DE102016005326A1 - Feststoffelektrolyt und Verfahren zur Herstellung eines Feststoffelektrolyten - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Feststoffelektrolyten (5) für einen elektrochemischen Energiespeicher (1) mit zumindest einer Lithium umfassenden Elektrode (2, 3). Erfindungsgemäß umfasst der Feststoffelektrolyt (5) Li4-SiO4-Li2S-SiS2, 0,25 Gew.-% Magnesiumsilikathydrat und 0,1 Gew.-% Kaolin als Elektrolytkomponenten. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Feststoffelektrolyten (5), umfassend die Schritte Bereitstellen von Li4-SiO4-Li2S-SiS2, Zugabe von 0,25 Gew.-% Magnesiumsilikathydrat und Zugabe 0,1 Gew.-% Kaolin. Die Erfindung betrifft ferner einen elektrochemischen Energiespeicher (1), umfassend zwei Elektroden (2, 3) und einen in einem zwischen den Elektroden (2, 3) ausgebildeten Elektrodenzwischenraum (4) vorhandenen Feststoffelektrolyten (5), wobei die Elektroden (2, 3) Lithium umfassen. Erfindungsgemäß umfasst der Feststoffelektrolyt (5) als Elektrolytkomponenten Li4-SiO4-Li2S-SiS2, 0,25 Gew.-% Magnesiumsilikathydrat und 0,1 Gew.-% Kaolin.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Feststoffelektrolyten für einen elektrochemischen Energiespeicher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Feststoffelektrolyten und einen elektrochemischen Energiespeicher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
  • Aus dem Stand der Technik sind allgemein elektrochemische Energiespeicher bekannt, welche eine als Anode ausgebildete Elektrode, eine als Kathode ausgebildete Elektrode und einen in einem zwischen den Elektroden ausgebildeten Elektrodenzwischenraum vorhandenen Elektrolyten umfassen.
  • Weiterhin sind aus dem Stand der Technik als Feststoffzellen bezeichnete elektrochemische Energiespeicher bekannt, welche einen als Feststoff ausgebildeten Elektrolyten umfassen.
  • Einen solchen elektrochemischen Energiespeicher beschreibt die US 2012/0177974 A1 , wobei der Energiespeicher eine als Anode ausgebildete Elektrode, eine als Kathode ausgebildete Elektrode und einen in einem zwischen den Elektroden ausgebildeten Elektrodenzwischenraum vorhandenen Feststoffelektrolyten umfasst. Der Feststoffelektrolyt umfasst Aluminiumsilikat oder ein Derivat davon.
  • Weiterhin ist aus der CN 105304939 A ein Lithium-Ionen-Energiespeicher mit einem Feststoffelektrolyt bekannt, wobei der Feststoffelektrolyt aus einer nicht-ionischen wässrigen Polyurethan-Emulsion, Kaolin und Lithium-Salzen gebildet ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Feststoffelektrolyten, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Feststoffelektrolyten und einen verbesserten elektrochemischen Energiespeicher anzugeben.
  • Hinsichtlich des Feststoffelektrolyten wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale, hinsichtlich des Verfahrens durch die im Anspruch 2 angegebenen Merkmale und hinsichtlich des elektrochemischen Energiespeichers durch die im Anspruch 8 angegebenen Merkmale gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Der Feststoffelektrolyt für einen elektrochemischen Energiespeicher mit zumindest einer Lithium umfassenden Elektrode umfasst erfindungsgemäß die Elektrolytkomponenten Li4-SiO4-Li2S-SiS2, 0,25 Gew.-% Magnesiumsilikathydrat (Mg3[Si4O10(OH)2) und 0,1 Gew.-% Kaolin.
  • Der Feststoffelektrolyt weist eine besonders hohe elektrische Leitfähigkeit auf, welche insbesondere höher ist, als auf Germanium basierende Feststoffelektrolyte. Zudem sind die Elektrolytkomponenten preisgünstig, einfach und in ausreichender Menge verfügbar. Auch sind die Elektrolytkomponenten nicht toxisch und weisen gute Recyclingeigenschaften auf.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
  • Dabei zeigt:
  • 1 schematisch eine Schnittdarstellung eines elektrochemischen Energiespeichers.
  • In der einzigen 1 ist in einer Schnittdarstellung ein mögliches Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiespeichers 1 dargestellt.
  • Der Energiespeicher 1 umfasst eine als Anode ausgebildete Elektrode 2, eine als Kathode ausgebildete Elektrode 3 und einen in einem zwischen den Elektroden 2, 3 ausgebildeten Elektrodenzwischenraum 4 vorhandenen Feststoffelektrolyten 5, wobei die Elektroden 2, 3 und der Feststoffelektrolyt 5 in einem gemeinsamen Gehäuse 6 angeordnet sind.
  • Der Feststoffelektrolyt 5 und reaktive Materialien der Elektroden 2, 3 umfassen Lithiumionen, so dass der Energiespeicher 1 einen Lithium-Ionen-Akkumulator bildet.
  • Der Energiespeicher 1 ist insbesondere für Anwendung in Fahrzeugen, insbesondere in elektrischen Starter- und/oder Traktionsbatterien, vorgesehen.
  • Zur Realisierung einer hohen elektrochemischen Leistungsfähigkeit umfasst der Feststoffelektrolyt 5 als Elektrolytkomponenten Li4-SiO4-Li2S-SiS2, 0,25 Gew.-% Magnesiumsilikathydrat und 0,1 Gew.-% Kaolin.
  • Zur Herstellung des Feststoffelektrolyten 5 wird zunächst Li4-SiO4-Li2S-SiS2 bereitgestellt. Diesem werden anschließend 0,25 Gew.-% Magnesiumsilikathydrat (Mg3[Si4O10(OH)2) und 0,1 Gew.-% Kaolin zugefügt, wobei die Elektrolytkomponenten homogen gemischt werden.
  • Anschließend wird der Feststoffelektrolyt 5 gesintert, wobei der Sintervorgang nach 1/5 der Gesamt-Sinterzeit unterbrochen wird und eine Abkühlung des Feststoffelektrolyten 5 um 100 K innerhalb von 30 min erfolgt. Anschließend wird der Sintervorgang fortgesetzt.
  • Die Gesamtsinterzeit beträgt in einer möglichen Ausgestaltung 8 Stunden.
  • In einer möglichen Ausgestaltung erfolgen oder erfolgt nach dem Sintervorgang ein Pressen und/oder Mahlen des Feststoffelektrolyten 5.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2012/0177974 A1 [0005]
    • CN 105304939 A [0006]

Claims (8)

  1. Feststoffelektrolyt (5) für einen elektrochemischen Energiespeicher (1) mit zumindest einer Lithium umfassenden Elektrode (2, 3), gekennzeichnet durch – Li4-SiO4-Li2S-SiS2, – 0,25 Gew.-% Magnesiumsilikathydrat und – 0,1 Gew.-% Kaolin als Elektrolytkomponenten.
  2. Verfahren zur Herstellung eines Feststoffelektrolyten (5) nach Anspruch 1, umfassend die Schritte: – Bereitstellen von Li4-SiO4-Li2S-SiS2, – Zugabe von 0,25 Gew.-% Magnesiumsilikathydrat und – Zugabe 0,1 Gew.-% Kaolin.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolytkomponenten homogen gemischt werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoffelektrolyt (5) gesintert wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sintervorgang nach 1/5 der Gesamt-Sinterzeit unterbrochen wird und eine Abkühlung des Feststoffelektrolyten (5) um 100 K erfolgt.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühlung des Feststoffelektrolyten (5) innerhalb von 30 min erfolgt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoffelektrolyt (5) gepresst und/oder gemahlen wird.
  8. Elektrochemischer Energiespeicher (1), umfassend – zwei Elektroden (2, 3) und – einen in einem zwischen den Elektroden (2, 3) ausgebildeten Elektrodenzwischenraum (4) vorhandenen Feststoffelektrolyten (5), – wobei die Elektroden (2, 3) Lithium umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoffelektrolyt (5) als Elektrolytkomponenten – Li4-SiO4-Li2S-SiS2, – 0,25 Gew.-% Magnesiumsilikathydrat und – 0,1 Gew.-% Kaolin umfasst.
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