DE102018217520A1 - Festkörperakkumulator und ein Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

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Abstract

Festkörperakkumulator (1), zumindest aufweisend eine erste Elektrode (2), eine zweite Elektrode (3) sowie einen ersten Elektrolyt (4), die jeweils aus einem festen Material bestehen; wobei der Festkörperakkumulator (1) für einen Betrieb in einem Temperaturbereich zwischen zumindest einer niedrigen ersten Temperatur und einer höheren zweiten Temperatur vorgesehen ist; wobei der Festkörperakkumulator (1) einen zusätzlichen zweiten Elektrolyten (5) aufweist, der bei niedrigen Betriebstemperaturen einen flüssigen Zustand und bei höheren Betriebstemperaturen einen gasförmigen Zustand aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Festkörperakkumulator sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
  • Festkörperakkumulatoren (Solid-state batteries, SSB) werden als vielversprechender zukünftiger Energiespeicher für Elektro-Fahrzeuge angesehen. Dabei liegen Elektroden und Elektrolyt in dem für den Betrieb des Akkumulators vorgesehenen Temperaturbereich in einer Komposit-Elektrode und dem Separator als feste Materialien vor (also nicht in flüssigem oder gasförmigem Zustand). Die ionische Leitfähigkeit und die elektrochemische Stabilität der Elektroden-Elektrolyt-Grenzfläche stehen dabei im Fokus zur Verbesserung der Zelleigenschaften. Festkörperelektrolyte mit hoher ionischer Leitfähigkeit bei Raumtemperatur (also von mehr als einem (1) mS/cm [milliSiemens/ Zentimeter]) sind bereits bekannt.
  • Die hohe lonenleitfähigkeit bei Raumtemperatur sinkt jedoch aufgrund des typischen arrheniusartigen Verhaltens bei niedrigeren Temperaturen signifikant. Dies führt zu einem hohen Zellinnenwiderstand. Darüber hinaus kann die Volumenänderung eines Aktivmaterials während des Zyklisierens zur Deformation einer als Kompositkathode ausgeführten Elektrode und zum Kontaktverlust zwischen Aktivmaterial und Festkörperelektrolyt führen.
  • In den letzten 20 Jahren wurde die ionische Leitfähigkeit von Festkörperelektrolyten mittels Kristallstrukturdesign signifikant erhöht. Sowohl sulfidals auch oxidbasierte Festelektrolyte zeigen mittlerweile Leitfähigkeiten von über 1 mS/cm bei Raumtemperatur, wobei Sulfide generell leicht höhere Werte erreichen können. Insbesondere Li10GeP2S12 (LGPS) zeichnet sich durch eine extrem hohe lonenleitfähigkeit von ca. 12 mS/cm bei Raumtemperatur (20 Grad Celsius) aus. Diese Ionenleitfähigkeit ist mit der von organischen flüssigen Elektrolyten vergleichbar. Ein weiterer Vorteil von sulfidbasierten Festkörperelektrolyten ist das niedrige ElastizitätsModul (10 bis 30 GPa [GigaPascal]). Die hohe Duktilität führt zu einer guten Verdichtung des Materials durch einfaches Verpressen bei Raumtemperatur. Daher werden die Herstellungsprozesse für eine Festkörperbatterie voraussichtlich deutlich vereinfacht.
  • Obwohl die Leitfähigkeit der Festkörperelektrolyte bei Raumtemperatur mit der von flüssigen Elektrolyten vergleichbar ist, sinkt sie bei tiefen Temperaturen auf bis zu 10-8 S/cm ab. Die Abnahme der Leitfähigkeit bei tiefen Temperaturen ist eine intrinsische physikalische Eigenschaft von Festkörperelektrolyten, welche in einem Ahrrenius-Diagramm dargestellt werden kann. Es bestehen bisher keine öffentlich bekannten Lösungen, um die lonenleitung in einer Feststoffbatterie bei tiefen Temperaturen abseits der intrinsischen Eigenschaften des Festelektrolyts zu erhöhen. Daher ist eine hohe Energiedichte als auch das Schnellladen für einen Festkörperakkumulator im Bereich tiefer Temperaturen nicht realisierbar.
  • Darüber hinaus kann ein Kontaktverlust zwischen Aktivmaterial und Festkörperelektrolyt in einer Komposit-Elektrode nach wenigen Zyklen nicht vermieden werden, obwohl der vereinfachte Herstellungsprozess für eine sulfid-basierte Feststoffbatterie zu anfänglich relativ geringen Grenzflächenwiderständen führt. Ein weiterer großer Nachteil des sulfid-basierten Elektrolyten ist die geringe Bruchfestigkeit, so dass bereits durch geringen inneren Stress, wie er durch die Volumenänderung der Aktivmaterialien erzeugt wird, Risse im Elektrolyten generiert werden. Auch der Einsatz einer Lithium-Metall-Anode, die zur Erhöhung der Energiedichte eine Notwendigkeit darstellt, ist nicht ohne weiteres möglich. Bei höheren Stromdichten kommt es während des Ladens zum Wachstum von Lithium-Dendriten, die den Festelektrolyt bzw. einen Separator durchstoßen und die Zelle kurzschließen können.
  • Ein Hybridsystem (Polymer und anorganischer Festkörperelektrolyt) wurde häufig als Lösungsansatz betrachtet, um den entstehenden mechanischen inneren Stress zu kompensieren, wobei der Polymerelektrolyt (z.B. Polyethylenoxid, PEO) als Plastisierungsmittel („Plasticizer“) fungiert. Ein entscheidender Nachteil dieser Lösung ist, dass der polymerbasierte Elektrolyt eine deutlich geringere Leitfähigkeit bei Raumtemperatur als der anorganische Festelektrolyt besitzt, und erst ab 60 °C [Grad Celsius] eine anwendungsnahe Leitfähigkeit (von mehr als 0.1 mS/cm) aufweist.
  • Aus den US 2016/0261005 A1 , WO 2017/204984 A1 und JP 2000-021445 A sind verflüssigte gasbasierte Elektrolyte bekannt, die in Abhängigkeit von Druck und Temperatur entweder in flüssigem oder gasförmigem Zustand vorliegen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die mit Bezug auf den Stand der Technik angeführten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere soll ein Festkörperakkumulator vorgeschlagen werden, mit dem ein langlebiger Akkumulator herstellbar ist, der insbesondere für Schnellladevorgänge auch bei geringen Temperaturen geeignet ausgeführt ist.
  • Zur Lösung dieser Aufgaben trägt ein Festkörperakkumulator mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 bei. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und/oder Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
  • Es wird ein Festkörperakkumulator (Solid-state batteries, SSB) vorgeschlagen. Der Festkörperakkumulator weist zumindest eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode sowie einen ersten Elektrolyt auf, die jeweils aus einem festen Material bestehen. Der Festkörperakkumulator ist für einen Betrieb in einem Temperaturbereich zwischen zumindest einer niedrigen ersten Temperatur (z. B. mindestens 293 Kelvin) und einer höheren zweiten Temperatur (z. B. höchstens 333 Kelvin) vorgesehen. Der Festkörperakkumulator weist einen zusätzlichen zweiten Elektrolyten auf, der (insbesondere in Abhängigkeit von einem Umgebungsdruck) bei niedrigen Betriebstemperaturen einen flüssigen Zustand und bei höheren Betriebstemperaturen (z. B. ab mindestens 30 Grad Celsius, bevorzugt ab mindestens 40 Grad Celsius bei Umgebungsdruck von einem (1) bar) einen gasförmigen Zustand aufweist.
  • Die Elektrolyten sind insbesondere Lithiumionen-leitend und besitzen eine vernachlässigbar geringe Elektronenleitfähigkeit. Vernachlässigbar bedeutet, dass die elektronische Teilleitfähigkeit mindestens 7, aber idealerweise mehr als acht Größenordnungen geringer ist, als die ionische.
  • Insbesondere ist der Festkörperakkumulator, umfassend die erste Elektrode, die zweite Elektrode und sämtliche Elektrolyte (sowie einen die Elektroden elektrisch voneinander trennenden Separator), zumindest zu mindestens 90 Gew.-% aus festen Materialien aufgebaut.
  • Insbesondere weist also der Festkörperakkumulator zwei voneinander unterschiedliche (also aus unterschiedlichen Materialien bestehende) Elektrolyte auf. Insbesondere weisen die unterschiedlichen Elektrolyten voneinander unterschiedliche Aggregatzustände auf. Insbesondere ist der erste Elektrolyt unter den üblichen Betriebsbedingungen (immer) in einem festen Aggregatzustand, während der zweite Elektrolyt unter den üblichen Betriebsbedingungen (zumindest teilweise/vollständig) einen flüssigen oder (zumindest teilweise/vollständig) einen gasförmigen Aggregatzustand aufweist.
  • Insbesondere weist der erste Elektrolyt einen höheren Anteil in GewichtsProzent (Gew.-%) an einem Festkörperakkumulator und/oder an einer als Komposit-Elektrode ausgeführten Elektrode als der zweite Elektrolyt. Insbesondere beträgt der Anteil des ersten Elektrolyten mindestens 50 % mehr als der erste Anteil des zweiten Elektrolyten.
  • Infolge des Zustandswechsels des zweiten Elektrolyten zwischen flüssig und gasförmig (innerhalb des für den Betrieb des Festkörperakkumulators vorgesehenen Temperaturbereichs) können bei höheren Temperaturen in der Elektrode dadurch auftretende Freiräume als Ausgleichsvolumina genutzt werden, so dass eine Volumenänderung eines Aktivmaterials einer Komposit-Elektrode während eines Zyklisierens (Laden bzw. Entladen) kompensiert werden kann. Insbesondere kann so ein Kontaktverlust zwischen einem Elektrolyten und dem Aktivmaterial verringert oder sogar verhindert werden.
  • Insbesondere umfasst der zweite Elektrolyt zumindest eines oder mehrere von (oder ausschließlich eines von) Lithium-bis(trifluoromethansulfonyl)imid, Lithium-Hexafluorophosphat, Lithiumtetrafluoroborat, Lithium-bis(pentafluoroethansulfonyl)imid, Lithium-bis(oxalato)borat als Leitsalz und Fluoromethan, Difluoromethan, Fluoroethan, 1,1-Difluroethan, 2-Fluoropropan als Lösemittel. Dabei ist das Leitsalz (z.B. Lithium-bis(trifluoromethansulfonyl)imid) in dem Lösemittel (z.B. Fluoromethan) gelöst.
  • Insbesondere weist der zweite Elektrolyt (bereits) bei einer Temperatur von 213 Kelvin eine ionische Leitfähigkeit von mindestens 8 mS/cm [milli-Siemens/Zentimeter], insbesondere von mindestens 10 mS/cm, auf.
  • Infolge dieser hohen ionischen Leitfähigkeit des zweiten Elektrolyten bei niedrigen Temperaturen kann der Festkörperakkumulator auch außerhalb des Betriebsbereichs konventioneller Lithium-Ionen-Akkumulatoren eingesetzt werden.
  • Insbesondere ist zumindest eine der Elektroden eine Komposit-Elektrode, die zumindest aus einem Aktivmaterial (z. B. NCM - also Lithium-Nickel-Cobalt-Mangan-Oxid, LCO - also Lithium-Cobalt-Oxid, NCA - Lithium-Nickel-Cobalt-Aluminium-Oxid, LNMO - Lithium-Nickel-Mangan-Oxid bzw. Hochvolt-Spinell oder andere, beziehungsweise auf der Anodenseite Graphit, Silicium-Kohlenstoff-Komposite, Siliciumlegierungen oder -oxide, Lithiumtitanat, Zinn oder andere, sofern kein reines Lithium-Metall verwendet wird), dem ersten Elektrolyt als einem Festkörperelektrolyt und dem zweiten Elektrolyt besteht. Dabei ist sowohl der erste Elektrolyt als auch der zweite Elektrolyt zwischen den Aktivmaterialien angeordnet, wobei deren Oberflächen einander elektronisch kontaktieren und die unterschiedlichen Bestandteile der Komposit-Elektrode miteinander ionenleitend verbunden sind.
  • Der zweite Elektrolyt dient insbesondere zum Ausgleich einer Volumenänderung zumindest des Aktivmaterials während des Betriebs des Festkörperakkumulators. Damit kann ein Kontaktverlust zwischen Aktivmaterial und Elektrolyt zumindest verringert oder sogar verhindert werden.
  • Insbesondere kann durch den zweiten Elektrolyten eine dauerfeste Anordnung bzw. Verbindung von Aktivmaterial und erstem Elektrolyten gewährleistet werden.
  • Der zweite Elektrolyt ist also insbesondere innerhalb der Komposit-Elektrode angeordnet. Bei einer Volumenänderung des Aktivmaterials kann sich der zweite Elektrolyt aufgrund des flüssigen Zustands verformen und so sonst auftretende Spannungen und daraus resultierende Risse in der Komposit-Elektrode verhindern.
  • Insbesondere weist die Komposit-Elektrode mindestens ca. 70 Gew.-% [Gewichtsprozent] Aktivmaterial, höchstens 20 Gew.-% ersten Elektrolyt und höchstens 10 Gew.-% zweiten Elektrolyt auf. Weiter kann ein Binder, z. B. PVdF, eingesetzt werden, der dem Anteil an Aktivmaterial zugerechnet wird.
  • Bevorzugt weist die Komposit-Elektrode mindestens 1 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 5 Gew.-%, zweiten Elektrolyt auf.
  • Bevorzugt weist die Komposit-Elektrode mindestens 2 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 10 Gew.-%, ersten Elektrolyt auf
    Insbesondere ist der erste Elektrolyt sulfid- oder oxidbasiert.
  • Insbesondere weist die Komposit-Elektrode zusätzlich ein Leitadditiv auf. Das Leitadditiv ist z. B. Acetylenschwarz. Insbesondere weist die Komposit-Elektrode höchstens 2 Gew.-% Leitadditiv auf.
  • Insbesondere bildet die Komposit-Elektrode eine Kathode des Festkörperakkumulators aus.
  • Alternativ ist (auch) die Anode des Festkörperakkumulators als Komposit-Elektrode ausgeführt.
  • Bevorzugt ist die eine Elektrode (bzw. die Anode) eine Lithium-Metall-Anode.
  • Durch die Ausführung der Anode aus Lithium-Metall kann insbesondere die Energiedichte des Festkörperakkumulators weiter erhöht werden.
  • Insbesondere ist auf der Lithium-Metall-Anode eine stabile keramische SEI (solid electrolyte interphase), bzw. eine SEI-Schutzschicht ausgebildet, durch die im Betrieb des Festkörperakkumulators die Bildung von Dendriten verhindert werden kann.
  • Insbesondere kann diese SEI-Schutzschicht infolge der Anordnung des zweiten Elektrolyten in dem Festkörperakkumulator erzeugt werden.
  • Insbesondere umfasst die SEI-Schutzsicht zumindest LiF/ CH3Li (also Lithiumfluorid und Methyllithium).
  • Insbesondere ist der Festkörperakkumulator in einem Hochdruckbehälter angeordnet, der gegenüber einem Umgebungsdruck von 1 bar (0,1 MPa [Megapascal]) für einen Innendruck von mindestens 3 MPa, bevorzugt von mindestens 30 MPa, ausgelegt ist.
  • Insbesondere liegt während des Betriebs des Festkörperakkumulators in dem Hochdruckbehälter ein Druck von 1 MPa bis ca. 3 MPa, insbesondere bis ca. 80 MPa, vor.
  • Es wird weiter ein Verfahren zur Herstellung des beschriebenen Festkörperakkumulators vorgeschlagen, zumindest umfassend die folgenden Schritte:
    1. a. Bereitstellen einer Komposit-Elektrode als eine der Elektroden, wobei die Komposit-Elektrode zumindest aus einem Aktivmaterial und einem ersten Elektrolyt als einem Festkörperelektrolyt besteht;
    2. b. Zuführen eines verflüssigten gasbasierten zweiten Elektrolyten zu der Komposit-Elektrode und Anordnen des zweiten Elektrolyten in Freiräumen zwischen dem Aktivmaterial und dem ersten Elektrolyt.
  • Insbesondere wird in Schritt a. des Verfahrens der Festkörperakkumulator, umfassend eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode und den ersten Elektrolyt, bereitgestellt, wobei der Festkörperakkumulator zwischen den Elektroden zusätzlich eine Separatorschicht aufweist. In Schritt b. des Verfahrens wird der zweite Elektrolyt auch zwischen der Separatorschicht und der anderen Elektrode zur Bildung einer SEI-Schicht angeordnet.
  • Der Separator bzw. die Separatorschicht trennt die beiden Elektroden des Festkörperakkumulators elektrisch voneinander, wobei ein Transport der Ionen über den Separator bzw. die Separatorschicht von einer Elektrode zur anderen Elektrode ermöglicht wird.
  • Insbesondere bildet sich infolge der Anordnung des zweiten Elektrolyten im Bereich zwischen der Separatorschicht und der anderen Elektrode eine SEI-Schutzschicht, durch die eine Bildung von Dendriten, z. B. ausgehend von einer Lithium-Metall-Anode in die Separatorschicht hinein, verringert oder sogar verhindert wird.
  • Insbesondere sind die Komponenten des Festkörperakkumulators vor Schritt b. in einem Hochdruckbehälter angeordnet. Insbesondere ist der Hochdruckbehälter für einen Innendruck von mindestens 3 MPa [Megapascal] ausgelegt.
  • Bevorzugt liegt während Schritt b. ein Druck von zwischen 20 und 100 MPa, insbesondere von zwischen 50 und 80 MPa, bevorzugt von zwischen 65 und 75 MPa, vor.
  • Die Ausführungen zu dem Festkörperakkumulator gelten gleichermaßen für das Verfahren und umgekehrt.
  • Insbesondere ist der Festkörperakkumulator für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug vorgesehen. Der Einsatz des Festkörperakkumulators ist darauf jedoch nicht beschränkt.
  • Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste“, „zweite“, ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung.
  • Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
    • 1: einen Festkörperakkumulator; und
    • 2: einen bekannten Festkörperakkumulator;
  • 1 zeigt einen Festkörperakkumulator 1, der innerhalb eines Hochdruckbehälters 10 angeordnet ist. Der Festkörperakkumulator 1 weist eine erste Elektrode 2, eine zweite Elektrode 3 sowie einen ersten Elektrolyt 4 auf, die jeweils aus einem festen Material bestehen. Der Festkörperakkumulator 1 weist einen zusätzlichen zweiten Elektrolyten 5 (also zusätzlich zum ersten Elektrolyt 4) auf, der bei niedrigen Betriebstemperaturen einen flüssigen Zustand und bei höheren Betriebstemperaturen einen gasförmigen Zustand aufweist.
  • Die erste Elektrode 2 ist hier als eine Komposit-Elektrode ausgeführt und im rechten Teil der 1 im Detail dargestellt. Die Komposit-Elektrode besteht zumindest aus einem Aktivmaterial 6, dem ersten Elektrolyt 4 als einem Festkörperelektrolyt und dem zweiten Elektrolyt 5. Dabei ist sowohl der erste Elektrolyt 4 als auch der zweite Elektrolyt 5 zwischen den Aktivmaterialien 6 angeordnet, wobei deren Oberflächen einander kontaktieren und die unterschiedlichen Bestandteile der Komposit-Elektrode miteinander ionenleitend verbunden sind.
  • Die zweite Elektrode 3 ist hier als Lithium-Metall-Anode ausgeführt, wobei zwischen der Separatorschicht 8 und der zweiten Elektrode 3 eine SEI-Schutzschicht 9 ausgebildet ist.
  • Der zweite Elektrolyt 5 ist (wie der erste Elektrolyt 4) innerhalb der Komposit-Elektrode in Freiräumen 7 (nicht vom festen Aktivmaterial 6 oder festem ersten Elektrolyten 4 ausgefüllt) angeordnet. Bei einer Volumenänderung des Aktivmaterials 6 kann sich der zweite Elektrolyt 5 aufgrund des flüssigen Zustands verformen und so sonst auftretende Spannungen und daraus resultierende Risse in der Komposit-Elektrode verhindern. Weiter kann durch den Übergang des zweiten Elektrolyt 5 in den gasförmigen Zustand eine dauerhafte Kontaktierung der Oberflächen von Aktivmaterial 6, Elektrolyt 4, 5 und Separatorschicht 8 sichergestellt werden.
  • Zum Einbringen des zweiten Elektrolyten 5 in die Freiräume 7 zwischen Aktivmaterial 6 und ersten Elektrolyt 4 wird der Festkörperakkumulator 1 unter einem hohen Druck komprimiert (Pfeile stellen Druck dar).
  • 2 zeigt einen bekannten Festkörperakkumulator 1. Der Festkörperakkumulator 1 weist eine erste Elektrode 2, eine zweite Elektrode 3 sowie einen ersten Elektrolyt 4 auf, die jeweils aus einem festen Material bestehen. Der Festkörperakkumulator 1 weist in der als Komposit-Elektrode ausgeführten ersten Elektrode 2 einen zusätzlichen zweiten Elektrolyten 5 (also zusätzlich zum ersten Elektrolyt 4, siehe Detaildarstellung im rechten Teil der 2) auf, der hier als Polymerelektrolyt 11 ausgeführt ist.
  • Der Polymerelektrolyt 11 wird eingesetzt, um die entstehende mechanische innere Stressbelastung zu kompensieren, wobei der Polymerelektrolyt 11 (z. B. Polyethylenoxid) als Plastisierungsmittel verwendet wird. Nachteilig ist hier jedoch, dass der polymerbasierte zweite Elektrolyt 5 eine deutlich geringere Ionen-Leitfähigkeit bei Raumtemperatur als der (anorganische) erste Elektrolyt 4 besitzt. Erst ab Temperaturen von 60 Grad Celsius weist der Polymerelektrolyt 11 eine anwendungsnahe Leitfähigkeit von ca. (bzw. mehr als) 0,1 mS/cm auf.
  • Weiterhin bildet der Polymerelektrolyt 11 auch keine stabile Barriere gegen die Bildung von Lithium-Dendriten 12 auf, die sich ausgehend von der als Lithium-Metall-Anode ausgeführten zweiten Elektrode 3 in die Separatorschicht 8 hinein erstrecken.
  • Zum Einbringen des zweiten Elektrolyten 5 in die Freiräume 7 zwischen Aktivmaterial 6 und ersten Elektrolyt 4 wird der Festkörperakkumulator 1 unter einem hohen Druck komprimiert (Pfeile stellen Druck dar).
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Festkörperakkumulator
    2
    erste Elektrode
    3
    zweite Elektrode
    4
    erster Elektrolyt
    5
    zweiter Elektrolyt
    6
    Aktivmaterial
    7
    Freiraum
    8
    Separatorschicht
    9
    Schutzschicht
    10
    Hochdruckbehälter
    11
    Polymerelektrolyt
    12
    Dendrit
  • 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 2016/0261005 A1 [0008]
    • WO 2017/204984 A1 [0008]
    • JP 2000021445 A [0008]

Claims (11)

  1. Festkörperakkumulator (1), zumindest aufweisend eine erste Elektrode (2), eine zweite Elektrode (3) sowie einen ersten Elektrolyt (4), die jeweils aus einem festen Material bestehen; wobei der Festkörperakkumulator (1) für einen Betrieb in einem Temperaturbereich zwischen zumindest einer niedrigen ersten Temperatur und einer höheren zweiten Temperatur vorgesehen ist; wobei der Festkörperakkumulator (1) einen zusätzlichen zweiten Elektrolyten (5) aufweist, der bei niedrigen Betriebstemperaturen einen flüssigen Zustand und bei höheren Betriebstemperaturen einen gasförmigen Zustand aufweist.
  2. Festkörperakkumulator (1) nach Patentanspruch 1, wobei der zweite Elektrolyt (5) zumindest Lithium-bis(trifluoromethanesulfonyl)imid und Fluoromethan umfasst.
  3. Festkörperakkumulator (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der zweite Elektrolyt (5) bei einer Temperatur von 213 Kelvin eine ionische Leitfähigkeit von mindestens 10 mS/cm [milliSiemens/Zentimeter] aufweist
  4. Festkörperakkumulator (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei zumindest eine der Elektroden (2, 3) eine Komposit-Elektrode ist, die zumindest aus einem Aktivmaterial (6), dem ersten Elektrolyt (4) als einem Festkörperelektrolyt und dem zweiten Elektrolyt (5) besteht.
  5. Festkörperakkumulator (1) nach Patentanspruch 4, wobei die Komposit-Elektrode mindestens 70 Gew.-% Aktivmaterial (6), höchstens 20 Gew.-% ersten Elektrolyt (4) und höchstens 10 Gew.-% zweiten Elektrolyt (5) aufweist.
  6. Festkörperakkumulator (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche 4 und 5, wobei der erste Elektrolyt (4) sulfid- oder oxidbasiert ist.
  7. Festkörperakkumulator (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche 4 bis 6, wobei die Komposit-Elektrode zusätzlich ein Leitadditiv aufweist.
  8. Festkörperakkumulator (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche 4 bis 7, wobei die Komposit-Elektrode eine Kathode und/oder Anode des Festkörperakkumulators (1) bildet.
  9. Festkörperakkumulator (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die eine Elektrode (2, 3) eine Lithiummetall-Anode ist.
  10. Verfahren zur Herstellung eines Festkörperakkumulators (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, zumindest umfassend die folgenden Schritte: a. Bereitstellen einer Komposit-Elektrode als eine der Elektroden (2, 3), wobei die Komposit-Elektrode zumindest aus einem Aktivmaterial (6) und einem ersten Elektrolyt (4) als einem Festkörperelektrolyt besteht; b. Zuführen eines verflüssigten gasbasierten zweiten Elektrolyten (5) zu der Komposit-Elektrode und Anordnen des zweiten Elektrolyten (5) in Freiräumen (7) zwischen dem Aktivmaterial (6) und dem ersten Elektrolyt (4).
  11. Verfahren (1) nach Patentanspruch 10, wobei in Schritt a. der Festkörperakkumulator (1), umfassend eine erste Elektrode (2), eine zweite Elektrode (3) und den ersten Elektrolyt (4), bereitgestellt wird, wobei der Festkörperakkumulator (1) zwischen den Elektroden (2, 3) zusätzlich eine Separatorschicht (8) aufweist; wobei in Schritt b. der zweite Elektrolyt (5) auch zwischen der Separatorschicht (8) und der anderen Elektrode (3, 2) zur Bildung einer SEI-Schutzschicht (9) angeordnet wird.
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