DE102019200440A1 - Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für einen Festkörperakkumulator - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrode für einen Festkörper-Akkumulator, aufweisend die Verfahrensschritte:a) Erzeugen eines Sols, welches ein ionenleitendes Elektrolytmaterial und ein Lösungsmittel aufweist, wobei das ionenleitende Elektrolytmaterial in dem Lösungsmittel zumindest teilweise gelöst ist;b) Einfügen eines Leitzusatzes und eines Aktivmaterials in das Lösungsmittel;c) Aufbringen des Sols auf einen Stromableiter; undd) zumindest teilweises Entfernen des Lösungsmittels aus dem Sol.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für einen Festkörperakkumulator. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Schichtanordnung, welche eine Elektroden-Schicht und eine Separator-Schicht aufweist sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Festkörper-Akkumulators.
• Festkörper-Akkumulatoren, die üblicherweise als Festkörper-Batterien bezeichnet werden, sind sowohl für mobile wie auch für stationäre Anwendungen von großem Interesse. Bei der Herstellung von Fahrzeugen werden Lithium-Ionen oder Lithium-Metall basierte Festkörperbatterien als Ersatz für Lithium-Ionen-Akkumulatoren mit Flüssigelektrolyten gehandelt.
• Grundsätzlich können Festkörper-Batterien auf Basis von drei verschiedenen Festelektrolyten hergestellt werden, nämlich oxidischen Keramiken, sulfidischen Keramiken oder Polymeren. Hierzu gibt es unterschiedlichste Fertigungstechniken, um eine gute Ionenleitung von einem Material zu dem nächsten Material zu ermöglichen.
• Für die Herstellung einer Festkörper-Batterie werden üblicherweise eine Komposit-Kathode und ein keramischer ionenleitender Festkörperelektrolyt, der in diesem Fall auch als Separator dient, verwendet. Die Komposit-Kathode enthält ein Aktivmaterial, ein elektrisches Leitadditiv wie Leitruß und ebenfalls einen keramischen Festkörperelektrolyten. Dieser kann dem keramischen Material des Separators entsprechen, um eine möglichst gute Ionenleitung zu erzielen.
• Innerhalb der Kompositkathode sollte eine gute Anbindung zwischen dem Aktivmaterial und dem Ionenleiter erreicht werden. Damit die Ionenleitung über die Schichtgrenzfläche möglichst geringe Einbußen zeigt, ist eine gute Verbindung der beiden Schichten notwendig. Um dies zu erreichen, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, dass die beiden Schichten zusammengesintert werden. Die Sintertemperaturen keramischer Festelektrolyte liegen meist bei 900°C bis 1200°C. Bei diesen Temperaturen zersetzen sich übliche Kathodenmaterialien jedoch und können daraufhin Lithium-Ionen nicht mehr speichern. Um die Sintertemperatur herabzusetzen, werden daher Sinterhilfsmittel eingesetzt, die während des Sinterns bei tieferen Temperaturen als 900°C bis 1200°C eine flüssige Phase bilden.
• US 2017/0179521 A1 beschreibt Verfahren zur Herstellung einer Elektrode, eines Festkörperelektrolyten sowie einer diese umfassenden Anordnung für eine elektrochemische Vorrichtung mittels Sintern, wobei das Sinterhilfsmittel Borat-, Phosphat-, Silikat-, und Aluminatsalze umfasst, beispielsweise Boralkoxide, Siliziumalkoxide, Aluminiumalkoxide oder deren Mischungen. Ferner werden Salze von Lithium und längerkettigen Fettsäuren als Dispergiermittel beschrieben. Die Sintertemperatur liegt im Bereich von 300 °C bis 1200 °C. Eine weitere Verbesserung der Verarbeitungstemperatur ist jedoch wünschenswert.
• Grundsätzlich können sulfidische Elektrolyten oder Polymerelektrolyten Nachteile aufweisen hinsichtlich der Stabilität und der Limitierung des Einsatzes bestimmter Elektrodenmaterialien, wie etwa Lithium oder Hochvolt-Spinelle, welche für Hochenergie-Batteriezellen von Wichtigkeit sind.
• Oxidische Keramiken als Elektrolyt können gegebenenfalls eine limitierte Kontaktierung zu dem Elektrodenmaterial beziehungsweise Aktivmaterial aufweisen und benötigen oftmals ferner bei der Herstellung hohe Temperaturen, was sich auf das Aktivmaterial negativ auswirken kann.
• Ferner benötigen viele Elektrolyten aus dem Stand der Technik spezifische Herstellungsbedingungen aufgrund mangelnder Stabilität an Luft beziehungsweise in Kontakt mit Sauerstoff.
• Derartige Lösungen können jedoch noch weiter verbessert werden, insbesondere hinsichtlich einer schonenden Herstellung einer Kompositelektrode, wobei ein guter Kontakt zwischen Aktivmaterial und Ionenleiter möglich ist.
• Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dessen Hilfe eine schonende Herstellung einer Kompositelektrode erlaubt wird, wobei ein guter Kontakt zwischen Aktivmaterial und Ionenleiter erreicht ist.
• Die Lösung der vorliegenden Erfindung erfolgt durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Lösung der Aufgabe erfolgt ferner durch eine Komposit-Elektrode mit den Merkmalen des Anspruchs 10, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13, durch eine Schichtanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 14 sowie durch einen Festkörper-Akkumulator mit den Merkmalen des Anspruchs 15. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, in der Beschreibung oder den Figuren beschrieben, wobei weitere in den Unteransprüchen oder in der Beschreibung oder den Figuren beschriebene oder gezeigte Merkmale einzeln oder in einer beliebigen Kombination einen Gegenstand der Erfindung darstellen können, wenn sich aus dem Kontext nicht eindeutig das Gegenteil ergibt.
• Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrode für einen Festkörper-Akkumulator, aufweisend die Verfahrensschritte:
1. a) Erzeugen eines Sols, welches ein ionenleitendes Elektrolytmaterial und ein Lösungsmittel aufweist, wobei das ionenleitende Elektrolytmaterial in dem Lösungsmittel zumindest teilweise gelöst ist;
2. b) Einfügen eines Leitzusatzes und eines Aktivmaterials in das Lösungsmittel;
3. c) Aufbringen des Sols auf einen Stromableiter; und
4. d) zumindest teilweises Entfernen des Lösungsmittels aus dem Sol.
• Ein derartiges Verfahren ermöglicht es, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dessen Hilfe eine schonende Herstellung einer Kompositelektrode erlaubt wird, wobei ein guter Kontakt zwischen Aktivmaterial und Ionenleiter möglich ist.
• Das Verfahren dient dem Herstellen einer Elektrode für einen Festkörper-Akkumulator, wobei die Elektrode insbesondere eine Komposit-Elektrode ist. Beispielsweise kann das Verfahren dem Herstellen einer Lithium-Elektrode dienen, wie dies nachfolgend im Detail beschrieben ist.
• Um dies zu ermöglichen weist das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte auf. Dabei können die beschriebenen Verfahrensschritte in der beschriebenen Reihenfolge ablaufen oder auch in einer abweichenden Reihenfolge oder zumindest zum Teil gleichzeitig, wenn dies aus dem Kontext nicht explizit ausgeschlossen ist.
• Wie nachfolgend im Detail beschrieben ist das hier beschriebene Verfahren zum Herstellen einer Elektrode ein sogenannter Sol-Gel-Prozess beziehungsweise ist an diesen angelehnt.
• Vereinfacht ausgedrückt wird bei einem Sol-Gel-Prozess zunächst eine Lösung eines Feststoffes erzeugt, das sogenannte Sol. Bei diesem Sol wird anschließend das Lösungsmittel entfernt, bis sich die gewünschten Eigenschaften ausgebildet haben. Bei klassischen Sol-Gel-Prozessen kann im Anschluss an oder zumindest zum Teil zu dem Entfernen des Lösungsmittels eine Hochtemperaturbehandlung erfolgen, etwa um pulverförmiges Material zu erhalten. Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung kann es dagegen bevorzugt sein, dass auf eine derartige Hochtemperaturbehandlung verzichtet wird beziehungsweise, dass der aus dem Sol erzeugte Elektrolyt der Elektrode in einem Gelzustand verbleibt.
• Zunächst erfolgt gemäß Verfahrensschritt a) das Erzeugen eines Sols, welches ein ionenleitendes Elektrolytmaterial und ein Lösungsmittel aufweist, wobei das ionenleitende Elektrolytmaterial in dem Lösungsmittel zumindest teilweise gelöst ist. Das Sol kann zunächst und vor dem Verfahrensschritt b) beispielsweise nur aus dem Lösungsmittel und dem ionenleitenden Elektrolytmaterial bestehen, wobei das ionenleitende Elektrolytmaterial in dem Lösungsmittel zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, gelöst ist. Das ionenleitende Elektrolytmaterial wie auch das Lösungsmittel sind grundsätzlich wählbar, insoweit das ionenleitende Elektrolytmaterial in dem Lösungsmittel lösbar ist und bevorzugt wobei das Lösungsmittel mit Bezug auf das ionenleitende Elektrolytmaterial inert ist. Ferner kann bei dem Sol eine gewünschte Viskosität und/oder ein gewünschtes Verhältnis des Anteils von Lösungsmittel zu Anteil von ionenleitendem Elektrolytmaterial eingestellt werden, um insbesondere die nachfolgenden Schritte in geeigneter Weise durchführen zu können.
• Gemäß Verfahrensschritt b) erfolgt weiterhin das Einfügen eines Leitzusatzes und eines Aktivmaterials in das Lösungsmittel. Dabei kann zunächst gemäß Verfahrensschritt a) das Sol aus dem ionenleitenden Elektrolytmaterial und dem Lösungsmittel vollständig erzeugt werden, und anschließend der Leitzusatz und das Aktivmaterial hinzugegeben werden. In dieser Ausgestaltung kann unter einem Einfügen des Leitzusatzes und des Aktivmaterials in das Lösungsmittel verstanden werden, dass das Aktivmaterial und der Leitzusatz in das zuvor erzeugte Sol eingefügt werden, welches selbstredend das Lösungsmittel umfasst. Alternativ ist es grundsätzlich auch möglich, dass der Leitzusatz und das Aktivmaterial gleichzeitig oder vor dem ionenleitenden Elektrolytmaterial in das Lösungsmittel gegeben werden, also vor oder der gleichzeitig zu der Erzeugung des Sols.
• Dabei kann es ferner vorgesehen sein, dass der Leitzusatz und das Aktivmaterial als jeweilige Reinstoffe dem Lösungsmittel zugegeben werden, oder es kann zuvor eine Dispersion oder Aufschlämmung des Leitzusatzes und des Aktivmaterials in einem Lösungsmittel, beispielsweise in dem Lösungsmittel des Sols, erzeugt werden, welche dann dem Lösungsmittel addiert wird.
• In diesem Schritt kann es insbesondere vorgesehen sein, dass sich der Leitzusatz und das Aktivmaterial nicht in dem Lösungsmittel lösen, sondern in diesem dispergiert beziehungsweise aufgeschlämmt sind.
• Der Leitzusatz kann grundsätzlich wählbar sein und etwa bevorzugt Ruß umfassen. Grundsätzlich kann der Leitzusatz ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Graphit; Rußen wie Ruß, Acetylenruß, Ketjen-Ruß, Kanalruß, Ofenruß, Lampenruß und thermischer Ruß; leitfähigen Fasern, wie Kohlenstofffasern und metallischen Fasern; Metallpulvern wie Aluminiumpulver und Nickelpulver; leitfähigen Whiskern wie Zinkoxid und Kaliumtitanat; leitfähigen Metalloxiden wie Titanoxid; und Polyphenylenderivaten, Kohlenstoffnanodrähten oder Kohlenstoffnanoröhren. Vorzugsweise ist der Leitzusatz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ruß, Graphit, Kohlenstoffnanoröhren oder Kohlenstoffnanodrähte.
• Die Anteile von Aktivmaterial und Leitzusatz im Verhältnis zu einander, zu dem Lösungsmittel und/oder zu dem ionenleitenden Elektrolytmaterial können wiederum in für den Fachmann verständlicher Weise in geeigneter Weise angepasst werden.
• Weitere Bestandteile, welche noch in dem Sol enthalten sein können, umfassen beispielsweise Komplexbildner. Diese sind vorzugsweise ausgewählt aus Ketonen, Alkoholaminen, und β-Carbonylverbindungen. Üblicherweise werden die Kettenlängen im Bereich von C₁-C₆-Ketonen, C₁-C₆-Alkoholaminen und C₁-C₆-β-Carbonylverbindungen gewählt. Die als Komplexbildner eingesetzten Ketone können sowohl eine als auch mehrere Ketogruppen tragen.
• In gewissen Ausführungsformen kann es vorteilhaft sein, zur Stabilisierung der Lösung Dione, wie beispielsweise Acetylaceton, zuzugeben.
• Ferner kann Wasser, welches zur Hydrolyse dem Sol hinzugefügt wird, im Bereich bis 50 Gew.%, bevorzugt bis 20 Gew.% liegen, besonders bevorzugt bis 5 Gew.% liegen.
• Für den Fall, dass die Lösungen für die enthaltenen Komponenten zu basisch reagieren, kann der Lösung beziehungsweise dem Sol zur Einstellung des pH-Wertes eine Säure zugegeben werden, wie etwa zumindest eine Carbonsäure und/oder zumindest eine Alkoxycarbonsäure. Diese kann beispielsweise ausgewählt sein aus Buttersäure, Pentansäure, Hexansäure, Heptansäure, Caprylsäure, Pelargonsäure, Methoxyessigsäure, Ethoxyessigsäure, Methoxyethoxyessigsäure, Methoxyethoxyethoxyessigsäure und Mischungen aufweisend wenigstens eine der vorgenannten Komponenten.
• Anschließend erfolgt gemäß Verfahrensschritt c) das Aufbringen des Sols auf einen Stromableiter. Es wird somit bevorzugt ein derartiges Sol auf den Stromableiter aufgebracht, welches das ionenleitende Elektrolytmaterial, den Leitzusatz und das Aktivmaterial umfasst. Dieser Schritt kann grundsätzlich durch geeignete Verfahren erfolgen, wie diese aus dem Stand der Technik an sich bekannt sind. Ferner kann das entsprechende Verfahren gewählt werden in Abhängigkeit der Viskosität des Sols bei dem Aufbringen. Beispielsweise kann dieser Schritt erfolgen durch ein Aufrakeln, Aufsprühen, Aufwalzen oder weitere Beschichtungstechniken.
• Der Stromableiter wiederum kann grundsätzlich wie aus dem Stand der Technik bekannt gewählt werden. Bei dem Erzeugen einer Kathode kann beispielsweise eine Aluminiumfolie verwendet werden, wohingegen bei dem Erzeugen einer Anode etwa eine Kupferfolie Verwendung finden kann. Die Dicke und das Material können jedoch grundsätzlich wie aus dem Stand der Technik bekannt ausgebildet werden und je nach den Anforderungen ausgebildet sein.
• Ferner ist aus dem Vorstehenden ersichtlich, dass das Sol nur das Lösungsmittel und den ionenleitenden Elektrolyt umfassen kann, dass jedoch weiterhin von einem Sol gesprochen wird, auch wenn die weiteren Komponenten, wie etwa der Leitzusatz und das Aktivmaterial, enthalten sind.
• Nunmehr kann gemäß Verfahrensschritt d) ein zumindest teilweises Entfernen des Lösungsmittels aus dem Sol erfolgen. Dieser Schritt ermöglicht es insbesondere, dass die Viskosität des Sols sich steigert und sich aus dem Sol so ein Feststoff ausbildet. Unter einem Feststoff ist dabei im Sinne der vorliegenden Erfindung auch ein Gel zu verstehen. Durch diesen Schritt wird somit die Elektrode im Wesentlichen fertiggestellt beziehungsweise wird zumindest die Schichtabfolge aus Stromableiter und Aktivmaterialschicht ausgebildet.
• Dieses Verfahren erlaubt gegenüber den Lösungen aus dem Stand der Technik signifikante Vorteile.
• So wird es ermöglicht, dass, etwa im Vergleich zu Sinterverfahren, die benötigten Temperaturen bei der Herstellung niedrig gewählt werden können. Dies erlaubt insbesondere eine sehr schonende Ausgestaltung der Komposit-Elektrode.
• Dadurch kann das Verfahren effektiver ausgestaltet werden und die Anforderungen an die Prozessführung können niedrig gehalten werden.
• Darüber hinaus kann es verhindert werden, dass Materialien der Elektrode durch eine Temperaturbehandlung degradieren, wodurch ein entsprechender Ausschuss verhindert werden kann.
• Dem Vorstehenden folgend ermöglicht das hier beschriebene Verfahren somit eine besonders vorteilhafte Herstellbarkeit der Elektrode.
• Schließlich kann die Leistungsfähigkeit beziehungsweise die Effektivität der Elektrode beziehungsweise einer mit einer derartigen Elektrode ausgestatteten Batterie beziehungsweise eines mit einer derartigen Elektrode ausgestatteten Akkumulators besonders hoch sein. Dies kann unter anderem dadurch begründet sein, dass durch das Entfernen wie etwa Verdampfen des Lösungsmittels sich ein besonders inniger beziehungsweise defektfreier Kontakt zwischen Aktivmaterial und ionenleitendem Elektrolyt ausbildet. Dadurch kann eine Ionenleitung und damit ein Entladen beziehungsweise Laden eines mit einer derartigen Elektrode ausgestatteten Akkumulators besonders effektiv und mit einer hohen Kapazität möglich sein. Dadurch kann die Anwendbarkeit einer derartigen Elektrode verbessert werden.
• Dies kann dadurch begründet sein, dass bei dem Entfernen beziehungsweise Verdampfen des Lösungsmittels das Sol geliert, wodurch sich ein insbesondere amorphes Netzwerk umfassend den ionenleitenden Elektrolyt um das Aktivmaterial und den Leitzusatz ausbildet.
• Ferner ist es von Vorteil, dass bei einem Entfernen beziehungsweise Verdampfen des Lösungsmittels insbesondere in einer zügigen Weise kein Schrumpf stattfindet, wodurch gleichermaßen eine Rissbildung der Matrix, wie etwa des auch als Elektrolyt zu bezeichnenden Gels, verhindert werden kann. Dies erlaubt eine hohe Dimensionsstabilität der Aktivmaterialschicht auf dem Stromableiter, was herstellungsbedingt Vorteile bilden kann. Ferner kann durch das Verhindern oder zumindest durch das signifikante Reduzieren von Rissbildung und ferner dem Verhindern beziehungsweise Reduzieren von Porenbildung verhindert werden, dass die Kontaktierung von Aktivmaterial und ionenleitendem Elektrolyt reduziert wird.
• Die Matrix, welche sich um den Leitzusatz beziehungsweise um das Aktivmaterial ausbildet, kann als Festkörper-Elektrolyt bezeichnet werden, der wie angedeutet eine besonders vorteilhafte Kontaktierung zu dem Aktivmaterial aufweist.
• Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens kann darin gesehen werden, dass auf den Einsatz von Polymeren als Binder beziehungsweise grundsätzlich auf Binder verzichtet werden kann. Dies kann das Verfahren weiter vereinfachen und ferner Kosten reduzieren.
• Wie vorstehend angedeutet kann es vorteilhaft sein, dass Verfahrensschritt d) unter Ausbildung eines Gels erfolgt. Untereinem Gel kann im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere verstanden werden ein geliertes Sol, welches noch einen gewissen Anteil an Lösungsmittel aufweist und dadurch im Vergleich zu Keramiken, etwa, eine reduzierte Festigkeit aufweist, jedoch dennoch als Festkörper zu verstehen ist.
• Vorteile der Erzeugung eines Gels können insbesondere darin gesehen werden, dass die Elektrode eine höhere Flexibilität aufweist und bei der Verarbeitung im R2R Prozess (roll to roll Prozess), beispielsweise, eine geringere Ablösung vom Stromsammler gegeben ist, die Schicht ist dementsprechend flexibler. Weiterhin ist die Kontaktierung zwischen Elektrolyt und Aktivmaterial großflächig sichergestellt. Dies nicht nur, wie in einem Punktkontakt etwa bei der Verwendung eines pulverförmigen keramischen Elektrolyts mit Partikeln des Aktivmaterials, wodurch bei dem Vorsehen eines Gels höhere Lade- und Entladeraten mit dieser Elektrode in einer Batteriezelle realisiert werden können.
• Bezüglich der Viskosität des Gels kann es bevorzugt sein, dass diese, insbesondere nach dem Verfahrensschritt d) beziehungsweise in der fertig erzeugten Elektrode, in einem Bereich liegt von > 1000 mPas bis ≤ 10¹⁴ mPas, bevorzugt ≥ 5000 mPas bis ≤ 10¹³ mPas, wobei die Viskosität beispielsweise ermittelbar ist nach DIN EN ISO 2884-1:2006-09. Durch das Erzeugen eines Gels mit einer derartigen Viskosität kann zum einen eine Gelelektrode als Festkörper-Elektrode erzeugt werden. Ein Gel kann dabei die Vorteile ermöglichen, wonach zu den benachbarten Schichten eine besonders effektive und innige Verbindung entsteht, was die Leistungsfähigkeit einer mit einer derartigen Elektrode ausgestatteten Batterie hoch gestalten kann. Darüber hinaus kann auch zwischen dem Aktivmaterial und dem Ionenleiter eine innige Verbindung ermöglicht werden, was wiederum eine hohe Leistungsfähigkeit und insbesondere eine hohe Kapazität ermöglichen kann.
• Es kann weiterhin bevorzugt sein, dass das Sol bei Verfahrensschritt c) eine Viskosität aufweist in einem Bereich von ≥ 0,5 mPas bis ≤ 1000 mPas, bevorzugt ≥ 1,0 mPas bis ≤ 800 mPas, besonders bevorzugt ≥ 2,0 mPas bis ≤ 500 mPas. Dies kann zum Einen eine gute Auftragbarkeit ermöglichen, wobei herkömmliche Verfahren, wie etwa Rakel oder auch Sprühverfahren umsetzbar sind. Darüber hinaus wird ein inniger Kontakt von dem Sol und damit später dem Gel zu dem Stromableiter ermöglicht, was, wie vorstehend beschrieben, die Leistungsfähigkeit des ausgebildeten Akkumulators hoch gestalten kann.
• Das hier beschriebene Verfahren kann es ferner ermöglichen, dass während des Aufbringens des Sols auf den Stromableiter das Sol scherverdünnend ist und gute Fließeigenschaften aufweist. Sobald keine Scherung etwa durch das Auftragsequipment, wie etwa ein Rakel, vorhanden ist, fließt das Material somit nicht mehr und bleibt an seiner Position. Dies ist etwa erreichbar durch eine Variation des Anteils des Leitzusatzes oder durch den Fachmann an sich bekannte beispielsweise polymere Zusätze.
• Weiterhin kann es bevorzugt sein, dass Verfahrensschritt d) erfolgt unter Verwendung von Wärmestrahlung oder unter Verwendung von Mikrowellen. In dieser Ausgestaltung kann es erreicht werden, dass das Lösungsmittel vergleichsweise schnell und definiert verdampft werden kann. Dadurch kann, wie dies Vorstehend bereits beschrieben ist, besonders effektiv ermöglicht werden, dass ein während des Gelierens des Sols auftretender Schrumpf und/oder Rissbildung und/oder Porenbildung signifikant reduziert oder sogar vollkommen verhindert wird. Dadurch kann die Leistungsfähigkeit der so erzeugten Elektrode beziehungsweise eines hiermit ausgestatteten Akkumulators besonders hoch sein, wie dies vorstehend in größerem Detail beschrieben ist.
• Grundsätzlich kann durch die Art des Trocknens beziehungsweise des Entfernens des Lösungsmittels die Struktur des erhaltenen Körpers eingestellt werden, insbesondere mit Bezug auf die Porosität.
• Es kann ferner vorgesehen sein, dass das Lösungsmittel ein organisches Lösungsmittel ist, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Alkoholen, bevorzugt Ethanol oder iso-Propanol; Ethern; Estern; Ketonen, wie etwa Methyl-Iso-Butylketon; Aldehyden; Pyrrolidonen, wie etwa NMP; Thiolen; Aminen; Lactonen; organische Carbonaten oder Mischungen umfassend wenigstens eins der vorgenannten Lösungsmittel. Es konnte gefunden werden, dass die vorgenannten Lösungsmittel die Anforderungen an den hier beschriebenen Prozess besonders gut erfüllen können. Insbesondere können die Lösungsmittel für eine Vielzahl von ionenleitenden Elektrolytmaterialien, insbesondere für Lithiumsalze etwa mit organischen Anionen, als Lösungsmittel geeignet sein. Darüber hinaus stören diese Lösungsmittel auch dann nicht, wenn sie in der Elektrodenschicht in dem Gel verbleiben, da sie die bei einem Laden beziehungsweise Entladen ablaufenden Prozesse nicht oder nicht signifikant behindern. Schließlich lassen sich diese Lösungsmittel etwa unter Verwendung von Wärmestrahlung oder Mikrowellen effektiv und rasch verdampfen, so dass die vorstehend beschrieben Vorteile mit Bezug auf den während des Gelierens des Sols nicht oder reduziert auftretenden Schrumpf und/oder der Rissbildung und/oder der Porenbildung besonders effektiv erzielbar sind.
• Es kann ferner bevorzugt sein, dass das ionenleitende Elektrolytmaterial ein Alkalimetall-Organo-Salz, insbesondere ein Lithium-Organo-Salz, aufweist, wobei das Anion ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Alkoxiden oder Carbonsäuren mit einer Kettenlänge von C₁ bis C₁₃. Zusätzlich können noch weitere Metall-Alkoxide oder Metall-Carboxylate hinzugefügt werden, wobei das Metallion beispielsweise ausgewählt ist aus Kationen der Metalle, insbesondere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lanthaniden, Barium, Strontium, Calcium, Indium, Magnesium, Yttrium, Scandium, Chrom, Aluminium, Zirkonium, Tantal, Niob, Antimon, Zinn, Hafnium, Bismut, Wolfram, Silizium, Selen, Gallium, Germanium, Kobalt, Mangan, Nickel, Eisen, Vanadium, Phosphor, Titan und/oder Mischungen umfassend wenigstens eins der vorgenannten Ionen. Derartige Elektrolyt-Materialien dienen in vorteilhafter Weise der Ausbildung eines Gels mit hoher ionischer Leitfähigkeit. Das Metallion, insbesondere das Lithium-ion, stellt dabei stets besonders effektiv den Ladungstransport sicher.
• Es kann ferner vorgesehen sein, dass das Aktivmaterial ein Kathoden-Aktivmaterial ist. Es hat sich gezeigt, dass die vorstehenden Vorteile insbesondere bei einer Kathode besonders effektiv umsetzbar sind. Denn im Gegensatz zu Kathoden können Anoden beispielsweise aus metallischem Lithium ausgebildet sein, so dass die hier beschriebenen Vorteile, wie etwa ein inniger Kontakt eines in einer Matrix fein verteilten Aktivmaterials mit dem Ionenleiter nicht von derart großer Relevanz sind.
• Als Aktivmaterial für eine Komposit-Kathode und dabei insbesondere für den Verfahrensschritt b)sind insbesondere Lithium-Übergangsmetalloxide verwendbar, die mindestens ein Element ausgewählt aus der Gruppe umfassend Cobalt, Nickel, Mangan, Vanadium, Eisen, Antimon, Zinn und Tellur enthalten und optional Niob, Wolfram, Zirkon, Aluminium, Chrom, Magnesium oder Titan enthalten können. Ein in einer Lithium-Ionen-Festkörperbatterie verwendbares Lithium-Übergangsmetalloxid weist vorzugsweise die allgemeine Formel Li_xM_yO_z oder Li_xM_yNO₄ auf, wobei M wenigstens ein Metall ist ausgewählt aus Co, Mn, Ni, V, Fe, Nb, W, Sb und/oder Te, bevorzugt ein Übergangsmetall ausgewählt aus Co, Ni und/oder Mn und n wenigstens ein Element ist ausgewählt aus der Gruppe S, P und/ oder Si. Das Lithium-Übergangsmetalloxid ist vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe umfassend LiCoO₂, LiNiO₂, LiVO₂, LiV₂O₅, LiNi_1/3Co_1/3Mni_/3O₂, LiMn₂O₄, Li(Ni_0,5Mn_1,5)O₄, Li_1,3Nb_0,3Mn_0,4O₂, Li_xNb₂O₅ und Li₄Ti_4,95Nb_0,05O₁₂. Auch polyanionische Materialien mit Olivin-Struktur wie LiFePO₄, LiMnPO₄, LiNiPO₄ oder LiCoPO₄ sind verwendbar. Weiter verwendbar sind Li₂FeSiO₄, Li₂MnSiO₄, Li₃V₂(PO₄)₃ oder LiFe_xMn_1-xPO₄, Fluorphosphate wie LiVPO₄F, oder Fluorsulfate wie LiFeSO₄F, LiCoSO₄F, LiNiSO₄F. Weiter sind Lithium-reiche Kathodenmaterialien geeignet, die durch die Summenformel Li_1+xMe_1-xO₂ beschrieben werden, wobei „Me“ wenigstens ein Metall ist ausgewählt aus Co, Mn und/oder Ni. Das Aktivmaterial der Komposit-Kathode weist vorzugsweise ein Potential gegen Lithium von wenigstens 2,8 V auf.
• Als Aktivmaterial für eine Komposit-Anode sind insbesondere die folgenden Werkstoffe verwendbar:
• - Graphit, Hartkohlenstoff (hard carbons), Weichkohlenstoff (soft carbons), Graphit-Silicium-Komposite, Elemente und Zusammensetzungen der Gruppe IV des Periodensystems der Elemente wie Silizium, Si-M, Si-MC wobei M jeweils für wenigstens eines ausgewählt aus Mg, Ca, Ni, Fe, Co, Ag und Cu steht, Si-C, SiO und dessen Verbundwerkstoffe, Sn, Sn-basierte Oxidmaterialien und deren Verbundwerkstoffe wie SnO, SnO₂, Sn-M, Sn-MC wobei M jeweils für wenigstens eines ausgewählt aus Mo, B, Si, Al, Co, Cu, Mn, Fe, Ce, Mg und Sb steht, Sn-MO wobei M für wenigstens eines ausgewählt aus Mo, B, Si, Al, Co, Cu, Mn, Fe, Ce, Mg und Sb steht, Sn_1,0B_0,5P_0,5Al_0,4M_0,1O_3,7 wobei M ein Alkalimetalle wie K ist, Ge, Pb, Elemente der Gruppe V wie P, As, Sb und Bi;
• - Phosphor-basierte Intermetallverbindungen und ihre Komposite MP_y (M = Ti, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Sn und y = 1,2,3,4);
• - Intermetallische Verbindungen auf Sb-Basis und ihre Verbundwerkstoffe MSby mit y = 1,2,3 wobei M für wenigstens eines ausgewählt aus Ti, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu und Zn steht;
• - Bi und seine Komposite und As und seine Komposite;
• - Elemente wie Mg, Al, Galn, Ag, AuZn, Cd;
• - Übergangsmetalloxide MO_x wobei M für wenigstens eines ausgewählt aus Mo, Fe, Co, Ni und Cu steht;
• - Lithiumtitanat Li_xTi_yO₁₂ wobei das Li / Ti-Verhältnis im Bereich von 0,78 bis 0,82 liegt, x im Bereich von 3 bis 5 liegt und y im Bereich von 4 bis 6 liegt;
sowie Mischungen der vorgenannten Materialien.
• Beispielsweise kann es ferner vorgesehen sein, dass zwischen den Verfahrensschritten c) und d) eine vorbestimmte Zeitspanne liegt. Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass der Verfahrensschritt d) dann durchgeführt wird, wenn die in dem auf den Stromableiter aufgetragenen Feststoffe, also insbesondere das Aktivmaterial und der Leitzusatz, sich in einer Schicht benachbart zu dem Stromableiter abgesetzt haben und wenn sich ferner benachbart zu der Schicht aufweisend das Aktivmaterial und den Leitzusatz eine Schicht ausgebildet hat, die frei ist von dem Leitzusatz und dem Aktivmaterial. In dieser Ausgestaltung kann dadurch erreicht werden, dass die Schicht, die frei ist von einem Leitzusatz und einem Aktivmaterial, nach dem Verfahrensschritt d) als Separatorschicht dienen kann. Somit kann in dieser Ausgestaltung eine besonders einfache und effektive Herstellung einer Schichtanordnung einer Elektrode mit unmittelbar darauf aufgebrachter Separator-Schicht ermöglicht werden. Darüber hinaus kann sich so ein besonders inniger und effektiver Kontakt zwischen Separator-Schicht und Elektroden-Schicht ausbilden, was die Leistungsfähigkeit der Elektrode besonders hoch ausbilden kann.
• Im Anschluss kann auf die Separator-Schicht in grundsätzlich bekannter Weise eine Anode beziehungsweise eine Anodenschicht mit einem Stromableiter aufgebracht werden, um einen Akkumulator im Wesentlichen fertig zu stellen.
• Die Separatorschicht sollte in der Ausführung der Festkörperbatterie eine ausreichend hohe ionische Leitfähigkeit aufweisen, um für die ausgewählte Anwendung eine gut Leistungsfähigkeit zu erreichen. Die Leitfähigkeit sollte bevorzugt >10^-6 S/cm, bevorzugt >10^-5 S/cm, besonders bevorzugt 10^-4 S/cm sein. Das sollte bevorzugt auch für das Gel, das wie vorstehend beschrieben erzeugt wird, in der Komposit-Elektrode gelten.
• Weiterhin kann sich das hier beschriebene Verfahren dadurch auszeichnen, das auf einen bei einem klassischen Sol-Gel-Prozess durchgeführten Temperschritt bei hohen Temperaturen verzichtet werden kann. Dies kann die Temperaturbehandlung niedrig halten, was eine besonders schonende Herstellbarkeit ermöglichen kann. Darüber hinaus kann ein Prozessschritt eingespart werden, was zu einem einfachen und kostengünstigen Verfahren führen kann. Schließlich kann so verhindert werden, dass der Elektrolyt kristallisiert.
• Vorteile eines amorphen Elektrolyten können insbesondere darin gesehen werden, dass die Rissbildung und die Porenbildung verhindert oder zumindest stark reduziert werden kann. Dadurch kann eine dichte Elektrode erzeugt werden, die eine gute ionische und elektronische Anbindung an benachbarte Teile, wie etwa den Stromsammler oder eine Gegenelektrode oder eine Elektrolytschicht aufweist.
• Bei einer Kristallbildung dagegen müssen stets die Korngrenzenwiderstände zwischen zwei Partikeln oder sogar zwischen zwei verschiedenen Kristallstrukturen, wie etwa des Kathodenmaterials und des Festelektrolyten überwunden werden. Dieses ist eines der größten Herausforderungen der heutigen keramischen Festelektroylyt-Batterielösungen, was erfindungsgemäß überwunden werden kann.
• Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des Verfahrens zum Herstellen einer Komposit-Elektrode wird auf die weitere Beschreibung der Komposit-Elektrode, des Verfahrens zum Herstellen einer Schichtanordnung, der Schichtanordnung und des Festkörper-Akkumulators und die Beschreibung des Beispiels verwiesen.
• Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Komposit-Elektrode, hergestellt nach dem Verfahren, wie dies vorstehend beschrieben ist.
• Wie mit Bezug auf das Verfahren vorstehend beschrieben ermöglicht eine hier beschriebene Komposit-Elektrode eine deutlich verbesserte Herstellbarkeit.
• Diesbezüglich sei insbesondere darauf hingewiesen, dass die Herstellung mit niedrigen Temperaturen möglich ist, was insbesondere eine sehr schonende Herstellung der Komposit-Elektrode und ferner ein besonders effektives Verfahren mit vorteilhafter Prozessführung erlaubt.
• Schließlich kann die Leistungsfähigkeit beziehungsweise die Effektivität der Elektrode beziehungsweise einer mit einer derartigen Elektrode ausgestatteten Batterie beziehungsweise eines mit einer derartigen Elektrode ausgestatteten Akkumulators besonders hoch sein. Dies kann unter anderem dadurch begründet sein, dass ein besonders inniger beziehungsweise defektfreier Kontakt zwischen Aktivmaterial und ionenleitendem Elektrolyt vorliegt. Dadurch kann eine Ionenleitung und damit ein Entladen beziehungsweise Laden eines mit einer derartigen Elektrode ausgestatteten Akkumulators besonders effektiv und mit einer hohen Kapazität sein. Dadurch kann die Anwendbarkeit einer derartigen Elektrode verbessert werden.
• Ferner ist es von Vorteil, dass keine oder nur sehr begrenzt Risse und/oder Poren vorliegen, so dass die Kontaktierung von Aktivmaterial und ionenleitendem Elektrolyt besonders effektiv ist.
• Die Matrix, welche sich um den Leitzusatz beziehungsweise um das Aktivmaterial ausbildet kann als Festkörper-Elektrolyt bezeichnet werden, der wie angedeutet eine besonders vorteilhafte Kontaktierung zu dem Aktivmaterial aufweist.
• Ein weiterer Vorteil einer derartigen Elektrode kann darin gesehen werden, dass auf den Einsatz von polymeren Bindern verzichtet werden kann, so dass es bevorzugt sein kann, dass die Elektrode frei ist von einem polymeren Bindermaterial. Dies kann den Aufbau der Elektrode stark vereinfachen und ferner Kosten reduzieren.
• Wie vorstehend angedeutet kann es besonders vorteilhaft sein, dass die Elektrode eine Kathode ist, also insbesondere ein Kathoden-Aktivmaterial aufweist.
• Bezüglich der beschriebenen Komposit-Elektrode kann es besonders bevorzugt sein, dass die Porosität der Elektroden im Bereich von größer oder gleich 0Vol-% bis kleiner oder gleich 10Vol-% liegt, beispielsweise von größer oder gleich 0Vol-% bis kleiner oder gleich 4Vol-% liegt. Dies gilt sowohl für offene als für geschlossene Porosität, beziehungsweise diese Werte unterscheiden nicht zwischen offener und geschlossener Porosität. Dies ermöglicht einen besonders effektiven und vollflächigen Kontakt zwischen der Aktivmaterial-Schicht und der Separatorschicht beziehungsweise zu dem Stromableiter wie auch zwischen Aktivmaterial und Ionenleiter, beispielsweise.
• Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile der Komposit-Elektrode wird auf die weitere Beschreibung des Verfahrens zum Herstellen einer Komposit-Elektrode, des Verfahrens zum Herstellen einer Schichtanordnung, der Schichtanordnung und des Festkörper-Akkumulators und die Beschreibung des Beispiels verwiesen.
• Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Schichtanordnung umfassend eine Elektroden-Schicht und eine Separator-Schicht, insbesondere für einen Festkörper-Akkumulator, umfassend die Schritte:
• i) Durchführen eines Verfahrens, wie dies vorstehend im Detail beschrieben ist und insbesondere aufweisend die Verfahrensschritte a) bis d); und
• ii) Wiederholen der Schritte a) und d) unter Ausbildung einer Separator-Schicht auf der Elektroden-Schicht.
• In diesem Verfahren wird somit eine Schichtanordnung geformt, welche eine Elektrode aufweist, also insbesondere einen Stromableiter und die vorstehend beschriebene Festkörper-Aktivmaterialschicht umfassend das Aktivmaterial und den Leitzusatz, insbesondere eingebettet in eine Gel-Matrix aus Lösungsmittel und ionenleitendem Elektrolyt. In anderen Worten ist das Aktivmaterial und der Leitzusatz eingebettet in beziehungsweise umgeben von dem als Elektrolyt wirkenden Gel, welches im Wesentlichen durch das Lösungsmittel und den lonenleiter gebildet wird. Ferner umfasst die Schichtanordnung eine Festkörper-Elektrolytschicht, die insbesondere eine Gel-Matrix aus Lösungsmittel und ionenleitendem Elektrolyt aufweist. Dabei ist jedoch die Ausgestaltung der beiden Schichten nicht zwingend auf ein Gel beschränkt, wie dies vorstehend beschrieben ist.
• Ein derartiges Verfahren weist zum Einen die Vorteile einer besonders vorteilhaften Herstellbarkeit und ferner der Ausbildung einer leistungsstarken Elektrode auf, wie dies vorstehend mit Bezug auf das Verfahren im Detail beschrieben ist.
• Darüber hinaus kann auch die Festkörper-Elektrolytschicht durch das Wiederholen der Schritte a) und d) besonders einfach und mit hoher Synergie erfolgen. Denn es kann eine prozessbedingt einfache Herstellbarkeit ermöglicht werden, wie dies vorstehend im Detail beschrieben ist. Darüber hinaus kann dadurch, dass die Festkörperelektrolyt-Schicht, welche als Separatorschicht in einem Akkumulator dienen kann, mit den gleichen Materialien und den gleichen Prozessschritten erzeugt werden, wie diese auch für die Ausbildung der Elektrode bei den Schritten a) und b) Verwendung finden, die Prozessführung einfach und effektiv möglich sein.
• Dies erlaubt eine hohe Synergie in der Herstellung und dadurch bedingt eine einfache, kostengünstige und effektive Herstellung der Schichtanordnung aufweisend die Elektrode, insbesondere Kathode, und den Separator.
• Darüber hinaus kann die so erzeugte Separatorschicht durch das Aufbringen eines Sols auf die zuvor geformte Elektrode, beispielsweise auf das zuvor geformte Gel, gegebenenfalls auftretende Poren oder Rauigkeiten beziehungsweise Ungleichmäßigkeiten ausfüllen, was einen besonders vollflächigen und innigen Kontakt zwischen der Elektroden-Schicht und der Separator-Schicht ermöglichen kann. Dies wiederum kann die elektrischen beziehungsweise elektrochemischen Vorgänge bei einem Laden und Entladen in der Elektrode beziehungsweise in den Elektroden begünstigen, so dass die Leistungsfähigkeit eines Akkumulators, der eine wie vorstehend beschrieben Schichtanordnung aufweist, positiv begünstigt.
• Schließlich kann eine derart erzeugte Schichtanordnung einen effektiv arbeitenden und langzeitstabilen Festkörper-Elektrolyten als Separator bereitstellen, was sich auch auf die Langzeit-Stabilität eines Akkumulators positiv auswirken kann.
• Im Anschluss an das Erzeugen der Separator-Schicht kann auf die Separator-Schicht in grundsätzlich bekannter Weise eine Anode beziehungsweise eine Anodenschicht mit einem Stromableiter aufgebracht werden, um einen Akkumulator im Wesentlichen fertig zu stellen.
• Dem Vorstehenden folgend ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ebenfalls eine Schichtanordnung, aufweisend eine Elektroden-Schicht und eine Separator-Schicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtanordnung hegestellt ist nach einem Verfahren, wie dies vorstehend beschrieben ist.
• Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des Verfahrens zum Herstellen einer Schichtanordnung und der Schichtanordnung wird auf die weitere Beschreibung des Verfahrens zum Herstellen einer Komposit-Elektrode, der Komposit-Elektrode und des Festkörper-Akkumulators und die Beschreibung des Beispiels verwiesen.
• Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Festkörper-Akkumulator, insbesondere Lithium-Ionen-Festkörper-Akkumulator, umfassend wenigstens eines von einer Elektrode und einer Schichtanordnung, wie diese vorstehend im Detail beschrieben sind.
• Ein derartiger Festkörper-Akkumulator weist insbesondere die vorstehend mit Bezug auf die Verfahren beziehungsweise die Elektrode und die Schichtanordnung beschriebenen Vorteile auf. Somit kann insbesondere eine vorteilhafte Herstellbarkeit und eine hohe Leistungsfähigkeit durch einen engen Kontakt von Aktivmaterial und Ionenleiter in der Elektrode, insbesondere in der Kathode, realisiert werden.
• Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des Festkörper-Akkumulators wird auf die weitere Beschreibung der Komposit-Elektrode, des Verfahrens zum Herstellen einer Schichtanordnung, der Schichtanordnung und des Verfahrens zum Herstellen einer Komposit-Elektrode und die Beschreibung des Beispiels verwiesen.
• Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels exemplarisch erläutert.
• Beispiel 1
• Für die Herstellung einer Kathode nach dem beschriebenen Verfahren wird eine Aluminiumfolie als Stromableiter vorgelegt. Auf diese Folie wird anschließend eine Dispersion beziehungsweise ein Schlicker oder grundsätzlich eine Mischung, welche das Aktivmaterial enthält und welche nachfolgend beschrieben wird, aufgerakelt.
• Für die Herstellung der Mischung beziehungsweise insbesondere der Dispersion wird Li-iso-propanoat, La- acetat und Al(OH)₃ in iso-Propanol vollständig gelöst. Die Salze liegen in einem molaren Verhältnis von Li : La : Al von 8 : 3 : 1 vor. Die Gesamt-Salzkonzentration in der alkoholischen Lösung liegt bei 10 mol/L. Zur Komplexbildung der Ionen wird Acetylacetat der Lösung hinzugefügt. Die Konzentration des Acetylacetats beträgt dabei 0,5mol/L. Zur Unterstützung der Hydrolyse während des anschließenden Sol-Gel-Prozesses wird der Lösung noch Wasser hinzugefügt, nämlich 5 Gew% bezogen auf 100g der Lösung.
• Wenn eine klare Lösung vorliegt - dieses kann durch Erwärmen auf 80°C beschleunigt werden, werden Leitruß und NMC111 (Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid mit einem Nickel-Mangan-Kobalt-Verhältnis von 1:1:1 Teilchen) in die Lösung eingerührt. Diese Dispersion wird anschließend auf die vorgelegte AI-Folie aufgerakelt, wie vorstehend beschrieben.
• Anschließend wird das Lösemittel durch Wärmezufuhr entfernt, durch ein Aufheizen auf 60°C unter Entfernen des iso-Propanols über einen Zeitraum von 60 Minuten. Durch das Entfernen des iso-Propanols geliert das System und es bildet sich eine feste Schicht.
• Für die Herstellung eines Separators beziehungsweise einer Separatorschicht auf die ausgebildete Kathode werden die gleichen Salze bis auf das Aktivmaterial und den Leitruß in iso-Propanol vorgelegt. Die Konzentration der Salze in der Lösung darf das Löslichkeitsprodukt nicht überschreiten, um eine echte Lösung zu erhalten. Dieses Sol wird anschließend auf die Kathode beschichtet, insbesondere wiederum aufgerakelt. Durch Entfernen des iso-Propanols durch Aufheizen auf 60°C für 90 Minuten geliert das System und bildet ein Schichtsystem aus.
• Für die Aufbringung einer Anode wird Li-Metall auf das zuvor erzeugte und beschriebene Schichtsystem aufgepresst.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• US 2017/0179521 A1 [0006]
• Zitierte Nicht-Patentliteratur
• DIN EN ISO 2884-1:2006-09 [0045]

Claims (15)

1. Verfahren zum Herstellen einer Elektrode für einen Festkörper-Akkumulator, aufweisend die Verfahrensschritte: a) Erzeugen eines Sols, welches ein ionenleitendes Elektrolytmaterial und ein Lösungsmittel aufweist, wobei das ionenleitende Elektrolytmaterial in dem Lösungsmittel zumindest teilweise gelöst ist; b) Einfügen eines Leitzusatzes und eines Aktivmaterials in das Lösungsmittel; c) Aufbringen des Sols auf einen Stromableiter; und d) zumindest teilweises Entfernen des Lösungsmittels aus dem Sol.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Verfahrensschritt d) erfolgt unter Ausbildung eines Gels.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gel eine Viskosität aufweist in einem Bereich von > 1000 mPas bis ≤ 10¹⁴ mPas.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Sol bei Verfahrensschritt c) eine Viskosität aufweist in einem Bereich von ≥ 0,5 mPa s bis ≤ 1000 mPa s.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Verfahrensschritt d) erfolgt unter Verwendung von Wärmestrahlung oder unter Verwendung von Mikrowellen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungsmittel ein organisches Lösungsmittel ist, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Alkoholen; Ethern; Estern; Ketonen; Aldehyden; Pyrrolidonen; Thiolen; Aminen; Lactonen; organischen Carbonaten oder Mischungen umfassend wenigstens eins der vorgenannten Lösungsmittel.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das ionenleitende Elektrolytmaterial ein Alkalimetall-Organo-Salz aufweist, wobei das Anion ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Alkoxiden oder Carbonsäuren mit einer Kettenlänge von C₁ bis C₁₃.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktivmaterial ein Kathodenaktivmaterial ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktivmaterial ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Lithium-Übergangsmetalloxiden, die mindestens ein Element ausgewählt aus der Gruppe umfassend Cobalt, Nickel, Mangan, Vanadium, Eisen, Antimon, Zinn und Tellur enthalten.
10. Komposit-Elektrode, hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9.
11. Komposit-Elektrode nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Porosität der Elektroden im Bereich von größer oder gleich 0Vol-% bis kleiner oder gleich 10Vol-% liegt.
12. Komposit-Elektrode nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode frei ist von einem polymeren Bindermaterial.
13. Verfahren zum Herstellen einer Schichtanordnung umfassend eine Elektroden-Schicht und eine Separator-Schicht, insbesondere für einen Festkörper-Akkumulator, umfassend die Schritte: i) Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9; ii) Wiederholen der Schritte a) und d) unter Ausbildung einer Separator-Schicht auf der Elektroden-Schicht.
14. Schichtanordnung, aufweisend eine Elektroden-Schicht und eine Separator-Schicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtanordnung hegestellt ist nach einem Verfahren gemäß Anspruch 13.
15. Festkörper-Akkumulator, insbesondere Lithium-Ionen-Festkörper-Akkumulator, umfassend wenigstens eines von einer Elektrode gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12 und einer Schichtanordnung nach Anspruch 14.