DE102021130190A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer anode für eine festkörperbatterie unter verwendung eines elektrischen feldes - Google Patents

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Abstract

Offenbart werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Anode (200) für eine Festkörperbatterie unter Nutzung eines elektrischen Felds. Das Herstellungsverfahren weist auf: Bereitstellen eines ersten Beschichtungselements (30) und eines zweiten Beschichtungselements (40), welches von dem ersten Beschichtungselement (30) in einen vorbestimmten Abstand angeordnet ist, Bereitstellen einer Beschichtungsschlämme (10), wobei die Beschichtungsschlämme (10) ein Kohlenstoffmaterial und ein mit Lithium legierungsfähig Metall enthält, Befördern der Beschichtungsschlämme (10) an das erste Beschichtungselement (30), Befördern eines Stromkollektors (210) an einen Spalt zwischen dem ersten Beschichtungselement (30) und dem zweiten Beschichtungselement (40), und Auftragen der Beschichtungsschlämme (10) auf den Stromkollektor (210) unter Verwendung eines elektrischen Feldes, welches zwischen dem ersten Beschichtungselement (30) und dem zweiten Beschichtungselement (40) durch Anlegen von Spannungen an das erste Beschichtungselement (30) und das zweite Beschichtungselement (40) erzeugt wird.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Anode für eine Festkörperbatterie unter Verwendung eines elektrischen Feldes.
  • Hintergrund
  • Eine Festkörperbatterie ist so ausgebildet, dass sie einen dreischichtigen Schichtstoff aufweist, in welchem eine Kathodenaktivmaterial-Schicht, die mit einem Kathodenstromkollektor verbunden ist, eine Anodenaktivmaterial-Schicht, die mit einem Anodenstromkollektor verbunden ist, und ein Festelektrolyt, welcher zwischen der Kathodenaktivmaterial-Schicht und der Anodenaktivmaterial-Schicht angeordnet ist, geschichtet sind.
  • Im Allgemeinen wird eine Anodenaktivmaterial-Schicht einer Festkörperbatterie durch Mischen eines aktiven Materials und eines Festelektrolyten gebildet, was die lonenleitfähigkeit sicherstellen soll. Da ein Festelektrolyt im Vergleich zu einem flüssigen Elektrolyten ein höheres spezifisches Gewicht aufweist, hat eine herkömmliche Festkörperbatterie wie oben beschrieben eine geringere Energiedichte als eine Lithium-Ionen-Batterie.
  • Um die Energiedichte einer Festkörperbatterie zu erhöhen, wurde an der Verwendung von Lithiummetall als Anode geforscht. Dabei gibt es jedoch Probleme wie Grenzflächenbindung, Dendritenwachstum, hohe Kosten und Schwierigkeiten bei der Vergrößerung.
  • Kürzlich wurde eine anodenlose Batterie erforscht, wobei eine Anode einer Festkörperbatterie entfernt wird und das Lithium direkt an einem Anodenstromkollektor abgeschieden wird.
  • Die anodenlose Festkörperbatterie hat kein Anodenaktivmaterial und weist eine Struktur auf, bei welcher eine Beschichtungsschicht mit einem Kohlenstoffmaterial, einem Metall usw. nur auf einem Anodenstromkollektor vorhanden ist. Wenn die anodenlose Festkörperbatterie geladen wird/ist, wird/ist Lithium abgeschieden und zwischen dem Anodenstromkollektor und der Beschichtungsschicht gespeichert.
  • In der verwandten Technik wurde eine Beschichtungsschicht ausgebildet durch Auftragen einer Schlämme bzw. eines Schlamms mit einem Kohlenstoffmaterial, einem Metall usw. auf einen Anodenstromkollektor anhand bekannter Techniken, wie z.B. einer Tiefdruckbeschichtung. Aufgrund einer Bewegung der Metalle, welche durch die Verflüchtigung eines organischen Lösungsmittels nach dem Auftragen der Schlämme verursacht wird, wurde die Verteilung der Metalle in der Beschichtungsschicht jedoch ungleichmäßig. Darüber hinaus kann eine Beschichtungsschicht mit hoher Dichte aufgrund der Ausflockung von Materialien im Schlämmenzustand nicht erzielt werden. Darüber hinaus entstanden Risse in der Beschichtungsschicht, wenn ein Druckbeaufschlagungsvorgang auf die Beschichtungsschicht durchgeführt wurde, so dass ein interner Kurzschluss während der Zellherstellung und/oder des Ladens und Entladens auftrat.
  • Kurze Erläuterung der Erfindung
  • In bevorzugten Aspekten ist ein Verfahren zur Herstellung einer Anode für eine Festkörperbatterie vorgesehen. Das Verfahren kann eine Beschichtungsschicht auf einem Anodenstromkollektor gleichmäßig herstellen und stellt eine Vorrichtung zur Herstellung der Anode bereit.
  • In einem bevorzugten Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung einer Anode für eine Festkörperbatterie bereitgestellt, bei dem eine Bewegung des Metalls aufgrund einer Verflüchtigung eines Lösungsmittels unterdrückt wird, und es wird eine Vorrichtung zur Herstellung der Anode bereitgestellt.
  • In einem bevorzugten Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung einer Anode für eine Festkörperbatterie mit einem vereinfachten Prozess bereitgestellt, und es wird eine Vorrichtung zur Herstellung der Anode bereitgestellt.
  • Die Ziele der vorliegenden Erfindung sind nicht auf das Vorstehende beschränkt. Die Ziele der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende Beschreibung klar verstanden und durch die in den Ansprüchen beschriebenen Mittel und deren Kombinationen verwirklicht.
  • In einem Aspekt ist ein Verfahren zur Herstellung einer Anode für eine Festkörperbatterie (z.B. auch Feststoffbatterie oder Festkörperakkumulator genannt) bereitgestellt. Das Verfahren kann aufweisen: Bereitstellen eines ersten Beschichtungselements und eines zweiten Beschichtungselements, welches von dem ersten Beschichtungselement in einen vorbestimmten Abstand angeordnet ist, Bereitstellen einer Beschichtungsschlämme (z.B. Beschichtungsschlamm, Beschichtungssuspension), wobei die Beschichtungsschlämme ein Kohlenstoffmaterial und ein mit Lithium legierungsfähig Metall enthält, Befördern (z.B. Zuführen) der Beschichtungsschlämme an das erste Beschichtungselement, Befördern eines Stromkollektors an (z.B. in) einen Spalt zwischen dem ersten Beschichtungselement und dem zweiten Beschichtungselement, und Auftragen der Beschichtungsschlämme auf den Stromkollektor unter Verwendung eines elektrischen Feldes, welches zwischen dem ersten Beschichtungselement und dem zweiten Beschichtungselement durch Anlegen von Spannungen an das erste Beschichtungselement und das zweite Beschichtungselement erzeugt wird.
  • Der hier verwendete Begriff „legierungsfähig“ bezieht sich auf eine Eigenschaft eines Materials, das dazu in der Lage ist, eine Legierung mit einer Metallkomponente zu bilden. In bestimmten Aspekten der vorliegenden Erfindung kann ein legierungsfähiges Material, z.B. ein Metall, eine Legierung mit einem anderen Metall (z.B. Lithium) bilden, ohne dass es zu einer Entmischung, Ausfällung, Aggregation oder Phasentrennung kommt.
  • Das zweite Beschichtungselement kann oberhalb des ersten Beschichtungselements angeordnet sein.
  • Der Abstand zwischen dem ersten Beschichtungselement und dem zweiten Beschichtungselement kann etwa 6 cm bis 17 cm betragen.
  • Das erste Beschichtungselement kann eine drehbar installierte Beschichtungswalze (z.B. Beschichtungsrolle) sein, und wobei die Beschichtungswalze auch oberhalb eines Behälters, in welchem die Beschichtungsschlämme untergebracht ist, angeordnet sein kann und die Beschichtungswalze so eingerichtet sein kann, dass die Beschichtungsschlämme durch Drehen der Beschichtungswalze an eine Oberfläche der Beschichtungswalze angebracht wird (z.B. anhaftet).
  • Der Stromkollektor kann kontinuierlich zwischen das erste Beschichtungselement und das zweite Beschichtungselement mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,5 m/min bis 0,8 m/min befördert werden.
  • Der Stromkollektor kann auf eine Walze-zu-Walze-Weise (Englisch „Roll-to-Roll manner“) befördert werden.
  • Die Spannungen können an das erste Beschichtungselement und an das zweite Beschichtungselement angelegt werden, so dass die Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Beschichtungselement und dem zweiten Beschichtungselement im Bereich von etwa 14 kV bis etwa 24 kV liegt.
  • An das zweite Beschichtungselement kann eine Massespannung (z.B. Erdungsspannung, Erdpotential) angelegt werden.
  • Die Beschichtungsschlämme kann auf dem Stromkollektor als Beschichtung aufgetragen werden durch Bewegung in einer der Schwerkraft entgegengesetzten Richtung vom ersten Beschichtungselement aus.
  • Die Beladungsmenge der auf den Stromkollektor aufgetragenen Beschichtungsschlämme kann etwa 0,8 mg/cm2 bis 1,0 mg/cm2 betragen.
  • In einem Aspekt ist eine Vorrichtung zur Herstellung einer Anode für eine Festkörperbatterie bereitgestellt. Die Vorrichtung kann aufweisen: einen Behälter, in dem eine Beschichtungsschlämme, welche ein Kohlenstoffmaterial und ein mit Lithium legierungsfähiges Metall enthält, untergebracht ist, ein erstes Beschichtungselement, welches oberhalb des Behälters installiert ist und eine Oberfläche mit einem vorbestimmten Bereich, an welchem die Beschichtungsschlämme angebracht wird/ist (z.B. anhaftet), aufweist, ein zweites Beschichtungselement, welches von dem ersten Beschichtungselement in einen vorbestimmten Abstand angeordnet ist, eine Transfereinheit, welche dazu eingerichtet ist, einen Stromkollektor an (z.B. in) einen Spalt zwischen dem ersten Beschichtungselement und dem zweiten Beschichtungselement zu befördern, und ein Leistungsbauteil, welches mit dem ersten Beschichtungselement und dem zweiten Beschichtungselement verbunden ist und dazu eingerichtet ist, ein elektrisches Feld zwischen dem ersten Beschichtungselement und dem zweiten Beschichtungselement durch Anlegen von Spannungen an das erste Beschichtungselement und das zweite Beschichtungselement zu erzeugen, wobei die an der Oberfläche des ersten Beschichtungselements angebrachte (z.B. anhaftende) Beschichtungsschlämme durch das elektrische Feld auf den Stromkollektor aufgetragen (z.B. als Beschichtung aufgebracht) wird.
  • Das zweite Beschichtungselement kann oberhalb des ersten Beschichtungselements angeordnet sein, und der Abstand zwischen dem ersten Beschichtungselement und dem zweiten Beschichtungselement kann etwa 6 cm bis 17 cm betragen.
  • Mindestens eines von dem ersten Beschichtungselement und dem zweiten Beschichtungselement kann so installiert werden, dass es in einer Auf- und Abwärtsrichtung bewegbar ist.
  • Das erste Beschichtungselement kann eine drehbar installierte Beschichtungswalze (z.B. Beschichtungsrolle) sein, und die Beschichtungsschlämme ist an der Oberfläche des ersten Beschichtungselements durch die über dem Behälter gedrehte Beschichtungswalze angebracht.
  • Die Beschichtungswalze kann mindestens eine Rille auf ihrer Oberfläche aufweisen, wobei die Rille eine vorbestimmte Breite hat.
  • Die Transfereinheit kann Transferwalzen aufweisen, welche jeweils auf einer Einlassseite und einer Auslassseite des ersten und zweiten Beschichtungselements installiert sind.
  • Die Transfereinheit kann dazu eingerichtet sein, den Stromkollektor mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,5 m/min bis 0,8 m/min in den Spalt zwischen dem ersten Beschichtungselement und dem zweiten Beschichtungselement zu befördern.
  • Das Leistungsbauteil kann dazu eingerichtet sein, die Spannungen an das erste Beschichtungselement und das zweite Beschichtungselement anzulegen, so dass eine Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Beschichtungselement und dem zweiten Beschichtungselement im Bereich von etwa 14 kV bis 24 kV liegt.
  • Das Leistungsbauteil kann so eingerichtet sein, dass es eine Massespannung (z.B. Erdungsspannung, Erdpotential) an das zweite Beschichtungselement anlegt.
  • Die Beschichtungsschlämme kann auf den Stromkollektor als Beschichtung aufgetragen werden durch Bewegung in einer der Schwerkraft entgegengesetzten Richtung vom ersten Beschichtungselement aus.
  • Gemäß verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann durch Aufbringen einer Beschichtungsschlämme auf einen Stromkollektor durch ein elektrisches Feld eine Beschichtungsschicht gleichmäßig auf einem Anodenstromkollektor ausgebildet werden, ohne dass es zu einer Ausflockung von Materialien kommt.
  • Gemäß verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann eine Bewegung von Metallen aufgrund einer Verflüchtigung eines Lösungsmittels unterdrückt werden, so dass eine Beschichtungsschicht, in welcher Metalle gleichmäßig verteilt sind, effizient ausgebildet werden kann.
  • Gemäß verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Menge eines Bindemittels reduziert werden, und eine Beschichtungsschicht kann ohne Durchführung eines zusätzlichen Vorgangs, wie z.B. eines Pressens nach dem Beschichten, hergestellt werden.
  • Die Effekte der vorliegenden Erfindung sind nicht auf das Vorgenannte beschränkt. Die Effekte der vorliegenden Erfindung sollten so verstanden werden, dass sie alle Wirkungen aufweisen, die aus der folgenden Beschreibung vernünftigerweise erwartet werden können.
  • Weitere Aspekte der Erfindung sind nachstehend offenbart.
  • Figurenliste
  • Die obigen und weitere Ziele, Eigenschaften und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher verstanden, wobei:
    • 1 zeigt eine beispielhafte Festkörperbatterie gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • 2 zeigt einen beispielhaften Zustand, in dem die Festkörperbatterie gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geladen wird,
    • 3 zeigt eine beispielhafte Vorrichtung zur Herstellung einer Anode für eine Festkörperbatterie gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • 4 zeigt eine modifizierte Version eines ersten Beschichtungselements gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • 5A zeigt ein Ergebnis der Analyse einer Anode in Beispiel 1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops (REM),
    • 5B zeigt ein Ergebnis der Analyse einer Anode aus Vergleichsbeispiel 1 unter Verwendung eines REM,
    • 6A zeigt ein Ergebnis der Bewertung einer Zellenleistung einer Festkörperbatterie mit einer Anode im Beispiel 1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
    • 6B zeigt ein Ergebnis der Bewertung der Zellenleistung einer Festkörperbatterie mit einer Anode im Vergleichsbeispiel 1.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Die Ziele, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung spezifischer beispielhafter Ausführungsformen und die beigefügten Zeichnungen leicht verständlich. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die beispielhaften Ausführungsformen beschränkt und kann auch in anderen Formen verwirklicht werden. Im Gegenteil sind die beispielhaften Ausführungsformen bereitgestellt, damit die Erfindung der vorliegenden Erfindung vollständig und in vollem Umfang von Fachleuten verstanden werden kann.
  • In den beigefügten Zeichnungen werden gleiche Bezugszeichen zur Darstellung gleicher Elemente verwendet. In den Zeichnungen sind die Abmessungen der Elemente zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung vergrößert dargestellt. Obwohl die Begriffe „erster/erste/erstes“, „zweiter/zweite/zweites“ usw. zur Beschreibung verschiedener Elemente verwendet werden können, sollen diese Elemente nicht durch die Begriffe eingeschränkt werden. Die Begriffe werden nur dazu verwendet, um ein Element von einem anderen zu unterscheiden. So kann beispielsweise ein erstes Element als zweites Element bezeichnet werden, und in ähnlicher Weise kann ein zweites Element als erstes Element bezeichnet werden, ohne dass dies vom Umfang der vorliegenden Erfindung abweicht. Ein Ausdruck im Singular umfasst einen Ausdruck im Plural, sofern aus dem Kontext nicht eindeutig etwas anderes hervorgeht.
  • In der vorliegenden Erfindung sind Begriffe wie „aufweisen“, „enthalten“, „haben“ usw. so zu verstehen, dass sie das Vorhandensein von Merkmalen, Zahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen, Bauteilen oder Kombinationen davon bezeichnen, und nicht so, dass sie das Vorhandensein von oder die Möglichkeit des Hinzufügens von einem oder mehreren weiteren Merkmalen, Zahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen, Bauteilen oder Kombinationen davon im Voraus ausschließen. Wenn ein Element, wie z.B. eine Schicht, ein Film, ein Bereich, ein Substrat usw., als „auf“ einem anderen Element angeordnet bezeichnet wird, kann es „direkt auf“ dem anderen Element angeordnet sein oder kann auch ein dazwischenliegendes Element vorhanden sein. Wenn gleichermaßen ein Element, wie z.B. eine Schicht, ein Film, ein Bereich, ein Substrat usw., als „unter“ einem anderen Element angeordnet bezeichnet wird, kann es „direkt unter“ dem anderen Element angeordnet sein oder kann auch ein dazwischenliegendes Element vorhanden sein.
  • Sofern nicht anders angegeben, handelt es sich bei allen Zahlen, Werten und/oder Ausdrücken, welche die Menge der Komponenten, Reaktionsbedingungen, Polymerzusammensetzungen oder Mischungen repräsentieren, um Näherungswerte, die zahlreiche Messunsicherheiten, welche bei der Ermittlung dieser Werte auftreten, widerspiegeln, und sind diese als mit „etwa“ modifiziert zu verstehen. Wenn nicht besonders erwähnt oder aus dem Kontext naheliegend (z.B. nichts Gegenteiliges besonders erwähnt oder aus dem Kontext naheliegend ist), ist der hierin verwendete Begriff „etwa“ (bzw. „ungefähr“) als innerhalb einer normalen Toleranz in der Technik, z.B. innerhalb 2 Standardabweichungen vom Mittelwert, zu verstehen. „Etwa“ (bzw. „ungefähr“) kann als innerhalb von 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0,5%, 0,1%, 0,05% oder 0,01% vom genannten Wert verstanden werden. Wenn nichts Gegenteiliges aus dem Kontext deutlich ist, sind alle hierin bereitgestellten Zahlenwerte durch den Begriff „etwa“ modifiziert.
  • Sofern nichts anderes angegeben, sind alle in der vorliegenden Erfindung angegebenen Zahlenbereiche kontinuierlich und weisen alle Werte von den Minimalwerten bis zu den Maximalwerten auf, welche in den Bereichen enthalten sind. Außerdem sind, wenn die Bereiche ganze Zahlen angeben, alle ganzen Zahlen von den Minimalwerten bis zu den Maximalwerten, welche in den Bereichen enthalten sind, enthalten, sofern nichts anderes angegeben ist. So ist beispielsweise der Bereich „5 bis 10“ so zu verstehen, dass er alle Unterbereiche, wie beispielsweise 6 bis 10, 7 bis 10, 6 bis 9, 7 bis 9 usw., sowie einzelne Werte von 5, 6, 7, 8, 9 und 10 umfasst und auch jeden Wert zwischen gültigen ganzen Zahlen innerhalb des angegebenen Bereichs, wie zum Beispiel 5,5, 6,5, 7,5, 5,5 bis 8,5, 6,5 bis 9 usw., umfasst. Der Bereich „10 % bis 30 %“ soll zum Beispiel auch Unterbereiche, wie zum Beispiel 10 % bis 15 %, 12 % bis 18 %, 20 % bis 30 % usw., sowie alle ganzen Zahlen, einschließlich Werte von 10 %, 11 %, 12 %, 13 % usw. bis zu 30 %, umfassen und ist außerdem so zu verstehen, dass er jeden Wert zwischen gültigen ganzen Zahlen innerhalb des angegebenen Bereichs, wie zum Beispiel 10,5 %, 15,5 %, 25,5 % usw., umfasst.
  • 1 zeigt eine beispielhafte Festkörperbatterie (z.B. auch Feststoffbatterie oder Festkörperakkumulator genannt) gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 dargestellt, kann die Festkörperbatterie aufweisen: eine Kathode 100 mit einem Kathodenstromkollektor (z.B. auch Kathodenstromableiter) 110 und einer Kathodenaktivmaterial-Schicht (z.B. Kathodenschicht aus aktivem Material) 120, eine Anode 200 mit einem Anodenstromkollektor (z.B. auch Anodenstromableiter) 210 und einer Beschichtungsschicht 220, und eine Festelektrolytschicht 300, welche zwischen der Kathode 100 und der Anode 200 angeordnet ist. Dabei sind die Anode 200 und die Festelektrolytschicht 300 so geschichtet, dass die Festelektrolytschicht 300 und die Beschichtungsschicht 220 miteinander in Kontakt sind.
  • Der Kathodenstromkollektor 110 kann ein plattenförmiges Substrat sein, welches elektrisch leitfähig ist. Der Kathodenstromkollektor 110 kann eine Aluminiumfolie aufweisen.
  • Die Kathodenaktivmaterial-Schicht 120 kann ein Kathodenaktivmaterial, einen Festelektrolyten, ein leitfähiges Material, ein Bindemittel usw. aufweisen.
  • Darüber hinaus kann das Kathodenaktivmaterial ein Oxid-Aktivmaterial oder ein Sulfid-Aktivmaterial sein.
  • Zum Beispiel kann das Oxid-Aktivmaterial ein Aktivmaterial vom Steinsalzschicht-Typ, wie zum Beispiel LiCoO2, LiMnO2, LiNiO2, LiVO2, Li1+xNi1/3Co1/3Mn1/3O2 und dergleichen, ein Aktivmaterial vom Spinell-Typ, wie zum Beispiel LiMn2O4, Li(Ni0,5Mn1,5)O4 und dergleichen, ein Aktivmaterial vom inversen Spinell-Typ, wie zum Beispiel LiNiVO4, LiCoVO4 und dergleichen, ein Aktivmaterial vom Olivin-Typ, wie zum Beispiel LiFePO4, LiMnPO4, LiCoPO4, LiNiPO4 und dergleichen, ein Silizium enthaltendes Aktivmaterial, wie zum Beispiel Li2FeSiO4, Li2MnSiO4 und dergleichen, ein Aktivmaterial vom Steinsalzschicht-Typ, in dem ein Teil eines Übergangsmetalls durch ein anderes Metall ersetzt ist, wie zum Beispiel LiNi0,8Co(0,2-x)AlxO2 (0<x<0,2), ein Aktivmaterial vom Spinell-Typ, in dem ein Teil eines Übergangsmetalls durch ein anderes Metall ersetzt ist, wie zum Beispiel Li1+xMn2-x-yMyO4 (wobei M mindestens eines von Al, Mg, Co, Fe, Ni und Zn ist, wobei 0< x+y < 2), oder Lithiumtitanat, wie zum Beispiel Li4Ti5O12 und dergleichen aufweisen.
  • Das Sulfid-Aktivmaterial kann Kupfer-Chevrel, Eisensulfid, Kobaltsulfid, Nickelsulfid usw. aufweisen.
  • Der Festelektrolyt kann einen Festelektrolyten auf Oxidbasis oder einen Festelektrolyten auf Sulfidbasis aufweisen. Der Festelektrolyt auf Sulfidbasis kann jedoch vorzugsweise eine hohe Lithium-Ionen-Leitfähigkeit aufweisen. Der Festelektrolyt auf Sulfidbasis ist nicht besonders beschränkt und kann Li2S-P2S5, Li2S-P2S5-LiI, Li2S-P2S5-LiCl, Li2S-P2S5-LiBr, Li2S-P2S5-Li2O, Li2S-P2S5-Li2O-LiI, Li2S-SiS2, Li2S-SiS2-LiI, Li2S-SiS2-LiBr, Li2S-SiS2-LiCl, Li2S-SiS2-B2S3-LiI, Li2S-SiS2-P2S5-LiI, Li2S-B2S3, Li2S-P2S5-ZmSn (wobei m und n positive Zahlen sind und Z eines der Elemente Ge, Zn und Ga ist), Li2S—GeS2, Li2S—SiS2—Li3PO4, Li2S—SiS2—LixMOy (wobei x und y positive Zahlen sind und M eines der Elemente P, Si, Ge, B, Al, Ga und In ist), Li10GeP2S12, usw. aufweisen.
  • Das leitfähige Material kann Ruß (z.B. Industrieruß, Englisch „carbon black“), leitenden Graphit, Ethylenschwarz, Graphen usw. aufweisen.
  • Das Bindemittel kann Butadien-Kautschuk (BR), Nitril-Butadien-Kautschuk (NBR), hydrierten Nitril-Butadien-Kautschuk (HNBR), Polyvinylidendifluorid (PVDF), Polytetrafluorethylen (PTFE), Carboxymethylcellulose (CMC) oder dergleichen aufweisen.
  • Die Anode 200 weist den Anodenstromkollektor 210 und die Beschichtungsschicht 220, welche auf dem Anodenstromkollektor 210 angeordnet ist, auf.
  • Der Anodenstromkollektor 210 kann ein plattenförmiges Substrat, welches elektrisch leitfähig ist, aufweisen. Der Anodenstromkollektor 210 kann einen Schaum aufweisen, welcher elektrisch leitfähig und flexibel ist. Der Anodenstromkollektor 210 kann einen Metallschaum sein, welcher mindestens ein Material, ausgewählt aus der Gruppe, welche aus Nickel (Ni), rostfreiem Stahl (SUS) und einer Kombination davon besteht, aufweist.
  • Eine Dicke des Anodenstromkollektors 210 kann etwa 1 µm bis 20 µm, oder etwa 5 µm bis 15 µm betragen.
  • 2 ist eine Querschnittsansicht, welche einen Zustand zeigt, in dem die Festkörperbatterie gemäß der vorliegenden Erfindung aufgeladen ist. Wie in 1 und 2 gezeigt, werden Lithiumionen, welche sich beim Laden der Batterie von der Kathode 100 aus bewegt haben, zwischen der Beschichtungsschicht 220 und dem Anodenstromkollektor 210 in Form von Lithiummetall (Li) abgeschieden und gespeichert.
  • Die Beschichtungsschicht 220 kann ein Kohlenstoffmaterial und ein mit Lithium legierungsfähiges Metall aufweisen.
  • Das Kohlenstoffmaterial kann amorphen Kohlenstoff aufweisen. Das Kohlenstoffmaterial kann vorzugsweise amorphen Kohlenstoff aufweisen, welcher mindestens einen Bestandteil enthält, welcher aus der Gruppe, welche aus Ofenruß (auch „Furnaceruß“ oder Englisch „Furnace Black“ genannt), Acetylenruß (Englisch „Acetylene Black“), Ketjen-Ruß (Englisch „Ketjen Black“), Graphen und einer Kombination davon besteht, ausgewählt ist.
  • Das mit Lithium legierungsfähige Metall kann eines oder mehrere Metalle aufweisen, welche aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Gold (Au), Platin (Pt), Palladium (Pd), Silizium (Si), Silber (Ag), Aluminium (AI), Wismut (Bi), Zinn (Sn) und Zink (Zn) besteht.
  • Die Beschichtungsschicht 220 kann ferner ein Bindemittel aufweisen. Das Das Bindemittel ist nicht besonders eingeschränkt und kann Butadien-Kautschuk (BR), Nitril-Butadien-Kautschuk (NBR), hydrierten Nitril-Butadien-Kautschuk (HNBR), Polyvinylidendifluorid (PVDF), Polytetrafluorethylen (PTFE), Carboxymethylcellulose (CMC) oder dergleichen aufweisen.
  • 3 zeigt eine beispielhafte Vorrichtung zur Herstellung einer Anode für eine Festkörperbatterie gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 3 gezeigt, kann die Herstellungsvorrichtung aufweisen: einen Behälter 20, in welchem eine Beschichtungsschlämme (z.B. Beschichtungsschlamm, Beschichtungssuspension) 10, welche ein Kohlenstoffmaterial und ein mit Lithium legierungsfähiges Metall enthält, untergebracht ist, ein erstes Beschichtungselement 30, welches oberhalb des Behälters 20 installiert ist und eine Oberfläche mit einem vorbestimmten Bereich, an welchem die Beschichtungsschlämme 10 angebracht wird/ist (z.B. anhaftet), aufweist, ein zweites Beschichtungselement 40, welches von dem ersten Beschichtungselement 30 in einem vorbestimmten Abstand angeordnet ist, eine Transfereinheit 50, die dazu eingerichtet ist, einen Stromkollektor 210 in einen Spalt zwischen dem ersten Beschichtungselement 30 und dem zweiten Beschichtungselement 40 zu befördern, und ein Leistungsbauteil 60, welches mit dem ersten Beschichtungselement 30 und dem zweiten Beschichtungselement 40 verbunden ist und dazu eingerichtet ist, ein elektrisches Feld zwischen dem ersten Beschichtungselement 30 und dem zweiten Beschichtungselement 40 zu erzeugen durch Anlegen von Spannungen an das erste Beschichtungselement 30 und das zweite Beschichtungselement 40.
  • Die Beschichtungsschlämme 10 kann ein Material zum Bilden der Beschichtungsschicht 220 aufweisen, und die Beschichtungsschlämme 10 kann durch Zugabe des oben erwähnten Kohlenstoffmaterials und des oben erwähnten mit Lithium legierungsfähigen Metalls in ein Lösungsmittel erhalten werden. Die Beschichtungsschlämme 10 kann ferner ein Bindemittel enthalten.
  • Der Behälter 20 kann aus einem isolierenden Material hergestellt sein. Da die Spannung über das Leistungsbauteil 60 an das Beschichtungselement 30 angelegt wird, kann es aus Sicherheitsgründen bevorzugt sein, den Behälter 20 aus einem isolierenden Material zu verwenden.
  • Das erste Beschichtungselement 30 kann oberhalb des Behälters 20 installiert sein. Insbesondere kann das erste Beschichtungselement 30, wie in 3 gezeigt, an einer Position installiert sein, an welcher ein Teil des ersten Beschichtungselements 30 in die in dem Behälter 20 bevorratete Beschichtungsschlämme 10 eingetaucht ist.
  • Das erste Beschichtungselement 30 kann eine drehbar installierte Beschichtungswalze aufweisen, und die Beschichtungsschlämme 10 kann durch die Beschichtungswalze, welcher über dem Behälter 20 gedreht wird, an der Oberfläche des ersten Beschichtungselements 30 angebracht werden. Dabei kann eine Klinge 70 gemäß einer Drehrichtung des ersten Beschichtungselements 30 so installiert sein, dass die Beschichtungsschlämme 10 mit einer gleichmäßigen Dicke an der Oberfläche der Beschichtungswalze angebracht (z.B. angehaftet) werden kann.
  • Das erste Beschichtungselement 30 kann eine zylindrische Beschichtungswalze mit einer glatten Oberfläche sein oder kann mindestens eine Rille 32 aufweisen, welche auf einem zylindrischen Körperabschnitt 31 und einer Oberfläche des Körperabschnitts 31 durch Vertiefen mit einer vorbestimmten Breite und Tiefe ausgebildet ist. Da die Beschichtungsschlämme 10 nicht an der Rille 32 haftet, kann die Beschichtungsschicht 220 ein Muster gemäß der Form und der Position der Rille(n) 32 aufweisen, indem eine Form und eine Position der Rille(n) 32 geeignet angepasst sind.
  • Das zweite Beschichtungselement 40 kann oberhalb des ersten Beschichtungselements 30 installiert sein. Insbesondere kann das zweite Beschichtungselement 40 an einer Stelle angeordnet sein, welche bezüglich der Richtung, in welcher die Schwerkraft auf das erste Beschichtungselement 30 einwirkt, entgegengesetzt ist. Wenn ein elektrisches Feld zwischen dem ersten Beschichtungselement 30 und dem zweiten Beschichtungselement 40 durch das Leistungsbauteil 60 erzeugt wird, kann die an der Oberfläche des ersten Beschichtungselements 30 anhaftende Beschichtungsschlämme 10 durch Bewegung in die der Schwerkraft entgegengesetzten Richtung auf den Stromkollektor 210 aufgebracht werden. Dies wird später beschrieben.
  • Das zweite Beschichtungselement 40 kann ein Erdungselement aufweisen. Das Leistungsbauteil 60 kann eine Massespannung (z.B. Erdungsspannung, Erdpotential) an das zweite Beschichtungselement 40 anlegen. Um ein elektrisches Feld zu erzeugen, welches dazu in der Lage ist, die Beschichtungsschlämme 10 ausreichend zu bewegen, kann eine Spannungsdifferenz erforderlich sein, die gleich oder größer einem vorbestimmten Niveau ist. Wenn jedoch die Massespannung durch die Leistungskomponente 60 an das zweite Beschichtungselement 40 angelegt wird, kann die Spannungsdifferenz leicht zustande gebracht und eingestellt werden, da die Spannung mit dem gewünschten Niveau direkt an das erste Beschichtungselement 30 angelegt werden kann, ohne Addition oder Subtraktion der Spannung(en). Das zweite Beschichtungselement 40 ist jedoch nicht auf das Erdungselement beschränkt und kann ein beliebiges Bauteils, das eine Spannungsdifferenz gleich oder größer einem vorbestimmten Niveau zwischen dem ersten Beschichtungselement 30 und dem zweiten Beschichtungselement 40 erzeugen kann, aufweisen.
  • Die Gestalt des zweiten Beschichtungselements 40 ist nicht besonders begrenzt und kann verschiedene Formen haben, wie z.B. eine Plattenform, eine Förderbandform usw..
  • Die Transfereinheit 50 ist dazu eingerichtet, den Stromkollektor 210 in einen Spalt zwischen dem ersten Beschichtungselement 30 und dem zweiten Beschichtungselement 40 zu befördern. Insbesondere kann die Transfereinheit 50 Transferwalzen aufweisen, die jeweils an einer Einlassseite und einer Auslassseite (z.B. eine je Seite) des ersten und zweiten Beschichtungselements 30 und 40 installiert sind. Die Einlassseite und die Auslassseite sind auf der Grundlage einer Bewegungsrichtung des Stromkollektors 210 definiert. Eine Seite, an welcher der Stromkollektor 40 in einen Spalt zwischen dem ersten Beschichtungselement 30 und dem zweiten Beschichtungselement 40 eintritt, ist als die Einlassseite definiert, und eine Seite, an welcher der Stromkollektor 40 austritt, ist als die Auslassseite definiert.
  • In einem Verfahren zur Herstellung einer Anode für eine Festkörperbatterie gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Beschichtungsschicht 220 auf dem Stromkollektor 210 während einer Bewegung des Stromkollektors 210 unter Verwendung einer Walze-zu-Walze-Weise (Englisch „Roll-to-Roll manner“) ausgebildet werden, so dass eine Anode durch einen kontinuierlichen und vereinfachten Vorgang erhalten werden kann.
  • Das Leistungsbauteil 60 ist dazu eingerichtet, ein elektrisches Feld in einem Raum zwischen dem ersten Beschichtungselement 30 und dem zweiten Beschichtungselement 40 durch Anlegen von Spannungen zu erzeugen. Insbesondere kann das Leistungsbauteil 60 eine vorbestimmte Spannung an das erste Beschichtungselement 30 anlegen und kann die Massespannung an das zweite Beschichtungselement 40 anlegen. In einem Bereich (A) zur Erzeugung eines elektrischen Feldes kann die an der Oberfläche des ersten Beschichtungselements 30 angebrachte (z.B. anhaftende) Beschichtungsschlämme 10 auf den Stromkollektor 210, welcher den Bereich (A) zur Erzeugung eines elektrischen Feldes durchläuft, durch Bewegung (der Beschichtungsschlämme) entlang der Richtung des elektrischen Feldes, welche eine der Schwerkraft entgegengesetzte Richtung ist, aufgebracht werden.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Beschichtungsschlämme 10 durch das elektrische Feld als Beschichtung aufgetragen werden, so dass die in der Beschichtungsschlämme 10 enthaltenen Metalle nicht ausflocken können, und somit kann die Beschichtungsschlämme 10 gleichmäßig und dicht bzw. kompakt (z.B. mit hoher Dichte) als Beschichtung aufgetragen werden. Da die Beschichtungsschlämme 10 durch eine Bewegung entgegen der Schwerkraft beschichtet wird, können außerdem Teilchen, wie z.B. Perlen bzw. Kügelchen, welche durch Ausflockung größer geworden sind, leicht ausgeschlossen werden. Ein Beschichtungszustand der als Beschichtung aufgetragen 10 durch Verwendung des elektrischen Feldes wird im Folgenden genauer beschrieben.
  • Das Verfahren zur Herstellung einer Anode für eine Festkörperbatterie kann aufweisen: Bereitstellen des ersten Beschichtungselements 30 und des zweiten Beschichtungselements 40, welches von dem ersten Beschichtungselement 30 um einen vorbestimmten Abstand beabstandet ist, Bereitstellen der Beschichtungsschlämme 10, wobei die Beschichtungsschlämme 10 ein Kohlenstoffmaterial und ein mit Lithium legierungsfähiges Metall enthält, Befördern (z.B. Zuführen) der Beschichtungsschlämme 10 an das erste Beschichtungselement 30, Befördern des Stromkollektors 210 an einen (z.B. in einen) Spalt zwischen dem ersten Beschichtungselement 30 und dem zweiten Beschichtungselement 40, und Auftragen der Beschichtungsschlämme 10 auf den Stromkollektor 210 unter Verwendung des elektrischen Feldes A, welches zwischen dem ersten Beschichtungselement 30 und dem zweiten Beschichtungselement 40 durch Anlegen der Spannungen an das erste Beschichtungselement 30 und das zweite Beschichtungselement 40 erzeugt wird.
  • Nachfolgend ist jeder Vorgang des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens durch Bezugnahme auf die Beschreibung der oben beschriebenen Herstellungsvorrichtung einer Anode für eine Festkörperbatterie leichter zu verstehen.
  • Ein Abstand zwischen dem ersten Beschichtungselement 30 und dem zweiten Beschichtungselement 40 kann in einem Bereich von etwa 6 cm bis 17 cm oder (z.B. weiter bevorzugt) in einem Bereich von etwa 7,5 cm bis 15 cm liegen. Wenn der Abstand zwischen dem ersten Beschichtungselement 30 und dem zweiten Beschichtungselement 40 weniger als etwa 6 cm beträgt, wird ein Abstand zwischen der Beschichtungsschlämme 10 und dem Stromkollektor 210 zu gering, so dass eine Ausflockung von Partikeln in der Beschichtungsschlämme 10 auftreten kann. Wenn der Abstand zwischen dem ersten Beschichtungselement 30 und dem zweiten Beschichtungselement 40 größer als etwa 17 cm ist, kann es sein, dass die Beschichtungsschicht 200 aufgrund eines größeren Transportwegs der Beschichtungsschlämme 10 nicht gleichmäßig ausgebildet wird oder dass sich aufgrund des größeren Kontakts zwischen den Beschichtungsschlämmen 10 während des Transports Perlen bzw. Kügelchen mit großen Teilchengrößen bilden.
  • Der Stromkollektor 210 kann durch die vorgenannte Transfereinheit 50 an (z.B. in) den Spalt zwischen dem ersten Beschichtungselement 30 und dem zweiten Beschichtungselement 40 befördert werden. Insbesondere kann der Stromkollektor 210 mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,5 m/min bis 0,8 m/min kontinuierlich befördert werden. Die Beförderungsgeschwindigkeit des Stromkollektors 210 kann jedoch in Abhängigkeit von einer gewünschten Beladungsmenge der Beschichtungsschicht 220 geeignet angepasst werden.
  • Eine Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Beschichtungselement 30 und dem zweiten Beschichtungselement 40 kann in einem Bereich von etwa 14 kV bis 24 kV, in einem Bereich von etwa 13 kV bis 22 kV oder insbesondere in einem Bereich von etwa 16 kV bis 22 kV liegen. Wenn das zweite Beschichtungselement 40 ein Erdungselement aufweist, so dass eine Massespannung (z.B. Erdungsspannung, Erdpotential) an das zweite Beschichtungselement 40 angelegt wird, kann das oben beschriebene Leistungsbauteil 60 eine Spannung in einem Bereich von etwa 14 kV bis 24 kV, in einem Bereich von etwa 13 kV bis 22 kV oder in einem Bereich von etwa 16 kV bis 22 kV an das erste Beschichtungselement 30 anlegen. Wenn die Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Beschichtungselement 30 und dem zweiten Beschichtungselement 40 weniger als etwa 14 kV beträgt, kann eine Ausflockung der Partikel in der Beschichtungsschlämme 10 auftreten. Wenn die Spannungsdifferenz größer als etwa 24 kV ist, können sich Perlen bzw. Kügelchen mit großen Teilchengrößen bilden.
  • Das Verfahren kann aufweisen, dass die Beschichtungsschlämme 10 mit einer Beladungsmenge von etwa 0,8 mg/cm2 bis 1,0 mg/cm2 auf den Stromkollektor 210 aufgebracht wird. Die Beladungsmenge der Beschichtungsschlämme 10 kann jedoch in Abhängigkeit von der gewünschten Leistungsfähigkeit einer Zelle geeignet angepasst werden.
  • BEISPIEL
  • Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen näher beschrieben. Diese Beispiele dienen jedoch nur dem Verständnis der vorliegenden Erfindung, und der Umfang der vorliegenden Erfindung ist nicht auf diese Beispiele beschränkt.
  • Beispiel 1
  • Eine Beschichtungsschicht wurde auf einem Stromkollektor ausgebildet, indem eine Herstellungsvorrichtung für die Anode wie in 3 dargestellt bereitgestellt wurde. Ein Anodenstromkollektor wurde einem Erzeugungsbereich (A) eines elektrischen Feldes, welches zwischen einem ersten Beschichtungselement und einem zweiten Beschichtungselement erzeugt wurde, zugeführt. An das zweite Beschichtungselement wurde eine Massespannung angelegt, und an das erste Beschichtungselement wurde eine vorbestimmte Spannung angelegt, so dass das elektrische Feld dazwischen erzeugt wurde. Eine Beschichtungsschlämme, welche ein Kohlenstoffmaterial und ein mit Lithium legierungsfähiges Metall enthält, wurde durch das elektrische Feld auf dem Anodenstromkollektor abgeschieden. Eine Dicke der Beschichtungsschicht betrug 5,5 µm, und ein Nachbearbeitungsvorgang, wie z.B. eine Druckbeaufschlagung, wurde nicht durchgeführt.
  • Vergleichsbeispiel 1
  • Die gleiche Beschichtungsschlämme wie in Beispiel 1 wurde auf einen Anodenstromkollektor mit einer Dicke von etwa 11,8 µm aufgebracht, und eine Beschichtungsschicht mit einer Dicke von etwa 5,6 µm wurde durch Druckbeaufschlagung mit einem vorbestimmten Druck nach dem Trocknen gebildet.
  • Versuchsbeispiel 1
  • Die rasterelektronenmikroskopische Analyse wurde an Anoden gemäß Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 durchgeführt. 5A zeigt ein Ergebnis der Analyse der Anode gemäß Beispiel 1, und 5B zeigt ein Ergebnis der Analyse der Anode gemäß Vergleichsbeispiel 1. Wie in 5A gezeigt, kann eine gleichmäßige und dichte Beschichtung durch das erfindungsgemäße Verfahren unter Verwendung des elektrischen Feldes gebildet werden.
  • Versuchsbeispiel 2
  • Nach der Herstellung von Festkörperbatterien durch den gleichen Vorgang wie in 1 dargestellt unter Verwendung der Anoden gemäß Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1, wurden die Zellleistungen gemäß den jeweiligen Festkörperbatterien bewertet. 6A zeigt ein Ergebnis der Bewertung der Zellleistung einer Festkörperbatterie mit einer Anode gemäß Beispiel 1, und 6B ist ein Graph, welcher ein Ergebnis der Bewertung der Zellleistung einer Festkörperbatterie mit einer Anode gemäß Vergleichsbeispiel 1 zeigt. Wie in 6B gezeigt, war die Entladeleistung des Vergleichsbeispiels 1 reduziert. Es trat folglich im Vergleichsbeispiel 1 ein interner Kurzschluss auf. Im Gegensatz dazu zeigt 6A, dass die Festkörperbatterie gemäß der vorliegenden Erfindung ein ausgezeichnetes Ergebnis aufweist.
  • Beispiel 3 bis Beispiel 6, Vergleichsbeispiel 2 und Vergleichsbeispiel 3.
  • In der gleichen Herstellungsvorrichtung, wie in 3 dargestellt, wurde der Abstand zwischen einem ersten Beschichtungselement und einem zweiten Beschichtungselement, wie in Tabelle 1 gezeigt, angepasst und eine Beschichtungsschicht nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt. Der Zustand der hergestellten Beschichtungsschicht wurde mit einem Rasterelektronenmikroskop, einer Sichtprüfung usw. überprüft. Tabelle 1
    Unterteilung Abstand zwischen erstem Beschichtungselement und zweitem Beschichtungselement Zustand
    Vergleichsbeispiel 2 5 cm Auftreten von Tropfen und Perlen bzw. Kügelchen
    Beispiel 3 7,5 cm Normal
    Beispiel 4 10 cm Normal
    Beispiel 5 12,5 cm Normal
    Beispiel 6 15 cm Normal
    Vergleichsbeispiel 3 17,5 cm Perlen bzw. Kügelchen traten auf
  • Wie in Tabelle 1 gezeigt, war der Zustand einer Beschichtungsschicht aufgrund des Auftretens von Tropfen und Perlen bzw. Kügelchen nicht gut, wenn der Abstand zwischen einem ersten Beschichtungselement und einem zweiten Beschichtungselement weniger als 6 cm oder weniger als 7,5 cm betrug, und wurden, wenn der Abstand zwischen einem ersten Beschichtungselement und einer zweiten Beschichtungsschicht mehr als 15 cm oder mehr als 17 cm betrug, ebenfalls Perlen bzw. Kügelchen gebildet.
  • Beispiel 7 bis Beispiel 10, Vergleichsbeispiel 4 und Vergleichsbeispiel 5
  • In der gleichen Herstellungsvorrichtung, wie in 3 dargestellt, wurde eine Massespannung an ein zweites Beschichtungselement und eine Spannung, wie in Tabelle 2 gezeigt, an ein erstes Beschichtungselement angelegt, und eine Beschichtungsschicht wurde nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 ausgebildet. Der Zustand der hergestellten Beschichtungsschicht wurde mit Hilfe eines Rasterelektronenmikroskops, einer Sichtprüfung usw. überprüft. Tabelle 2
    Unterteilung An das erste Beschichtungselement angelegte Spannung Zustand
    Vergleichsbeispiel 4 10 kV Auftreten von Tropfen und Ausflockung
    Beispiel 7 13 kV Normal
    Beispiel 8 16 kV Normal
    Beispiel 9 19 kV Normal
    Beispiel 10 22 kV Normal
    Vergleichsbeispiel 5 25 kV Perlen bzw. Kügelchen traten auf
  • Wie in Tabelle 2 gezeigt, war der Zustand einer Beschichtungsschicht aufgrund des Auftretens von Tropfen und Ausflockung nicht gut, wenn die Spannungsdifferenz zwischen einem ersten Beschichtungselement und einem zweiten Beschichtungselement weniger als 12 kV oder weniger als 14 kV betrug, und wurden, wenn die Spannungsdifferenz mehr als 22 kV oder mehr als 24 kV betrug, Perlen bzw. Kügelchen gebildet.
  • Während wie oben beschrieben das Versuchsbeispiel und die beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung speziell beschrieben wurden, ist der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht auf das oben offenbarte Versuchsbeispiel und die Ausführungsformen beschränkt, und zahlreiche Modifikationen und Verbesserungen der Fachleute auf dem Gebiet, welche das Grundkonzept der vorliegenden Erfindung nutzen, welches in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, sind auch in den Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung aufweisen.

Claims (20)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Anode (200) für eine Festkörperbatterie, aufweisend: Bereitstellen eines ersten Beschichtungselements (30) und eines zweiten Beschichtungselements (40), welches von dem ersten Beschichtungselement (30) in einen vorbestimmten Abstand angeordnet ist, Bereitstellen einer Beschichtungsschlämme (10), wobei die Beschichtungsschlämme (10) ein Kohlenstoffmaterial und ein mit Lithium legierungsfähig Metall enthält, Befördern der Beschichtungsschlämme (10) an das erste Beschichtungselement (30), Befördern eines Stromkollektors (210) an einen Spalt zwischen dem ersten Beschichtungselement (30) und dem zweiten Beschichtungselement (40), und Auftragen der Beschichtungsschlämme (10) auf den Stromkollektor (210) unter Verwendung eines elektrischen Feldes, welches zwischen dem ersten Beschichtungselement (30) und dem zweiten Beschichtungselement (40) durch Anlegen von Spannungen an das erste Beschichtungselement (30) und das zweite Beschichtungselement (40) erzeugt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das zweite Beschichtungselement (40) oberhalb des ersten Beschichtungselements (30) angeordnet ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Abstand zwischen dem ersten Beschichtungselement und dem zweiten Beschichtungselement etwa 6 cm bis 17 cm beträgt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das erste Beschichtungselement (30) eine drehbar installierte Beschichtungswalze ist, und wobei die Beschichtungswalze oberhalb eines Behälters (20), in welchem die Beschichtungsschlämme (10) untergebracht ist, angeordnet ist und die Beschichtungswalze so eingerichtet ist, dass die Beschichtungsschlämme (10) durch Drehen der Beschichtungswalze an einer Oberfläche der Beschichtungswalze angebracht wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Stromkollektor (210) kontinuierlich zwischen das erste Beschichtungselement (30) und das zweite Beschichtungselement (40) mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,5 m/min bis 0,8 m/min befördert wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Stromkollektor (210) auf eine Walze-zu-Walze-Weise befördert wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Spannungen an das erste Beschichtungselement (30) und an das zweite Beschichtungselement (40) angelegt werden, so dass die Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Beschichtungselement (30) und dem zweiten Beschichtungselement (40) im Bereich von etwa 14 kV bis etwa 24 kV liegt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Massespannung an das zweite Beschichtungselement (40) angelegt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Beschichtungsschlämme (10) auf dem Stromkollektor (210) als Beschichtung aufgetragen wird, indem sie sich in einer der Schwerkraft entgegengesetzten Richtung vom ersten Beschichtungselement (30) aus bewegt.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Beladungsmenge der auf den Stromkollektor (210) aufgetragenen Beschichtungsschlämme (10) etwa 0,8 mg/cm2 bis 1,0 mg/cm2 beträgt.
  11. Vorrichtung zur Herstellung einer Anode (200) für eine Festkörperbatterie, aufweisend: einen Behälter (20), in dem eine Beschichtungsschlämme (10), welche ein Kohlenstoffmaterial und ein mit Lithium legierungsfähiges Metall enthält, untergebracht ist, ein erstes Beschichtungselement (30), welches oberhalb des Behälters (20) installiert ist und eine Oberfläche mit einem vorbestimmten Bereich, an welchem die Beschichtungsschlämme (10) angebracht wird, aufweist, ein zweites Beschichtungselement (40), welches von dem ersten Beschichtungselement (30) in einen vorbestimmten Abstand angeordnet ist, eine Transfereinheit (50), welche dazu eingerichtet ist, einen Stromkollektor (210) an einen Spalt zwischen dem ersten Beschichtungselement (30) und dem zweiten Beschichtungselement (40) zu befördern, und ein Leistungsbauteil (60), welches mit dem ersten Beschichtungselement (30) und dem zweiten Beschichtungselement (40) verbunden ist und dazu eingerichtet ist, ein elektrisches Feld zwischen dem ersten Beschichtungselement (30) und dem zweiten Beschichtungselement (40) durch Anlegen von Spannungen an das erste Beschichtungselement (30) und das zweite Beschichtungselement (40) zu erzeugen, wobei die an der Oberfläche des ersten Beschichtungselements (30) angebrachte Beschichtungsschlämme (10) durch das elektrische Feld auf den Stromkollektor (210) aufgetragen wird.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das zweite Beschichtungselement (40) oberhalb des ersten Beschichtungselements (30) angeordnet ist, und der Abstand zwischen dem ersten Beschichtungselement (30) und dem zweiten Beschichtungselement (40) etwa 6 cm bis 17 cm beträgt.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, wobei mindestens eines von dem ersten Beschichtungselement (30) und dem zweiten Beschichtungselement (40) so installiert ist, dass es in einer Auf- und Abwärtsrichtung bewegbar ist.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das erste Beschichtungselement (30) eine drehbar installierte Beschichtungswalze ist, und die Beschichtungsschlämme (10) an der Oberfläche des ersten Beschichtungselements (30) durch die über dem Behälter (20) gedrehte Beschichtungswalze angebracht ist.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Beschichtungswalze mindestens eine Rille (32) auf ihrer Oberfläche aufweist, wobei die Rille (32) eine vorbestimmte Breite hat.
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei die Transfereinheit (50) Transferwalzen aufweist, welche jeweils auf einer Einlassseite und einer Auslassseite des ersten und zweiten Beschichtungselements (30, 40) installiert sind.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei die Transfereinheit (50) dazu eingerichtet ist, den Stromkollektor (210) mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,5 m/min bis 0,8 m/min in den Spalt zwischen dem ersten Beschichtungselement (30) und dem zweiten Beschichtungselement (40) zu befördern.
  18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, wobei das Leistungsbauteil (60) dazu eingerichtet ist, die Spannungen an das erste Beschichtungselement (30) und das zweite Beschichtungselement (40) anzulegen, so dass eine Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Beschichtungselement (30) und dem zweiten Beschichtungselement (40) etwa 14 kV bis 24 kV beträgt.
  19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, wobei das Leistungsbauteil (60) so eingerichtet ist, dass es eine Massespannung an das zweite Beschichtungselement (40) anlegt.
  20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 19, wobei die Beschichtungsschlämme (10) auf den Stromkollektor (210) als Beschichtung aufgetragen wird, indem sie sich in einer der Schwerkraft entgegengesetzten Richtung vom ersten Beschichtungselement (30) aus bewegt.
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