgabeleistung mit verbesserter Ionendiffusion und zum Erhalten einer Batterie mit hoher Kapazität durch Abscheiden einer Anoden- oder Kathodenelektrode mit einem im Wesentlichen kontinuierlichen Konzentrationsgradienten derart, dass sie einen höheren Festelektrolyt-Anteil hat, je näher sie sich bei einer Festelektrolytgrenzfläche befindet, und einen höheren Anteil von aktivem Material nahe bei einer Stromabnehmergrenzfläche, wird bereitgestellt. Das Verhältnis von aktivem Material/Festelektrolyt der Schichten des aktiven Materials der Anode und der Kathode weist einen Konzentrationsgradienten durch ein einziges Verfahren unter Verwendung eines Aerosolabscheidungsverfahrens auf.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine durchgängig feste Elektrodenstruktur mit einem Festelektrolyt-Konzentrationsgradienten und ein Verfahren zur Verbesserung einer Ausgabeleistung der durchgängig festen Elektrode mit verbesserter Ionendiffusion und zum Erhalten einer Batterie mit hoher Kapazität, indem man eine Anoden- oder Kathodenelektrode, die einen derartigen kontinuierlichen Konzentrationsgradienten besitzt, dass sie einen höheren Festelektrolyt-Anteil näher bei einer Festelektrolytgrenzfläche hat und einen höheren Anteil an aktivem Material ähnlich einer Stromabnehmergrenzfläche hat, so dass der Anteil des aktiven Materials und der Festelektrolyt-Anteil an den Schichten des aktiven Materials der Anode und der Kathode einen Konzentrationsgradienten aufweist, durch ein einziges Verfahren unter Verwendung eines Aerosolabscheidungsverfahrens abscheidet.
  • HINTERGRUND
  • Derzeitige im Handel verfügbare Lithiumbatterien verwenden Elektrolyten, die brennbare organische Lösungsmittel enthalten, und daher können das Installieren von Sicherheitsvorrichtungen, die Temperaturerhöhungen bei Kurzschlüssen unterdrücken, die Verbesserung von Strukturen zur Vorbeugung von Kurzschlüssen und die Verbesserung von Materialien für die strukturelle Verbesserung erforderlich sein. Folglich geht man davon aus, dass durchgängig feste Batterien, die keine brennbaren organischen Lösungsmittel in der Batteriestruktur verwenden, vereinfachte Sicherheitsvorrichtungen und verbesserte Produktivität liefern.
  • Elektroden von durchgängig festen Lithiumbatterien verwenden in der Regel eine Mischung aus Festelektrolytmaterialien, um die Leitfähigkeit von Lithiumionen erhöhen. Zum Beispiel hat man im verwandten Stand der Technik eine Festelektrolyt-Lithium-Sekundärbatterie bereitgestellt, indem eine Anodenelektrode, in der eine Anodenplattierungsschicht, die ein Pulver eines aktiven Anodenmaterials und ein Festelektrolyt-Pulver enthält, eine Festelektrolyt-Schicht (solid electrolyte, SE) und eine Kathodenelektrode nacheinander auf beide Seiten eines plattenförmigen Anoden-Stromabnehmers laminiert werden. Aus diesem Grund kann ein Festelektrolyt mit hoher Adhäsion zwischen einer Anoden- und einer Kathodenelektrode innerhalb der Batterie bereitgestellt werden und das Biegen oder Risse von Batterien aufgrund der Ausdehnung und der Kontraktion der Anoden- und der Kathodenelektrode in Verbindung mit Ladung und Entladung können verringert werden.
  • Viele feste Lithiumbatterien können eine der Batterien der nächsten Generation sein, die eine beträchtlich hohe Kapazität und hohe Ausgabe erfordern. In einem Beispiel kann eine Schicht von aktivem Elektrodenmaterial verdickt werden, um die höhere Kapazität zu erhalten. Die Ausgabeeigenschaft kann sich jedoch aufgrund der Widerstandserhöhung durch die Verdickung verschlechtern.
  • Inzwischen hat man im verwandten Stand der Technik eine feste Batterie entwickelt, wobei eine Ausgabeeigenschaft durch Verringern des Diffusionswiderstands von Lithiumionen mit einer Zusammensetzungsverteilung verbessert wird, in der ein Volumenanteil eines aktiven Materials zunimmt, je näher es sich, bezogen auf eine Dickenrichtung, bei einer Festelektrolytgrenzfläche befindet. Wie in 1 dargestellt ist, ist zum Beispiel in einer Elektrode eine Schicht von aktivem Anodenmaterial in zwei Abschnitte unterteilt und eine Schicht von aktivem Anodenmaterial 2 hat einen höheren Festelektrolyt-Anteil als eine Schicht von aktivem Anodenmaterial 1. In diesem Beispiel kann das Verfahren zur Herstellung einer Elektrode mit unterschiedlichen Materialverhältnissen mehrere Schritte durchlaufen, um die Elektrodendichte zu erhöhen, wie ein Walzverfahren, das nach dem Aufbringen jeder Schicht mit unterschiedlichen Materialverhältnissen durchgeführt werden kann, und das Walzverfahren kann dann wiederholt werden. Genauer gesagt, können die Schichten auf eine Schicht mit einem hohen Anteil an Anodenmaterial und eine Schicht mit einem hohen Anteil an Festelektrolytmaterial beschränkt sein, wenn zwei Schichten hergestellt werden. Darüber hinaus kann eine kontinuierliche Konzentrationsänderung auf die Schichten angewendet werden, aber spezifische Beispiele oder Hinweise bezüglich des Herstellungsverfahrens sind bisher noch nicht bereitgestellt worden.
  • Die vorstehenden Informationen, die in diesem Abschnitt Hintergrund offenbart sind, sollen lediglich das Verständnis des Hintergrunds der Erfindung verbessern und sie können daher auch Informationen enthalten, die nicht den Stand der Technik darstellen, der bereits in diesem Land einem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet bekannt ist.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Die vorliegende Erfindung stellt technische Lösungen für die vorstehend beschriebenen technischen Schwierigkeiten im verwandten Stand der Technik bereit. Dementsprechend stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode mit einer Struktur bereit, die eine Ausgabeeigenschaft einer durchgängig festen Batterie verbessert. Insbesondere kann das Verfahren ein Aerosolabscheidungsverfahren beinhalten.
  • Unter einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode einer durchgängig festen Batterie bereit. Die durchgängig feste Batterie kann hergestellt werden, indem Folgendes laminiert wird: ein Kathoden-Stromabnehmer, eine Schicht von aktivem Kathodenmaterial, eine Festelektrolytschicht, eine Schicht von aktivem Anodenmaterial und ein Anoden-Stromabnehmer. Die Schicht von aktivem Kathodenmaterial kann ein aktives Kathodenmaterial, einen Festelektrolyten und einen Leiter beinhalten und die Schicht von aktivem Anodenmaterial kann ein aktives Anodenmaterial und einen Festelektrolyten enthalten. Insbesondere kann in der Schicht des aktiven Kathodenmaterials die Konzentration des aktiven Kathodenmaterials näher an dem Kathoden-Stromabnehmer größer sein als die Konzentration des aktiven Kathodenmaterials näher an der Festelektrolytschicht. Weiterhin kann in der Schicht des aktiven Anodenmaterials die Konzentration des aktiven Anodenmaterials näher an dem Anoden-Stromabnehmer größer sein als die Konzentration des aktiven Anodenmaterials näher an der Festelektrolytschicht. Als solches kann das Konzentrationsniveau des aktiven Anoden- bzw. Kathodenmaterials in einem kontinuierlichen Gradienten vorliegen.
  • In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen kann das aktive Material dadurch eingebracht werden, dass es eingespritzt wird, während das Konzentrationsniveau durch Einstellen einer Flussrate in einem oder mehreren Aerosolbehältern, die unterschiedliche Konzentrationen des aktiven Materials aufweisen, geregelt wird. Darüber hinaus kann ein Volumenverhältnis des aktiven Materials (Vra), das in der folgenden Gleichung dargestellt werden kann, in einem Bereich von etwa 0,1 bis etwa 0,5 in der Festelektrolytgrenzfläche vorliegen und in einem Bereich von etwa 0,5 bis etwa 0,9 in der Stromabnehmergrenzfläche vorliegen.
  • Figure DE102014226929A1_0002
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorstehenden und weiteren Merkmale der vorliegende Erfindung werden im Folgenden im Detail anhand beispielhafter Ausführungsformen davon, die in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht sind, beschrieben, die hier nachstehend nur zur Veranschaulichung gegeben werden und somit nicht beschränkend für die vorliegende Erfindung sind und worin:
  • 1 schematisch eine beispielhafte durchgängig feste Elektrode des verwandten Stands der Technik darstellt,
  • 2 schematisch eine beispielhafte Mehrzahl an Aerosolen zur Herstellung einer durchgängig festen Elektrode mit einem Konzentrationsgradienten gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht,
  • 3 schematisch eine beispielhafte durchgängig feste Batterie-Elektrode mit einem Konzentrationsgradienten gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
  • 4 ein beispielhaftes Diagramm ist, das einen Konzentrationsgradienten einer beispielhaften Elektrode gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
  • 5 eine beispielhafte Aerosolvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt und
  • 6 bis 9 beispielhafte Diagramme sind, die Konzentrationsgradienten von Elektroden in Beispielen und Vergleichsbeispielen der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • Die in 1 dargestellten Bezugszahlen beinhalten einen Verweis auf die folgenden Elemente, wie sie nachstehend weiter erläutert werden:
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    durchgängig feste Batterie
    1
    Anodenmaterial
    2
    Festelektrolytmaterial
    3
    Kathodenmaterial
    11, 13
    Stromabnehmer
    12
    Schicht von aktivem Anodenmaterial
    14
    Schicht von aktivem Kathodenmaterial
    20
    Anode
    30
    Kathode
    40
    Festelektrolyt
    12a
    Schicht von aktivem Material mit hohem Anodenmaterial-Anteil
    12b
    Akme-Materialschicht mit hohem Anteil von Festelektrolytmaterial
  • Es sollte selbstverständlich sein, dass die beigefügten Zeichnungen nicht unbedingt maßstabsgerecht sind und eine leicht vereinfachte Darstellung verschiedener beispielhafter Merkmale darstellen, die die grundlegenden Prinzipien der Erfindung veranschaulichen. Die spezifischen Konstruktionsmerkmale der vorliegenden Erfindung, wie sie hier offenbart werden, einschließlich zum Beispiel spezifischer Abmessungen, Ausrichtungen, Stellen und Gestalten, werden zum Teil durch die jeweilige beabsichtigte Anwendung und Verwendungsumgebung vorgegeben. In den Figuren beziehen sich die Bezugszahlen jeweils auf die gleichen oder äquivalente Teile der vorliegenden Erfindung in den sämtlichen mehreren Figuren der Zeichnung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Die hier verwendete Terminologie dient lediglich dem Zweck, bestimmte Ausführungsformen zu beschreiben, und soll die Erfindung nicht einschränken. Wie hier verwendet, sollen die Singularformen ”ein”, ”eine” usw. und ”der/die/das” usw. auch die Pluralformen mit beinhalten, es sei denn, aus dem Zusammenhang geht eindeutig etwas anderes hervor. Es sollte weiterhin selbstverständlich sein, dass die Begriffe ”umfasst” und/oder ”umfassend”, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, das Vorhandensein der genannten Merkmale, ganzen Zahlen, Schritte, Arbeitsschritte, Elemente und/oder Komponenten angeben, aber das Vorhandensein oder die Hinzufügung von eine(r/m) oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Arbeitsschritten, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht ausschließen. Wie hier verwendet, beinhaltet der Begriff ”und/oder” jegliche und alle Kombinationen von einem oder mehreren der zugehörigen aufgeführten Punkte.
  • Sofern es nicht ausdrücklich angegeben oder aus dem Zusammenhang offensichtlich ist, soll der Begriff ”etwa” als innerhalb eines Bereichs der normalen Toleranz im Stand der Technik verstanden werden, zum Beispiel innerhalb von 2 Standardabweichungen vom Mittelwert. ”Etwa” kann als innerhalb von 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0,5%, 0,1%, 0,05% oder 0,01% des angegebenen Wertes verstanden werden. Wenn es nicht aus dem Zusammenhang anders hervorgeht, sind alle hier bereitgestellten Zahlenwerte mit dem Begriff ”etwa” modifiziert.
  • Nachstehend wird hier im Detail auf verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, für die Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und nachstehend beschrieben werden. Die Erfindung wird zwar in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen beschrieben, aber es sollte selbstverständlich sein, dass die vorliegende Beschreibung die Erfindung nicht auf diese beispielhaften Ausführungsformen beschränken soll. Im Gegenteil ist beabsichtigt, dass die Erfindung nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und andere Ausführungsformen abdecken soll, die in den Geist und den Umfang der Erfindung, wie sie durch die beigefügten Patentansprüche definiert ist, mit eingeschlossen werden können.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein neues Verfahren bereit, mit dem man im Wesentlichen kontinuierliche Konzentrationsänderungen erhalten kann, so dass ein höherer Anteil von Elektrodenmaterial in einer Schicht nahe bei einem Festelektrolyten für eine hohe Kapazität eines aktiven Materials vorliegt.
  • Unter einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode einer durchgängig festen Batterie bereit. Die durchgängig feste Batterie kann hergestellt werden, indem ein Kathoden-Stromabnehmer, eine Schicht von aktivem Kathodenmaterial, eine Festelektrolytschicht, eine Schicht von aktivem Anodenmaterial und ein Anoden-Stromabnehmer laminiert werden. Die Schicht des aktiven Kathodenmaterials kann ein aktives Kathodenmaterial, einen Festelektrolyten und einen Leiter beinhalten und die Schicht des aktiven Anodenmaterials kann ein aktives Anodenmaterial und einen Festelektrolyten enthalten. Insbesondere kann in der Schicht des aktiven Kathodenmaterials die Konzentration des aktiven Kathodenmaterials näher an dem Kathoden-Stromabnehmer größer sein als die Konzentration des aktiven Kathodenmaterials näher an der Festelektrolytschicht. Weiterhin kann in der Schicht des aktiven Anodenmaterials die Konzentration des aktiven Anodenmaterials näher an dem Anoden-Stromabnehmer größer sein als die Konzentration des aktiven Anodenmaterials näher an der Festelektrolytschicht. Folglich kann das Konzentrationsniveau des aktiven Anoden- bzw. Kathodenmaterials in einem kontinuierlichen Gradienten vorliegen.
  • In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen kann das aktive Material dadurch eingebracht werden, dass es eingespritzt wird, während das Konzentrationsniveau durch Einstellen einer Flussrate in einem oder mehreren Aerosolbehältern, die unterschiedliche Konzentrationen des jeweiligen aktiven Materials aufweisen, geregelt wird. Darüber hinaus kann ein Volumenverhältnis des aktiven Materials (Vra) durch die folgende Gleichung erhalten werden.
    Figure DE102014226929A1_0003
  • In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen kann das Volumenverhältnis des aktiven Materials in einem Bereich von etwa 0,1 bis etwa 0,5 in der Festelektrolytgrenzfläche und in einem Bereich von etwa 0,5 bis etwa 0,9 in der Stromabnehmergrenzfläche vorliegen.
  • Außerdem können das aktive Material und der Festelektrolyt in einem Volumenverhältnis von etwa 1:1 bis 3:7 in einen Aerosolbehälter mit einem ersten Generator eingebracht werden und das aktive Material und der Festelektrolyt können in einem Volumenverhältnis von 7:3 in einem Aerosolbehälter mit einem zweiten Generator enthalten sein.
  • Genauer gesagt, kann das Herstellungsverfahren Folgendes umfassen: Erhöhung der Flussrate des ersten Generators, der auf die Festelektrolytoberfläche aufgebracht wird, Beibehalten der Flussrate des ersten Generators, Erhöhung der Flussrate des zweiten Generators, während die Flussrate des ersten Generators verringert wird, bis die Flussrate etwa 0 wird, und Beibehalten der Flussrate des zweiten Generators.
  • Alternativ kann nur der Festelektrolyt in einen Aerosolbehälter mit einem ersten Generator eingebracht werden und das aktive Material und der Festelektrolyt können in einem Volumenverhältnis von etwa 7:3 in einen Aerosolbehälter mit einem zweiten Generator eingebracht werden. Genauer gesagt, kann das Herstellungsverfahren Folgendes umfassen: Herstellen der Festelektrolytschicht durch Erhöhen der Flussrate des ersten Generators, Erhöhung der Flussrate des zweiten Generators, während die Flussrate des ersten Generators verringert wird, bis die Flussrate etwa 0 wird, und Beibehalten der Flussrate des zweiten Generators.
  • Üblicherweise setzt man Aerosolabscheidungsverfahren zum Aufbringen eines Zusammensetzungsmaterials ein. Wie in 2 dargestellt ist, können zur Herstellung einer Elektrode mit einem Konzentrationsgradienten gemäß beispielhafter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Ausgangsmaterialbehälter, zum Beispiel Aerosol-Generator 1 und Aerosol-Generator 2, die zwei oder mehrere Zusammensetzungen von Materialzusammensetzungen in unterschiedlichen Konzentrationen besitzen, hergestellt werden. In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen kann die Zusammensetzung, die voneinander unterschiedliche Zusammensetzungen aufweist, gemischt und abgeschieden werden, indem der Fluss jedes Aerosols, das aus dem jeweiligen Aerosol-Generator erzeugt wird, eingestellt wird. Darüber hinaus kann sich ohne Einschränkung durch die Einstellung des Flusses die Steigung der Konzentration verändern bzw. ein Gradient der Konzentration eingestellt werden.
  • Wie in 3 dargestellt ist, kann eine Ausgabeleistung und hohe Kapazität erhalten werden, indem man Verhältnis von aktivem Material/Festelektrolyt in der Schicht des aktiven Kathodenmaterials so einstellt, dass man einen Konzentrationsgradienten erhält. Eine Ausgabeleistung kann verbessert werden, indem man den Festelektrolyt-Anteil in der Festelektrolytgrenzfläche derart abscheidet, dass er größer ist als in der Stromabnehmergrenzfläche, wodurch die Ionendiffusion erleichtert wird. Darüber hinaus kann hohe Kapazität der Batterie erhalten werden, indem man den Anteil des aktiven Materials derart abscheidet, dass er umso größer ist, je näher die Elektrode an der Stromabnehmergrenzfläche ist.
  • Gemäß bestimmten beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Kathoden- oder die Anodenelektrodenstruktur, die einen kontinuierlichen Konzentrationsgradienten aufweist, in einem einzigen Verfahren durch eine Aerosolabscheidung hergestellt werden. Die Verfahren zur Herstellung der vorliegenden Erfindung können ein Verfahren zur Vorbereitung von zwei Aerosolbehältern mit unterschiedlichen Konzentrationen und Einstellen der Flussrate, die aus jedem Tank eingespritzt wird, beinhalten, so dass im Wesentlichen ein kontinuierlicher Konzentrationsgradient erhalten wird, wenn die Beschichtung aufgebracht wird.
  • Darüber hinaus kann das Volumenverhältnis des aktiven Materials (Vra) in einem Bereich von etwa 0,1 bis 0,5 liegen, wenn das aktive Material sich in der Festelektrolytgrenzfläche befindet, und in einem Bereich von etwa 0,5 bis 0,9, wenn sich das aktive Material in der Stromabnehmergrenzfläche befindet. Wie in 4 dargestellt ist, können die Konzentrationsänderungen ohne Einschränkung eine lineare oder gekrümmte Form haben.
  • In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen können insgesamt 3 Aerosol-Generatoren verwendet werden und die Schicht des aktiven Anodenmaterials, die Festelektrolytschicht und die Schicht des aktiven Kathodenmaterials können in einem einzigen Verfahren aufgebracht werden. Zum Beispiel können in einem beispielhaften Verfahren ein Aerosol-Generator 1, der aktives Kathodenmaterial/Festelektrolyt enthält, ein Aerosol-Generator 2, der Festelektrolyt enthält, und ein Aerosol-Generator 3, der aktives Anodenmaterial/Festelektrolyt enthält, zum Aufbringen der Schichten von aktivem Material verwendet werden.
  • Ein Aerosolabscheidungsverfahren (aerosol deposition method, ADM) ist ein Verfahren, das in der Lage ist, eine Dickschicht mit hoher Dichte durch Auftreffen eines Ausgangsmaterialpulvers mit einer Größe unterhalb von einem Mikrometer auf ein Substrat mit einer beträchtlich hohen Geschwindigkeit durch eine Düse zu bilden, wie in 5 dargestellt ist.
  • Da das Verfahren von Dr. Akedo aus Japan in den späten 1990er Jahren vorgeschlagen wurde, gab es große Fortschritte in dieser Technologie. Insbesondere kann das Verfahren die Vorteile aufweisen, dass es ein Beschichtungsverfahren bereitstellt, bei dem ein Dickfilm mit hoher Dichte, der kristalline Struktureigenschaften besitzt, bei Raumtemperatur hergestellt werden kann; die Beschichtung auf verschiedenen Substraten unter Verwendung von Pulver aus Ausgangsmaterialien, wie Metall, Keramik und Polymeren, durchgeführt werden kann, und ein stöchiometrisches Verhältnis der Ausgangsmaterialpulver aufrechterhalten werden kann, wie es in einem Dickfilm (z. B. mit zuvor festgelegter Dicke) aufgebracht wird. Folglich hat man das Verfahren als eine neue Beschichtungstechnologie verwendet, die viele Vorteile im Vergleich zu bestehenden Sprühverfahren besitzt.
  • Unter einem weiteren Aspekt wird die Bauweise der Vorrichtung bereitgestellt, wie sie in 5 beschrieben ist. Die Vorrichtung kann eine Kammer enthalten, in der die Abscheidung durchgeführt wird, und einen Aerosol-Generator sowie eine Vakuumpumpe, die installiert wird, um ein Vakuum von einigen wenigen bis zu einigen zehn Torr aufrechtzuerhalten, wenn ein Film hergestellt wird. Weiterhin können Ausgangsmaterialpulver aerosoliert werden, wenn die Abscheidungskammer und der Aerosol-Generator, der die Ausgangsmaterialpulver enthält, unter Verwendung einer Vakuumpumpe unter Vakuum stehen, und dann kann physische Vibration zur gleichen Zeit wie der Austritt eines Transportgases, wie Helium und Stickstoff, aus dem Aerosol-Generator angewendet werden. Aerosol, wie hier verwendet, bezieht sich auf einen Zustand, in dem Pulverpartikel in der Atmosphäre schweben wie Zigarettenrauch und aerosolierte Partikel können aufgrund der Druckunterschiede, die zwischen der Hauptkammer und dem Aerosol-Generator erzeugt werden, zur Kammer beschleunigt werden. Wenn die Aerosolpartikel auf das Substrat durch die Düse innerhalb der Abscheidungskammer gesprüht werden, kann die Spruhgeschwindigkeit der Aerosolpartikel ca. etwa 200 bis etwa 400 m/s erreichen und die Geschwindigkeit der Filmbildung kann einige wenige μm/min erreichen. Daher kann das Anwendungsgebiet elektronische Keramik, Konstruktionskeramik und ähnliches abdecken.
  • BEISPIELE
  • Beispiel 1 (Fig. 6)
  • Eine aktives Kathodenmaterial (LiCoO2), ein aktives Anodenmaterial (Graphit) und ein Festelektrolyt (Li2S-P2S5 auf Sulfidbasis) wurden hergestellt. Um jede der beiden Elektroden mit der Schicht des aktiven Materials mit einem Konzentrationsgradienten zu beschichten, wurde ein Aerosol-Generator 1 mit einer Zusammensetzung von aktivem Material und Festelektrolyt in einem Verhältnis von etwa 30:70 (v/v) gefüllt und ein Aerosol-Generator 2 wird mit einer Zusammensetzung aus aktivem Material und Festelektrolyt in einem Verhältnis von etwa 70:30 (v/v) gefüllt. Wenn die Aerosolbeschichtung auf die Oberfläche der Festelektrolyt-Elektrode aufgebracht wurde, wurde zu Beginn nur der Fluss von dem Generator 1 erzeugt und der Fluss von dem Generator 2 wurde erhöht, während der Fluss von dem Generator 1 allmählich verringert wurde. Danach wurde der Fluss von dem Generator 1 gestoppt und nur der Fluss vom Generator 2 wurde beibehalten. So wurde eine Elektrode erhalten, in der sich eine Zusammensetzung mit dem anfänglichen Anteil von aktivem Material von etwa 30 v/v% auf der Festelektrolytgrenzfläche zu etwa 70 v/v% auf der Stromabnehmergrenzfläche veränderte. Der Volumenanteil des aktiven Materials der gesamten Elektrode betrug etwa 50%.
  • Beispiel 2 (Fig. 7)
  • Eine aktives Kathodenmaterial (LiCoO2), ein aktives Anodenmaterial (Graphit) und ein Festelektrolyt (Li2S-P2S5 auf Sulfidbasis) wurden hergestellt. Um jede der beiden Elektroden mit der Schicht des aktiven Materials mit einem Konzentrationsgradienten zu beschichten, wurde ein Aerosol-Generator 1 mit einer Zusammensetzung von aktivem Material und Festelektrolyt in einem Verhältnis von etwa 50:50 (v/v) gefüllt und ein Aerosol-Generator 2 wurde mit einer Zusammensetzung aus aktivem Material und Festelektrolyt in einem Verhältnis von etwa 70:30 (v/v) gefüllt. Wenn die Aerosolbeschichtung auf die Oberfläche der Festelektrolyt-Elektrode aufgebracht wurde, wurde zu Beginn nur der Fluss von dem Generator 1 erzeugt und der Fluss vom Generator 2 wurde erhöht, während der Fluss von dem Generator 1 allmählich verringert wurde. Danach wurde der Fluss von dem Generator 1 gestoppt und nur der Fluss vom Generator 2 wurde beibehalten. So wurde eine Elektrode erhalten, in der sich eine Zusammensetzung mit dem anfänglichen Anteil von aktivem Material von etwa 50 v/v% auf der Festelektrolytgrenzfläche zu 70 v/v% auf der Stromabnehmergrenzfläche veränderte. Der Volumen Anteil des aktiven Materials der gesamten Elektrode betrug etwa 60%.
  • Beispiel 3 (Fig. 8)
  • Eine aktives Kathodenmaterial (LiCoO2), ein aktives Anodenmaterial (Graphit) und ein Festelektrolyt (Li2S-P2S5 auf Sulfidbasis) wurden hergestellt. Um die Festelektrolytschicht und jede der beiden Elektroden mit der Schicht des aktiven Materials mit einem Konzentrationsgradienten zu beschichten, wurde ein Aerosol-Generator 1 mit einer Zusammensetzung von aktivem Material und Festelektrolyt in einem Verhältnis von etwa 0:100 (v/v) gefüllt und ein Aerosol-Generator 2 wurde mit einer Zusammensetzung aus aktivem Material und Festelektrolyt in einem Verhältnis von etwa 70:30 (v/v) gefüllt. Die Festelektrolytschicht wurde hergestellt, indem der Fluss von dem Aerosol-Generator 1 hervorgerufen wurde, wodurch die Festelektrolytschicht hergestellt wurde. Anschließend wurde die Beschichtung aufgebracht, während der Fluss des Generators 2 erhöht und der Fluss von dem Generator 1 verringert wurde. Am Ende wurde der Fluss des Generators 1 gestoppt und nur der Fluss von dem Generator 2 beibehalten, wodurch jede der beiden Elektroden, die den Konzentrationsgradienten der Schicht von aktivem Material besaßen, hergestellt wurde. Der Volumenanteil des aktiven Materials der gesamten Elektrode betrug etwa 55%.
  • Vergleichsbeispiel 1 (Fig. 9)
  • Um jede Elektrode mit der Schicht von aktivem Material zu beschichten, die keinen Konzentrationsgradienten besaß, wurde ein Aerosol-Generator 1 mit einer Zusammensetzung von aktivem Material und Festelektrolyt in einem Verhältnis von etwa 70:30 gerollt und die Aerosolbeschichtung wurde auf die Oberfläche der Festelektrolyt-Elektrode aufgebracht.
  • Vergleichsbeispiel 2 (Fig. 9)
  • Um jede Elektrode mit der Schicht von aktivem Material zu beschichten, die keinen Konzentrationsgradienten besaß, wurde ein Aerosol-Generator 1 mit einer Zusammensetzung von aktivem Material und Festelektrolyt in einem Verhältnis von etwa 50:50 (v/v) gefüllt und dann wurde die Aerosolbeschichtung auf die Oberfläche der Festelektrolyt-Elektrode aufgebracht.
  • Die in den Vergleichsbeispielen verwendeten Materialien waren ein aktives Kathodenmaterial (LiCoO2), ein aktives Anodenmaterial (Graphit) und ein Festelektrolyt (Li2S-P2S5 auf Sulfidbasis).
  • Die Ergebnisse des Vergleichs der Batterieausgabe sind in der folgenden Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1
    Entladungsstromstärke (mAh/g)
    Plattierungsschicht-Verhältnis Vergleichsbeispiel 1 Vergleichsbeispiel 2 Beispiel 1 Beispiel 2 Beispiel 3
    0,1 55 83 106 80 99
    0,5 24 64 85 61 76
    2 9 30 58 27 47
    5 2 10 36 8 26
  • Beispiel 1 zeigt eine verbesserte Ausgabeleistung im Vergleich zum Vergleichsbeispiel 2, das ein identisches Plattierungsschicht-Verhältnis besitzt.
  • Beispiel 2 zeigt eine ähnliche Ausgabeleistung sogar bei einem Elektroden-Verhältnis, das etwa 20% höher (hohe Kapazität) als bei Vergleichsbeispiel 2 ist.
  • Beispiel 3 zeigt eine verbesserte Leistung im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine durchgängig feste Elektrodenstruktur mit einem Festelektrolyt-Konzentrationsgradienten und stellt ein Verfahren zur Verbesserung einer Ausgabeleistung aufgrund einer verbesserten Ionendiffusion und zum Erhalten einer Batterie mit hoher Kapazität durch Abscheiden einer Anoden- oder Kathodenelektrode mit einem kontinuierlichen Konzentrationsgradienten derart, dass sie einen höheren Festelektrolyt-Anteil hat, je näher sie sich bei einer Festelektrolytgrenzfläche befindet, und einen höheren Anteil von aktivem Material nahe bei einer Stromabnehmergrenzfläche hat, so dass das Verhältnis aktives Material/Festelektrolyt der Schichten von aktivem Material der Anode und der Kathode einen Konzentrationsgradienten aufweist, durch ein einziges Verfahren unter Verwendung eines Aerosolabscheidungsverfahrens bereit.

Claims (7)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Elektrode einer durchgängig festen Batterie durch Laminieren eines Kathoden-Stromabnehmers, einer Schicht von aktivem Kathodenmaterial, einer Festelektrolytschicht, einer Schicht von aktivem Anodenmaterial und eines Anoden-Stromabnehmers, wobei die Schicht von aktivem Kathodenmaterial ein aktives Kathodenmaterial, einen Festelektrolyten und einen Leiter enthält und die Schicht von aktivem Anodenmaterial ein aktives Anodenmaterial und einen Festelektrolyten enthält, wobei die Konzentration des aktiven Kathodenmaterials näher an dem Kathoden-Stromabnehmer größer ist als die Konzentration des aktiven Kathodenmaterials näher an der Festelektrolytschicht in der Schicht des aktiven Kathodenmaterials, die Konzentration des aktiven Anodenmaterials näher an dem Anoden-Stromabnehmer größer ist als die Konzentration des aktiven Anodenmaterials näher an der Festelektrolytschicht in der Schicht des aktiven Anodenmaterials und das Konzentrationsniveau der Schicht des aktiven Kathodenmaterials oder der Schicht des aktiven Anodenmaterials einen im Wesentlichen kontinuierlichen Gradienten aufweist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das aktive Material eingebracht wird, indem es eingespritzt wird, während das Konzentrationsniveau durch Einstellen einer Flussrate in einem oder mehreren Aerosolbehältern, die unterschiedliche Konzentrationen des aktiven Materials aufweisen, geregelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Volumenverhältnis des aktiven Materials (Vra) in einem Bereich von etwa 0,1 bis etwa 0,5 in der Festelektrolytgrenzfläche liegt und in einem Bereich von etwa 0,5 bis zu 0,9 in der Stromabnehmergrenzfläche liegt, wobei das Volumenverhältnis des aktiven Materials wie folgt erhalten wird:
    Figure DE102014226929A1_0004
  4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das aktive Material und der Festelektrolyt in einem Volumenverhältnis von etwa 1:1 auf 3:7 in dem Aerosolbehälter mit einem ersten Generator enthalten sind und das aktive Material und der Festelektrolyt in einem Volumenverhältnis von etwa 7:3 in dem Aerosolbehälter mit einem zweiten Generator enthalten sind.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, umfassend: Erhöhen einer Flussrate von dem ersten Generator, der auf die Festelektrolyt-Oberfläche aufgebracht wird, Beibehalten der Flussrate von dem ersten Generator, Erhöhen einer Flussrate von dem zweiten Generator, während die Flussrate des ersten Generators verringert wird, bis die Flussrate etwa 0 wird, und Beibehalten der Flussrate des zweiten Generators.
  6. Verfahren der Anspruch 2, wobei nur der Festelektrolyt in den Aerosolbehälter mit einem ersten Generator eingebracht wird und das aktive Material und der Festelektrolyt in einem Volumenverhältnis von etwa 7:3 in dem Aerosolbehälter mit einem zweiten Generator enthalten sind.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, umfassend: Herstellen der Festelektrolytschicht durch Erhöhen der Flussrate des ersten Generators, Erhöhen der Flussrate von dem zweiten Generator, während die Flussrate des ersten Generators verringert wird, bis die Flussrate etwa 0 erreicht, und Beibehalten der Flussrate des zweiten Generators.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015226540A1 (de) * 2015-12-22 2017-06-22 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle
DE102016224252A1 (de) * 2016-12-06 2018-06-07 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Festkörperzelle mit Konzentrationsgradient
US11362319B2 (en) 2018-08-31 2022-06-14 Volkswagen Aktiengesellschaft Method and system for depositing solid electrolyte on electrode active material while retaining crystal structure of solid electrolyte

Families Citing this family (39)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015200758A1 (de) * 2015-01-20 2016-07-21 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Kompositelektrode und diese umfassende Lithiumionenbatterie sowie Verfahren zur Herstellung der Kompositelektrode
KR20210048607A (ko) * 2015-06-01 2021-05-03 뉴매티코트 테크놀로지스 엘엘씨 애노드 활성 물질, 캐소드 활성 물질, 및 고체-상태 전해질에 대한 나노-엔지니어링된 코팅 및 나노-엔지니어링된 코팅을 함유하는 배터리의 제조 방법
WO2017150354A1 (ja) 2016-02-29 2017-09-08 日立造船株式会社 全固体二次電池およびその製造方法
US11171324B2 (en) 2016-03-15 2021-11-09 Honda Motor Co., Ltd. System and method of producing a composite product
US11383213B2 (en) 2016-03-15 2022-07-12 Honda Motor Co., Ltd. System and method of producing a composite product
CN105932335B (zh) * 2016-05-04 2019-02-01 上海大学 含锂有机-无机复合导电储能材料芯片的制备方法
KR20180010568A (ko) * 2016-07-21 2018-01-31 현대자동차주식회사 상온 고속분말분사법을 이용한 고밀도 고체전해질 박막의 제조방법
JP6696692B2 (ja) 2016-09-20 2020-05-20 株式会社東芝 電極、非水電解質電池、電池パック及び車両
JP6941808B2 (ja) 2017-02-03 2021-09-29 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 全固体電池
EP4287337A3 (de) * 2017-03-16 2024-03-06 Lg Energy Solution, Ltd. Verfahren zur herstellung einer elektrode mit polymerelektrolyt
US11081684B2 (en) 2017-05-24 2021-08-03 Honda Motor Co., Ltd. Production of carbon nanotube modified battery electrode powders via single step dispersion
US20190036102A1 (en) 2017-07-31 2019-01-31 Honda Motor Co., Ltd. Continuous production of binder and collector-less self-standing electrodes for li-ion batteries by using carbon nanotubes as an additive
US10658651B2 (en) * 2017-07-31 2020-05-19 Honda Motor Co., Ltd. Self standing electrodes and methods for making thereof
US11121358B2 (en) 2017-09-15 2021-09-14 Honda Motor Co., Ltd. Method for embedding a battery tab attachment in a self-standing electrode without current collector or binder
US11201318B2 (en) 2017-09-15 2021-12-14 Honda Motor Co., Ltd. Method for battery tab attachment to a self-standing electrode
CN108258323B (zh) * 2018-01-30 2019-09-10 陕西煤业化工技术研究院有限责任公司 一种高比能全固态锂电池的制作方法
CN108580143A (zh) * 2018-05-22 2018-09-28 中国第汽车股份有限公司 一种全固态锂离子电池极板梯度喷涂设备及喷涂方法
CN110544762A (zh) * 2018-05-29 2019-12-06 深圳格林德能源有限公司 一种抑制软包装锂离子电芯周边膨胀的涂膜及其制备方法
CN110581253A (zh) * 2018-06-08 2019-12-17 郑州宇通集团有限公司 一种电极极片及其制备方法和固态电池
CN110611119B (zh) * 2018-06-14 2021-06-22 新奥科技发展有限公司 一种复合固体电解质及其制备方法和应用
JP6973310B2 (ja) * 2018-07-02 2021-11-24 トヨタ自動車株式会社 全固体電池
KR20200059057A (ko) 2018-11-20 2020-05-28 삼성전자주식회사 전극 구조체 및 그 제조방법과, 전극 구조체를 포함하는 이차 전지
JP7304578B2 (ja) * 2018-12-28 2023-07-07 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 全固体電池
US11342592B2 (en) * 2018-12-28 2022-05-24 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. All-solid battery
CN109786812B (zh) * 2019-01-15 2021-01-29 北京理工大学 一种光固化固态复合电解质及其制备方法
CN109786817B (zh) * 2019-01-23 2021-09-21 蜂巢能源科技有限公司 固态锂电池及其应用和制备无纺布增强的固态电解质膜的方法
US11535517B2 (en) 2019-01-24 2022-12-27 Honda Motor Co., Ltd. Method of making self-standing electrodes supported by carbon nanostructured filaments
US11325833B2 (en) 2019-03-04 2022-05-10 Honda Motor Co., Ltd. Composite yarn and method of making a carbon nanotube composite yarn
US11352258B2 (en) 2019-03-04 2022-06-07 Honda Motor Co., Ltd. Multifunctional conductive wire and method of making
US11430985B2 (en) * 2019-03-20 2022-08-30 Kabushiki Kaisha Toshiba Electrode, secondary battery, battery pack, and vehicle
CN110350238A (zh) * 2019-07-03 2019-10-18 中兴高能技术有限责任公司 一种具有多孔梯度结构的全固态锂离子电池及其制备方法
US11539042B2 (en) 2019-07-19 2022-12-27 Honda Motor Co., Ltd. Flexible packaging with embedded electrode and method of making
CN110380133A (zh) * 2019-08-02 2019-10-25 中南大学 一种无机固态电解质与正极间的过渡层设计方法
JPWO2021090774A1 (de) * 2019-11-07 2021-05-14
CN111092261B (zh) * 2019-12-12 2021-04-02 中国第一汽车股份有限公司 一种固态电池电极单元
CN111293317A (zh) * 2020-02-29 2020-06-16 天津国安盟固利新材料科技股份有限公司 一种可充放固体电池用多功能复合负极片、制备方法及二次电池
JP7218751B2 (ja) 2020-12-03 2023-02-07 トヨタ自動車株式会社 全固体電池
US11817575B2 (en) * 2020-12-23 2023-11-14 Medtronic, Inc. Graded composition electrode with active component mix and solid-state electrolyte
KR102327542B1 (ko) * 2021-08-31 2021-11-17 국방과학연구소 열전지용 양극

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11283664A (ja) 1998-03-27 1999-10-15 Kyocera Corp 固体電解質電池
WO2005013400A2 (en) * 2003-07-31 2005-02-10 Nissan Motor Co., Ltd. Secondary cell electrode and fabrication method, and secondary cell, complex cell, and vehicle
JP4006535B2 (ja) * 2003-11-25 2007-11-14 独立行政法人産業技術総合研究所 半導体または液晶製造装置部材およびその製造方法
JP5131686B2 (ja) 2007-12-12 2013-01-30 アオイ電子株式会社 固体電解質リチウム二次電池
JP2009280874A (ja) * 2008-05-23 2009-12-03 Toyota Motor Corp 成膜体の製造方法及び成膜装置
JP5333184B2 (ja) * 2009-03-16 2013-11-06 トヨタ自動車株式会社 全固体二次電池
EP2474037A2 (de) * 2009-09-03 2012-07-11 Molecular Nanosystems Inc. Verfahren und systeme zur herstellung von elektroden mit mindestens einem funktionellen gradienten sowie daraus entwickelte geräte
JP5383463B2 (ja) * 2009-12-09 2014-01-08 日立造船株式会社 全固体リチウムイオン二次電池の製造方法
US10026989B2 (en) 2010-03-31 2018-07-17 National Institute For Materials Science All solid lithium battery
JP5413355B2 (ja) 2010-11-08 2014-02-12 トヨタ自動車株式会社 全固体電池
JP5310835B2 (ja) 2011-12-26 2013-10-09 トヨタ自動車株式会社 複合活物質の製造方法
JP5678928B2 (ja) * 2012-07-31 2015-03-04 トヨタ自動車株式会社 全固体電池およびその製造方法
CN103746089B (zh) * 2013-12-11 2016-05-11 中南大学 一种具有梯度结构的全固态锂电池及其制备方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015226540A1 (de) * 2015-12-22 2017-06-22 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle
DE102016224252A1 (de) * 2016-12-06 2018-06-07 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Festkörperzelle mit Konzentrationsgradient
US11362319B2 (en) 2018-08-31 2022-06-14 Volkswagen Aktiengesellschaft Method and system for depositing solid electrolyte on electrode active material while retaining crystal structure of solid electrolyte

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