DE102016215070A1 - Elektrode für Festkörperzelle mit eingebettetem Leitfähigkeitszusatz - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbundelektrodenstruktur für eine Lithiumionenzelle, die einen Festelektrolyten mit Lithiumionenleitfähigkeit, ausgewählt aus anorganischen Festkörperelektrolyten mit einem Schmelzpunkt von 1300°C oder weniger und Polymerelektrolyten, in den ein Leitfähigkeitszusatz mit elektrischer Leitfähigkeit in Form von Partikeln, Fasern oder einer Mischung eingebettet ist, sowie Partikel eines Kathoden-Aktivmaterials umfasst.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft eine Elektrode für eine Festkörper-Lithiumionenzelle, insbesondere eine positive Elektrode, die einen anorganischen Festkörperelektrolyten mit einem Schmelzpunkt von 1300°C oder weniger oder einen Polymerelektrolyten mit faserartigen oder partikelförmigen Komponenten sowie ein Aktivmaterial umfasst, sowie eine Festkörperzelle, die mindestens eine dieser Elektroden umfasst.
  • Technischer Hintergrund
  • Gegenwärtig werden meist Lithiumionenbatterien mit Flüssigelektrolyt eingesetzt, die im Wesentlichen eine negative Elektrode (Anode), eine positive Elektrode (Kathode) und einen dazwischenliegenden Separator umfassen, der mit einem nichtwässrigen Flüssigelektrolyten getränkt ist. Die Anode bzw. Kathode umfassen jeweils ein Anoden- bzw. Kathoden-Aktivmaterial, das gegebenenfalls unter Einsatz eines Bindemittels und/oder eines Zusatzes zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit auf einem Stromkollektor aufgebracht ist. Als Flüssigelektrolyt dient ein polares aprotisches Lösemittel, meist eine Mischung aus organischen Kohlensäureestern, in dem ein Leitsalz wie LiPF6 gelöst ist. Die Elektrodenstruktur einer solchen Zelle ist im Allgemeinen porös, so dass der Flüssigelektrolyt in Kontakt mit den Aktivmaterialpartikeln kommt und ein Austausch von Lithiumionen möglich ist.
  • Solche Zellen mit Flüssigelektrolyt unterliegen jedoch gewissen Einschränkungen. So ist aufgrund der begrenzten Stabilität des Elektrolyten die maximale Zellspannung gegenwärtig auf etwa 4.3 bis 4.4 V beschränkt. Irreversible Reaktionen zwischen Elektrolyt-Lösungsmittel und Elektrode können mit zunehmender Zyklenzahl zudem zu einem Kapazitätsverlust führen. Weiterhin handelt es sich bei den eingesetzten Elektrolyt-Lösungsmitteln um leichtentzündliche organische Verbindungen, was im Störfall, beispielsweise bei einer Überhitzung der Zelle aufgrund eines inneren Kurzschlusses eine Brandgefahr darstellt. Hinzu kommt, dass das als Leitsalz üblicherweise eingesetzte LiPF6 im Brandfall zu hochtoxischen, korrosiven Spezies wie HF und POF3 zersetzt werden kann.
  • Der Einsatz von festen Elektrolyten stellt eine Möglichkeit dar, einerseits diese Risiken zu vermeiden und andererseits die Energiedichte und Haltbarkeit noch weiter zu erhöhen. Unter Festkörperelektrolyten werden einerseits glasartige oder keramische anorganische Verbindungen verstanden, die Leitfähigkeit für Lithiumionen aufweisen. Andererseits werden zu den Festkörperelektrolyten auch Polymerelektrolyte gerechnet.
  • Im Stand der Technik sind Festkörper-Lithiumionenbatterien in Dünnfilmbauweise mit anorganischem Festkörperelektrolyt und Kapazitäten im Bereich einiger µAh bis mAh bekannt, die beispielsweise zur Energieversorgung von Kleinstverbrauchern wie Smart-Cards oder ähnlichem eingesetzt werden können. Solche Zellen sind meist einlagig und können beispielsweise durch Gasphasenabscheidungstechniken hergestellt werden. Die mit Festkörperelektrolyten verbundenen Schwierigkeiten im Hinblick auf die begrenzte Lithiumionenleitfähigkeit und Grenzflächeneffekte werden dabei zumindest teilweise durch die dünnen Schichtdicken kompensiert. Für höhere Kapazitäten, wie sie z.B. zum Antrieb von Fahrzeugen nötig sind, ist eine solche Bauweise jedoch impraktikabel. Hierzu sind stattdessen Elektroden mit einem gewissen Mindestmaß an Aktivmaterial-Beladung erforderlich, um die notwendige Kapazität bereitzustellen. Während bei den Dünnschichtzellen praktisch das gesamte Aktivmaterial im direkten Kontakt sowohl zum Stromkollektor als auch zum Elektrolyten steht und die Auswirkung der Schichtdicke weitgehend vernachlässigt werden kann, wird in Dickschicht-Zellen mit größeren Schichtdicken von beispielsweise 30 bis 150 µm die elektrische Leitfähigkeit und die Lithiumionenleitfähigkeit im Inneren („Bulk“) der Schicht ein relevanter Faktor. Die elektrische Leitfähigkeit innerhalb der Festkörperelektrode lässt sich wie auch bei den herkömmlichen Flüssigelektrolyt-Zellen mit porösen Elektroden durch Zugabe eines Leitfähigkeitszusatzes wie z.B. Ruß gewährleisten, wenn erforderlich. Die Lithiumionenleitfähigkeit muss jedoch im Gegensatz zu den Flüssigelektrolyt-Zellen durch die Elektrodenstruktur selbst bereitgestellt werden.
  • Dies kann durch Einsatz eines Verbundmaterials aus Aktivmaterial, Festkörperelektrolyt und gegebenenfalls einem elektrisch leitfähigen Zusatz erreicht werden. Der Festkörperelektrolyt, der in Form von Partikeln vorliegt oder im Fall von Polymerelektrolyten oder glasartigen anorganischen Festkörperelektrolyten auch eine gleichförmige Matrix bilden kann, stellt die Lithiumionenleitfähigkeit innerhalb des Verbundmaterials bereit. Er übernimmt somit die Rolle des in die Porenstruktur eingedrungenen Flüssigelektrolyten im Falle der herkömmlichen Zellen. Ein solches Verbundmaterial kann je nach eingesetzten Materialien beispielsweise durch Sintern und/oder Pressen hergestellt werden, und hat vorzugsweise eine möglichst geringe Porosität, da das Vorhandensein von Leerstellen eine Verschlechterung des Kontakts zwischen Aktivmaterial und Festelektrolyt mit sich bringt.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Durch die Erfindung zu lösende Aufgabe
  • Wie oben beschrieben müssen die Elektroden einer Dickschicht-Festkörperzelle nicht nur das Aktivmaterial bereitstellen, sondern sie müssen auch eine ausreichende Leitfähigkeit sowohl für Elektronen als auch für Lithiumionen aufweisen. Dies kann durch Einsatz eines Verbundmaterials aus Aktivmaterial, Festkörperelektrolyt und Leitfähigkeitszusatz erreicht werden, wobei die Porosität möglichst gegen null gehen soll, um die Kontaktfläche zwischen Festkörperelektrolyt und Aktivmaterial und damit die Lithiumionenübertragung zu maximieren.
  • Aufgrund der kompakten Struktur, insbesondere wenn mehrere Wiederholungseinheiten aus Kathode, Separator und Anode gestapelt sind, spielen Volumenänderungen aufgrund der Interkalation und Deinterkalation von Lithiumionen im Aktivmaterial eine große Rolle, da sie zu mechanischen Spannungen führen. Zudem wird zum Erreichen der kompakten Struktur oft ein hoher Anteil an Leitfähigkeitszusatz zugegeben, um eventuelle Lücken aufzufüllen, so dass sich aufgrund des hohen Volumenanteils passiver Komponenten die Energiedichte verschlechtern kann.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Probleme zu lösen oder abzumildern und eine Verbundelektrode für eine Dickschicht-All-Solid-State-Lithiumionenzelle bereitzustellen, die verbesserte mechanische Stabilität gegenüber Spannungen und Volumenschüben bei der Zyklisierung aufweist und ein höheres Verhältnis von Aktivmaterial zu Passivmaterialien ermöglicht.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Zur Lösung der obigen Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung eine Verbundelektrode für eine Lithiumionenzelle bereit, umfassend:
    • – einen Festelektrolyten mit Lithiumionenleitfähigkeit, ausgewählt aus anorganischen Festkörperelektrolyten mit einem Schmelzpunkt von 1300°C oder weniger und Polymerelektrolyten, in den ein Leitfähigkeitszusatz mit elektrischer Leitfähigkeit in Form von Partikeln, Fasern oder einer Mischung eingebettet ist; und
    • – Partikel eines Kathoden-Aktivmaterials.
  • Die Partikel des Kathoden-Aktivmaterials werden dabei vorzugsweise in den Festkörperelektrolyten eingebettet.
  • Die erfindungsgemäße Elektrode wird vorzugsweise als Elektrode in einer Festkörper-Lithiumionenzelle („All-Solid-State“-Zelle) eingesetzt. Alternativ dazu kommt beispielsweise auch der Einsatz in Hybrid-Zellen aus einer Festkörper-Halbzelle mit der erfindungsgemäßen Elektrode und einer Halbzelle mit Flüssigelektrolyt und herkömmlicher Elektrode in Betracht.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Im Folgenden werden die einzelnen Merkmale der vorliegenden Erfindung näher beschrieben.
  • Festkörperelektrolyt
  • Der in der erfindungsgemäßen Elektrode eingesetzte Festkörperelektrolyt fungiert als Matrix, in die das Aktivmaterial und der Leitfähigkeitszusatz eingebettet sind, so dass eine möglichst porenfreie Struktur mit maximaler Kontaktfläche zwischen Aktivmaterial und Leitfähigkeitszusatz besteht.
  • Als Festelektrolyt kommen einerseits anorganische Festelektrolyten mit einem Schmelzpunkt von 1300°C oder weniger in Betracht, insbesondere Gläser oder Glaskeramiken, wie beispielsweise Borate, Phosphate, Sulfide und ähnliche Phasen. Als Phosphat-basierter Festkörperelektrolyt kommen z.B. Lithium-Aluminium-Titan-Phosphate (LATP) in Betracht, beispielsweise mit der Stöchiometrie Li1,5Al0,5Ti1,5(PO4)3 oder Li1,3Al0,3Ti1,7(PO4)3. Beispiele für sulfidische Elektrolyte sind die Systeme P2S5-Li2S und Li2S-SiS2-Li3N, jeweils mit variierbaren Mischungsverhältnissen der Komponenten. Bevorzugt wird ein niedrigschmelzender Festkörperelektrolyt eingesetzt, vorzugsweise mit einem Schmelzpunkt von 800°C oder weniger, stärker bevorzugt 600°C oder weniger, noch stärker bevorzugt 400°C oder weniger.
  • Alternativ zum anorganischen Festkörperelektrolyt kann auch ein Polymerelektrolyt eingesetzt werden. Der Polymerelektrolyt umfasst ein Polymermaterial, das Lithiumionenleitfähigkeit aufweist, wie insbesondere Polyethylenoxid (PEO), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyphenylenether (PPO), Phosphazenpolymere wie MEEP oder auch Polyacrylnitril (PAN). Zur Verbesserung der Lithiumionenleitfähigkeit enthalten die Polymerelektrolyte üblicherweise ein Leitsalz wie Lithiumperchlorat, Lithiumtetrafluoroborat, Lithiumhexafluorophosphat, LiN(SO2F)2 (LiFSI) oder LiN(SO2CF3)2 (LiTFSI). Ein bevorzugter Polymerelektrolyt ist PEO in Verbindung mit LiN(SO2F)2 (LiFSI) oder LiN(SO2CF3)2 (LiTFSI).
  • Leitfähigkeitszusatz
  • Der Leitfähigkeitszusatz kann erfindungsgemäß in Form von Partikeln, Fasern oder einer Kombination vorliegen. Als Material des Leitfähigkeitszusatzes kommen insbesondere Materialien auf Kohlenstoffbasis in Betracht.
  • Der volumengemittelte Durchmesser der Leitfähigkeitszusatz-Partikel liegt üblicherweise im Bereich von 1 nm bis 1 µm, bevorzugt 10 bis 500 nm, stärker bevorzugt 20 bis 100 nm. Beispielsweise kann Leitruß eingesetzt werden, dessen Teilchengröße typischerweise im Bereich von 1 bis 50 nm, vorzugsweise 5 bis 20 nm liegt. Ein weiteres Beispiel ist Leitgraphit, mit einer üblichen Teilchengröße im Bereich von 100 nm bis 20 µm, vorzugsweise 200 nm bis 10 µm.
  • Für den Leitfähigkeitszusatz in Faserform lassen sich Graphit-Fasern und Kohlenstoff-Nanoröhren (CNTs) als Beispiele anführen. Kohlenstoffnanoröhren sind aus mindestens einer Schicht aus Kohlenstoff (Graphen) aufgebaut, die zu einer Röhre gerollt ist. Dabei kommen Röhren mit einzelwandiger, doppelwandiger oder Multiwand-Struktur in Betracht, die als Singlewall-CNTs, Doublewall-CNTs bzw. Multiwall-CNTs bezeichnet werden. Der mittlere Durchmesser der CNTs liegt üblicherweise im Bereich von 0,1 nm bis 50 nm, vorzugsweise 0,5 nm bis 10 nm, stärker bevorzugt 1 bis 5 nm. Die mittlere Länge der CNTs vorzugsweise im Bereich von 50 nm bis 50 µm, stärker bevorzugt 100 nm bis 25 µm, insbesondere 1 bis 10 µm. Länge und Durchmesser der CNTs kann beispielsweise elektronenmikroskopisch bestimmt werden.
  • Ein faserförmiger Leitfähigkeitszusatz verleiht zusätzliche mechanische Festigkeit und verbessert die Resistenz gegenüber mechanischen Spannungen, beispielsweise aufgrund von Volumenänderungen. Im Hinblick auf die mechanischen Eigenschaften ist daher der Einsatz von Leitfähigkeitszusatz-Fasern oder einer Mischung von Fasern und Partikeln bevorzugt. Zur weiteren Erhöhung der Leitfähigkeit ist der Einsatz von CNTs oder einer Mischung, die CNTs enthält, besonders bevorzugt.
  • Kathoden-Aktivmaterial
  • Das Kathoden-Aktivmaterial ist nicht speziell beschränkt, und es können übliche Interkalationsmaterialien für Lithiumionenbatterien eingesetzt werden.
  • Beispiele für einsetzbare Kathoden-Aktivmaterialien sind Übergangsmetalloxide mit Schichtstruktur des Typs LiMO2 (M = Co, Ni, Mn) wie LiCoO2(LCO), LiNiO2, LiMnO2 oder Mischoxide wie LiNixMnyCozO2 (mit x + y + z = 1; NMC) oder LiCo0,85Al0,15O2 (NCA), Spinelle wie LiMn2O4 (LMO) oder auch im Olivin-Typ kristallisierende Phosphate wie LiFePO4 (LFP) oder LiFe0,15 Mn0,85PO4 (LFMP). Die Verwendung einer Mischung von zwei oder mehreren dieser Materialien kommt ebenfalls in Betracht. Alternativ können hier auch Konversionsmaterialien zum Einsatz kommen. Beispielsweise kann hier FeF3 angeführt werden.
  • Der volumengemittelte Teilchendurchmesser der Aktivmaterialpartikel der Interkalationsmaterialien kann beispielsweise 0,01 bis 50 µm betragen, vorzugsweise 0,1 bis 20 µm, insbesondere 0,5 bis 10 µm. Der volumengemittelte Teilchendurchmesser der Konversionsmaterialien kann beispielsweise 0,001 bis 10 µm betragen, vorzugsweise 0,005 bis 1 µm und besonders bevorzugt 0,01 bis 0,8 µm. Die Teilchendurchmesser können mit Hilfe von Laserbeugungsverfahren ermittelt werden, insbesondere gemäß ISO 13320.
  • Elektrode
  • Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Elektrode wird zunächst der Leitfähigkeitszusatz in den Festelektrolyten eingebettet. Dies kann beispielsweise durch Mischen von Leitfähigkeitszusatz und pulverförmigem Festelektrolyt und Aufschmelzen erfolgen, gegebenenfalls unter Schutzgasatmosphäre. Anschließend kann der erstarrte Festelektrolyt mit dem schmelzeingebetteten Leitfähigkeitszusatz mit einer Mühle pulverisiert werden. Im Falle eines Polymerelektrolyten kann der Leitfähigkeitszusatz zusammen mit dem ionenleitenden Polymer schmelzextrudiert und granuliert werden.
  • Der so erhaltene Festelektrolyt mit eingebettetem Leitfähigkeitszusatz kann dann mit den Aktivmaterialpartikeln gemischt werden, um eine Verbundmaterial herzustellen. Das Verbundmaterial ist im Allgemeinen auf einem Stromkollektor aufgebracht, beispielsweise Aluminiumfolie. Hierzu liegt der Festelektrolyt vorzugsweise in Form von Partikeln mit kleinerer Teilchengröße als diejenige der Aktivmaterialpartikel vor. Bevorzugte volumengemittelte Teilchendurchmesser des Festelektrolyten mit eingebettetem Leitfähigkeitszusatz können beispielsweise 0.01 bis 30 µm, vorzugsweise 0,05 bis 15 µm, insbesondere 0,1 bis 5 µm betragen. Die Teilchendurchmesser können mit Hilfe von Laserbeugungsverfahren gemäß ISO 13320 ermittelt werden.
  • Das Verhältnis der Volumenanteile von Festkörperelektrolyt, Leifähigkeitszusatz und Aktivmaterial ist nicht speziell beschränkt, jedoch ist der Anteil an Aktivmaterial im Hinblick auf die Energiedichte vorzugsweise möglichst hoch. Der Volumenanteil des Festkörperelektrolyten in der Elektrodenstruktur wird vorzugsweise groß genug gewählt, dass die Lücken zwischen den Aktivmaterialpartikeln vollständig ausgefüllt werden, um eine möglichst porenfreie Struktur und gute Lithiumionenübertragung zu erreichen. Eine bevorzugte Mischung umfasst 40 bis 82 Vol.% Aktivmaterial, 15 bis 57 % Festkörperelektrolyt und 3 bis 25 Vol.% Leitfähigkeitszusatz, stärker bevorzugt 60 bis 75 Vol.% Aktivmaterial, 20 bis 35 % Festkörperelektrolyt und 5 bis 25 Vol.% Leitfähigkeitszusatz, jeweils bezogen auf das Gesamtvolumen dieser drei Komponenten.
  • Die Elektroden können beispielsweise über die folgenden Verfahren hergestellt werden:
    • – Vermischen von Aktivmaterial und Festelektrolyt mit eingebettetem Leitzusatz, anschließendes Versintern der beiden Pulver zu einer Verbundkathode, die idealerweise eine möglichst kleine Porosität aufweist, gefolgt vom Fixieren auf einem Stromkollektor.
    • – Vermischen von Aktivmaterial, Festelektrolyt mit eingebettetem Leitzusatz und einer Binderlösung (beispielsweise PVdF) und Aufbringen auf den Stromkollektor. Anschließend wird die Mischung getrocknet und verdichtet.
    • – Vermischen von Aktivmaterial, Festelektrolyt mit eingebettetem Leitzusatz und einer Binderlösung und Aufbringen auf den Stromkollektor, und anschließendes Trocknen und Sintern.
    • – Im Fall von relativ weichen Festkörperelektrolyten wie Sulfiden oder Polymerelektrolyt können die entsprechenden Pulver gemischt, auf den Stromkollektor aufgebracht und verpresst werden.
  • Vorzugsweise wird das so erhaltene Verbundmaterial auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts des Festkörperelektrolyten erwärmt, um den Festkörperelektrolyten anzuschmelzen oder aufzuschmelzen und so einen möglichst guten Kontakt zum Aktivmaterial herzustellen.
  • Neben der Ermöglichung einer kompakten, im Wesentlichen porenfreien Struktur hat der Einsatz des Festkörperelektrolyten mit eingebettetem Leitfähigkeitszusatz den Vorteil, dass Konzentrationsgradienten des Leitfähigkeitszusatzes und des Festkörperelektrolyten, die sich sonst aufgrund der üblicherweise unterschiedlichen Dichte und Teilchengröße dieser Komponenten entlang der Dicke-Richtung einstellen können, vermieden werden. Auf diese Weise kann selbst bei größeren Schichtdicken eine Homogenität der Zusammensetzung gewährleistet werden.
  • Die Schichtdicke der Verbundmaterial-Schicht auf dem Stromableiter liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 30 und 300 µm, insbesondere 50 bis 150 µm.
  • Zellen
  • Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Elektrode in Festkörperzellen (All-Solid-State-Zellen) eingesetzt, je nach Aktivmaterial als Anode oder als Kathode. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die All-Solid-State-Zelle sowohl eine erfindungsgemäße Anode als auch eine erfindungsgemäße Kathode auf.
  • Alternativ dazu kann eine erfindungsgemäße Anode oder Kathode in Verbindung mit einer herkömmlichen Kathode bzw. Anode eingesetzt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform werden eine erfindungsgemäße Kathode und metallisches Lithium oder Lithium-basierte Legierungen als Anode verwendet.
  • Zwischen die Anode und die Kathode ist im Allgemeinen eine Festkörperelektrolytschicht eingebracht, die gleichzeitig als Separator fungiert. Dabei kann z.B. das gleiche Festkörperelektrolytmaterial eingesetzt werden, das auch in der erfindungsgemäßen Elektrode verwendet wird, was jedoch nicht zwingend notwendig ist. Die Schichtdicke der Separator-Schicht ist im Hinblick auf die Energiedichte und den Innenwiderstand vorzugsweise dünn, üblicherweise 1 bis 100 µm, vorzugsweise 5 bis 35 µm.
  • Als weitere Alternative kommen Hybridzellen in Betracht, in der die erfindungsgemäße Elektrode, die mit einer Separator-Schicht aus Festkörperelektrolyt beschichtet ist, die eine Halbzelle bildet, und eine herkömmliche Elektrode mit Flüssigelektrolyt oder Polymer- oder Gelelektrolyt die andere. Im Hinblick auf die begrenzte Oxidationsstabilität von Polymer- und Flüssigelektrolyten im Vergleich zu Festkörperelektrolyten wird hierbei vorzugsweise eine erfindungsgemäße Kathode in Kombination mit einer herkömmlichen Anode verwendet.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • ISO 13320 [0023]
    • ISO 13320 [0025]

Claims (11)

  1. Verbundelektrodenstruktur für eine Lithiumionenzelle, umfassend: – einen Festelektrolyten mit Lithiumionenleitfähigkeit, ausgewählt aus anorganischen Festkörperelektrolyten mit einem Schmelzpunkt von 1300°C oder weniger und Polymerelektrolyten, in den ein Leitfähigkeitszusatz mit elektrischer Leitfähigkeit in Form von Partikeln, Fasern oder einer Mischung eingebettet ist; und – Partikel eines Kathoden-Aktivmaterials.
  2. Verbundelektrodenstruktur gemäß Anspruch 1, worin die Partikel des Kathoden-Aktivmaterials durch Anschmelzen des Festelektrolyten mit eingebettetem Leitfähigkeitszusatz schmelzeingebettet sind.
  3. Verbundelektrodenstruktur gemäß Anspruch 1 oder 2, worin der Festelektrolyt ein Glas oder eine Glaskeramik auf Basis von Borat, Phosphat oder Sulfid ist.
  4. Verbundelektrodenstruktur gemäß Anspruch 1 oder 2, worin der Festelektrolyt ein Polymerelektrolyt auf Basis von Polyethylenoxid (PEO), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyphenylenether (PPO), Phosphazenpolymere wie MEEP oder auch Polyacrylnitril (PAN) in Kombination mit einem Leitsalz ist.
  5. Verbundelektrodenstruktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, worin der Leitfähigkeitszusatz in Partikelform aus Leitruß, Leitgraphit oder einer Mischung daraus ausgewählt ist.
  6. Verbundelektrodenstruktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, worin der Leitfähigkeitszusatz in Faserform aus Graphitfasern und Kohlenstoff-Nanoröhren (CNTs) ausgewählt ist.
  7. Verbundelektrodenstruktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Kathoden-Aktivmaterial aus LiCoO2 (LCO), LiNixMnyCozO2 (NMC, x + y + z = 1), LiCo0,85Al0,15O2 ( NCA), LiMn2O4 (LMO), LiFePO4 (LFP) und einem Konversionsmaterial wie FeF3 ausgewählt ist.
  8. Verbundelektrodenstruktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, die 40 bis 82 Vol.% Aktivmaterial, 15 bis 57 Vol.% Festkörperelektrolyt und 3 bis 25 Vol.% an eingebettetem Leitfähigkeitszusatz, auf Basis des Gesamtvolumens dieser Komponenten, umfasst.
  9. Verbundelektrodenstruktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, worin ein Verbundmaterial aus Aktivmaterial und Festkörperelektrolyt mit eingebettetem Leitfähigkeitszusatz als Schicht auf einen Stromkollektor aufgebracht ist.
  10. Verbundelektrodenstruktur gemäß Anspruch 9, wobei die Schichtdicke 30 bis 300 µm beträgt.
  11. Festkörper-Lithiumbatterie, die als Kathode eine Verbundelektrodenstruktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 umfasst.
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