DE102022202812A1 - Method for producing an electrode for a solid-state battery, electrode, solid-state battery - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrode (3,4) für eine Feststoffbatterie (1), wobei ein zumindest ein Elektrodenaktivmaterial aufweisender Elektrodenschlicker (12) bereitgestellt wird, und wobei zur Herstellung der Elektrode (3,4) aus dem Elektrodenschlicker (12) eine Elektrodenaktivmaterialschicht (6,9) ausgebildet wird. Es ist vorgesehen, dass ein Elektrodenschlicker (12) verwendet wird, der zusätzlich zu dem Elektrodenaktivmaterial zumindest einen organischen Polymerelektrolyt und/oder polymerisierbare Monomere für zumindest einen organischen Polymerelektrolyt aufweist.The invention relates to a method for producing an electrode (3,4) for a solid-state battery (1), wherein an electrode slip (12) having at least one electrode active material is provided, and wherein for producing the electrode (3,4) from the electrode slip (12 ) an electrode active material layer (6,9) is formed. It is envisaged that an electrode slip (12) is used which, in addition to the electrode active material, has at least one organic polymer electrolyte and/or polymerizable monomers for at least one organic polymer electrolyte.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrode für eine Feststoffbatterie, wobei ein zumindest ein Elektrodenaktivmaterial aufweisender Elektrodenschlicker bereitgestellt wird, und wobei zur Herstellung der Elektrode aus dem Elektrodenschlicker eine Elektrodenaktivmaterialschicht ausgebildet wird.The invention relates to a method for producing an electrode for a solid-state battery, wherein an electrode slip having at least one electrode active material is provided, and wherein an electrode active material layer is formed from the electrode slip to produce the electrode.
Außerdem betrifft die Erfindung eine Elektrode.The invention also relates to an electrode.
Ferner betrifft die Erfindung eine Feststoffbatterie.The invention further relates to a solid-state battery.
Elektrische Energiespeicher gelten heutzutage insbesondere in der Elektromobilität als Schlüsseltechnologie. Ziel aktueller Entwicklungen ist es, elektrische Energiespeicher beispielsweise hinsichtlich der Herstellungskosten, des Gewichts, der Energiedichte, der Lebensdauer und der Ladegeschwindigkeit zu optimieren.Electrical energy storage is now considered a key technology, particularly in electromobility. The aim of current developments is to optimize electrical energy storage systems, for example in terms of manufacturing costs, weight, energy density, service life and charging speed.
Ein elektrischer Energiespeicher weist als Elektroden zumindest eine positive Elektrode beziehungsweise Kathode und zumindest eine negative Elektrode beziehungsweise Anode auf. Die Elektroden weisen dabei typischerweise eine Elektrodenaktivmaterialschicht mit zumindest einem Elektrodenaktivmaterial auf. Aus dem Stand der Technik sind sogenannte Feststoffbatterien bekannt, die auch als Festkörperakkumulator oder Festkörperbatterie bezeichnet werden. Es handelt sich dabei um eine spezielle Bauform von elektrischen Energiespeichern, bei der die Elektroden und auch der Elektrolyt aus festem Material ausgeführt sind. Im Hinblick auf den Elektrolyt werden in Feststoffbatterien verschiedene Materialklassen eingesetzt: sulfidische Elektrolyte, oxidische Elektrolyte oder organische Polymerelektrolyte. Bei der Herstellung einer Elektrode für eine Feststoffbatterie mit einem organischen Polymerelektrolyt wird typischerweise derart vorgegangen, dass zunächst ein zumindest ein Elektrodenaktivmaterial aufweisender Elektrodenschlicker bereitgestellt wird. Zur Herstellung der Elektrode wird dann aus dem Elektrodenschlicker eine Elektrodenaktivmaterialschicht ausgebildet. Bei vorbekannten Verfahren wird die Elektrodenaktivmaterialschicht in der Regel anschließend getrocknet und dann mit einer den organischen Polymerelektrolyt aufweisenden Flüssigkeit imprägniert, was oftmals bei erhöhten Temperaturen stattfindet. Aufgrund der Imprägnierung ist die Herstellung der Elektrode zeitintensiv. Aufgrund der Trocknung der Elektrodenaktivmaterialschicht ist zudem die Verwendung von temperaturempfindlichen Additiven eingeschränkt. Aus der Offenlegungsschrift
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für eine Feststoffbatterie mit einem organischen Polymerelektrolyt dahingehend zu verbessern, dass der Zeitaufwand für die Herstellung der Elektrode verringert wird.The invention is based on the object of improving a method for producing an electrode for a solid-state battery with an organic polymer electrolyte in such a way that the time required to produce the electrode is reduced.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dieses hat den Vorteil, dass eine Imprägnierung der Elektrodenaktivmaterialschicht mit dem organischen Polymerelektrolyt nicht notwendig ist. Dieser Verfahrensschritt kann entsprechend ausgelassen werden, was bei der Herstellung der Elektrode zu einer Zeitersparnis führt. Erfindungsgemäß ist hierzu vorgesehen, dass ein Elektrodenschlicker verwendet wird, der zusätzlich zu dem Elektrodenaktivmaterial zumindest einen organischen Polymerelektrolyt und/oder polymerisierbare Monomere für zumindest einen organischen Polymerelektrolyt aufweist. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es grundsätzlich möglich ist, den organischen Polymerelektrolyt bereits als Bestandteil des Elektrodenschlickers der Elektrodenaktivmaterialschicht zuzuführen. Dabei werden der organische Polymerelektrolyt selbst und/oder polymerisierbare Monomere für den Polymerelektrolyt zu dem Elektrodenschlicker hinzugegeben. Aus diesem Elektrodenschlicker wird dann die Elektrodenaktivmaterialschicht ausgebildet, sodass die Elektrodenaktivmaterialschicht bereits den organischen Polymerelektrolyt beziehungsweise die Monomere für den organischen Polymerelektrolyt aufweist. Durch diese Vorgehensweise kann auch eine Elektrodenaktivmaterialschicht mit einer großen Schichtdicke schnell realisiert werden. Ein organischer Polymerelektrolyt ist ein Polymer beziehungsweise Makromolekül, das dazu ausgebildet ist, ein zu leitendes Ion eines Leitsalzes zu komplexieren, um dadurch eine Leitung des Ions zu ermöglichen. Vorzugsweise weist eine Hauptkette und/oder eine Nebenkette des Polymers Sauerstoff-, Stickstoff-, Phosphor- und/oder Schwefel-Gruppen auf, um durch diese Gruppen das zu leitende Ion zu komplexieren. Je nach Zellchemie ist das zu leitende Ion unterschiedlich. Beispielsweise ist das zu leitende Ion in Lithium-Ionen-Zellen das Lithium-Ion und in Natrium-Ionen-Zellen das Natrium-Ion. Vorzugsweise wird ein Elektrodenschlicker verwendet, der zusätzlich zu dem Elektrodenaktivmaterial und dem organischen Polymerelektrolyt und/oder den polymerisierbaren Monomeren auch zumindest ein Leitsalz aufweist. Es wird also auch das Leitsalz bereits durch den Elektrodenschlicker in die Elektrodenaktivmaterialschicht eingebracht. Vorzugsweise wird durch das Verfahren eine als Lithium-Ionen-Zelle ausgebildete Feststoffbatterie hergestellt. Soll durch das Verfahren eine Anode für eine Lithium-Ionen-Zelle hergestellt werden, so wird als Elektrodenaktivmaterial vorzugsweise Graphit, Silizium, ein Gemisch aus Graphit und Silizium-haltigen Materialien oder Lithium-Titanat verwendet. Soll durch das Verfahren eine Kathode für eine Lithium-Ionen-Zelle hergestellt werden, so wird als Elektrodenaktivmaterial vorzugsweise ein Lithium-Übergangsmetalloxid wie beispielsweise NMC, Lithium-reiches NMC oder LMNO, Lithiumeisenphosphat oder Lithiummanganphosphat verwendet. Als Leitsalz wird vorzugsweise ein Leitsalz aus der Gruppe umfassend LiAsF6, LiClO4, LiSbF6, LiPtCl6, LiAlCl4, LiGaCl4, LiSCN, LiAlO4, LiCF3CF2SO3, Li(CF3)SO3 (LiTf), LiC(SO2CF3)3, phosphatbasierte Lithiumsalze, vorzugsweise LiPF6, LiPF3(CF3)3 (LiFAP) oder LiPF4(C2O4) (LiTFOB), boratbasierte Lithiumsalze, vorzugsweise LiBF4, LiB(C2O4)2 (LiBOB), LiBF2(C2O4) (LiDFOB), LiB(C2O4)(C3O4) (LiMOB), Li(C2F5BF3) (LiFAB) oder Li2B12F12 (LiDFB), Lithium-Salze von Sulfonylimiden, vorzugsweise LiN(SO2CF3)2 (LiTFSI), LiN(SO2F2) (LiFSI) oder LiN(SO2C2F5)2 (LiBETI), oder eine Mischung daraus verwendet. Vorzugsweise ist die Konzentration des Lithiumsalzes in dem organischen Polymerelektrolyt größer oder gleich 0,5 M bis kleiner oder gleich 2,5 M, vorzugsweise größer oder gleich 0,65 M bis kleiner oder gleich 2 M, bevorzugt größer oder gleich 0,8 M bis kleiner oder gleich 1,5 M, besonders bevorzugt größer oder gleich 0,9 M bis kleiner oder gleich 1,5 M. Vorzugsweise weist der Elektrodenschlicker zusätzlich zu dem organischen Polymerelektrolyt einen keramischen oder glaskeramischen Feststoffelektrolyt auf.The object on which the invention is based is achieved by a method with the features of
Vorzugsweise wird ein organischer Polymerelektrolyt verwendet aus der Gruppe umfassend Polyethylenoxid, Polyethylenglykol, Polyphosphazene, Polysiloxane, Polysulfone, Polyphosphonate, Polysulfide, Thioether sowie deren Mischungen. Durch die Verwendung eines oder mehrerer dieser organischen Polymerelektrolyten kann eine Elektrodenaktivmaterialschicht mit einer ausreichend hohen ionischen Leitfähigkeit erhalten werden. Beim Einsatz von polymerisierbaren Monomeren, so werden vorzugsweise polymerisierbare Monomere für einen organischen Polymerelektrolyt aus der Gruppe umfassend Polyethylenoxid, Polyethylenglykol, Polyphosphazene, Polysiloxane, Polysulfone, Polyphosphonate, Polysulfide, Thioether sowie deren Mischungen verwendet.An organic polymer electrolyte is preferably used from the group comprising polyethylene oxide, polyethylene glycol, polyphosphazenes, polysiloxanes, polysulfones, polyphosphonates, polysulfides, thioethers and mixtures thereof. By using one or more of these organic polymer electrolytes, an electrode active material layer with a sufficiently high ionic conductivity can be obtained. When using polymerizable monomers, polymerizable monomers for an organic polymer electrolyte from the group comprising polyethylene oxide, polyethylene glycol, polyphosphazenes, polysiloxanes, polysulfones, polyphosphonates, polysulfides, thioethers and mixtures thereof are preferably used.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Volumenanteil an organischem Polymerelektrolyt oder an polymerisierbaren Monomeren in dem Elektrodenschlicker bezogen auf das Gesamtvolumen des Elektrodenschlickers 10vol% bis 40vol% beträgt. Durch einen derartigen Volumenanteil kann in der fertigen Elektrode eine vorteilhafte Leitung von zu leitenden Ionen erreicht werden. Zudem wird bei einem derartigen Volumenanteil durch den organischen Polymerelektrolyt auch eine vorteilhafte Bindungswirkung erzielt, sodass der Anteil eines sonst vorhandenen polymeren Bindemittels zumindest verringert werden kann. Vorzugsweise ist der Elektrodenschlicker abgesehen von dem organischen Polymerelektrolyt polymerfrei.According to a preferred embodiment, it is provided that the volume fraction of organic polymer electrolyte or polymerizable monomers in the electrode slip, based on the total volume of the electrode slip, is 10% by volume to 40% by volume. With such a volume fraction, advantageous conduction of ions to be conducted can be achieved in the finished electrode. In addition, with such a volume fraction, the organic polymer electrolyte also achieves an advantageous binding effect, so that the proportion of a polymeric binder that would otherwise be present can at least be reduced. Preferably, the electrode slip is polymer-free apart from the organic polymer electrolyte.
Vorzugsweise wird ein Elektrodenschlicker verwendet, der zumindest ein Elektrolytlösemittel aufweist. Ein Elektrolytlösemittel ist ein Lösemittel, das zur Anwendung in einem flüssigen Elektrolyt eines elektrischen Energiespeichers geeignet ist. Weil als Lösemittel ein Elektrolytlösemittel verwendet wird, muss das Lösemittel nicht zwangsläufig vor dem Einbau der Elektrode in die Feststoffbatterie vollständig aus der Elektrodenaktivmaterialschicht entfernt werden. Vorzugsweise wird als Elektrolytlösemittel ein organisches Lösemittel verwendet aus der Gruppe umfassend Ethylencarbonat, Propylencarbonat, Diethylcarbonat, Dimethylcarbonat, Ethylmethylcarbonat, Ethylpropionat, Propylpropionat, Acetonitril, Glutaronitril, Adiponitril, Pimelonitril, gamma-Butyrolacton, gamma-Valerolacton, Dimethoxyethan, 1,3-Dioxalan, Methylacetat und/oder eine Mischung davon. Bevorzugt wird als Elektrolytlösemittel zumindest ein organisches Lösemittel verwendet aus der Gruppe umfassend cyclische Carbonate wie Ethylencarbonat und Propylencarbonat und/oder lineare Carbonate wie Diethylcarbonat, Dimethylcarbonat und Ethylmethylcarbonat. Besonders bevorzugt wird als Elektrolytlösemittel zumindest ein organisches Lösemittel verwendet aus der Gruppe umfassend Ethylencarbonat, Diethylcarbonat, Dimethylcarbonat, Ethylmethylcarbonat und/oder deren Mischungen. Weitere bevorzugte Elektrolytlösemittel sind zudem ionische Flüssigkeiten, da diese eine hohe thermische wie elektrochemische Stabilität mit einer hohen ionischen Leitfähigkeit vereinen. Die bevorzugt als Elektrolytlösemittel verwendeten ionischen Flüssigkeiten umfassen ein Kation ausgewählt aus der Gruppe umfassend 1-Ethyl-3-methylimidazolium (EMI+), 1,2-Dimethyl-3-propylimidazolium (DMPI+), 1,2-Diethyl-3,5-dimethylimidazolium (DEDMI+), Trimethyl-n-hexylammonium (TMHA+), N-alkyl-N-methylpyrrolidinium (PYR1R+), N-alkyl-N-methylpiperidinium (PIP1 R+) und/oder N-alkyl-N-methylmorpholinium (MORP1 R+) und ein Anion ausgewählt aus der Gruppe umfassend Bis(trifluormethansulfonyl)imid (TFSI-), Bis(pentafluorethansulfonyl)imid (BETI-), Bis(fluorsulfonyl)imid (FSI-), 2,2,2-Trifluor-N-(trifluormethansulfonyl)acetamid (TSAC-), Tetrafluorborat (BF4-), Pentafluorethanetrifluoroborate (C2F5BF3-), Hexafluorphosphat (PF6-) und/oder Tri(pentafluorethan)trifluorphosphat ((C2F5)3PF3-). Bevorzugte N-alkyl-N-methylpyrrolidinium (PYR1 R+) Kationen sind ausgewählt aus der Gruppe umfassend N-butyl-N-methylpyrrolidinium (PYR14+) und N-methyl-N-propylpyrrolidinium (PYR13+). Besonders bevorzugt wird als Elektrolytlösemittel eine ionische Flüssigkeit verwendet aus der Gruppe umfassend N-butyl-N-methylpyrrolidiniumbis(trifluoromethansulfonyl)imid (PYR14TFSI) und N-methyl-N-propylpyrrolidiniumbis(trifluoromethansulfonyl)imid (PYR13TFSI).An electrode slip which has at least one electrolyte solvent is preferably used. An electrolyte solvent is a solvent that is suitable for use in a liquid electrolyte of an electrical energy storage device. Because an electrolyte solvent is used as the solvent, the solvent does not necessarily have to be completely removed from the electrode active material layer before the electrode is installed in the solid-state battery. The electrolyte solvent used is preferably an organic solvent from the group comprising ethylene carbonate, propylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, ethyl propionate, propyl propionate, acetonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, pimelonitrile, gamma-butyrolactone, gamma-valerolactone, dimethoxyethane, 1,3-dioxalane, Methyl acetate and/or a mixture thereof. At least one organic solvent from the group comprising cyclic carbonates such as ethylene carbonate and propylene carbonate and/or linear carbonates such as diethyl carbonate, dimethyl carbonate and ethyl methyl carbonate is preferably used as the electrolyte solvent. Particular preference is given to using at least one organic solvent from the group comprising ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate and/or mixtures thereof as the electrolyte solvent. Other preferred electrolyte solvents are ionic liquids, as these combine high thermal and electrochemical stability with high ionic conductivity. The ionic liquids preferably used as electrolyte solvents comprise a cation selected from the group comprising 1-ethyl-3-methylimidazolium (EMI+), 1,2-dimethyl-3-propylimidazolium (DMPI+), 1,2-diethyl-3,5-dimethylimidazolium (DEDMI+), trimethyl-n-hexylammonium (TMHA+), N-alkyl-N-methylpyrrolidinium (PYR1R+), N-alkyl-N-methylpiperidinium (PIP1 R+) and/or N-alkyl-N-methylmorpholinium (MORP1 R+) and an anion selected from the group comprising bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (TFSI-), bis(pentafluoromethanesulfonyl)imide (BETI-), bis(fluorosulfonyl)imide (FSI-), 2,2,2-trifluoro-N-(trifluoromethanesulfonyl) acetamide (TSAC-), tetrafluoroborate (BF4-), pentafluoroethanetrifluoroborates (C2F5BF3-), hexafluorophosphate (PF6-) and/or tri(pentafluoroethane) trifluorophosphate ((C2F5)3PF3-). Preferred N-alkyl-N-methylpyrrolidinium (PYR1 R+) cations are selected from the group comprising N-butyl-N-methylpyrrolidinium (PYR14+) and N-methyl-N-propylpyrrolidinium (PYR13+). An ionic liquid from the group comprising N-butyl-N-methylpyrrolidiniumbis(trifluoromethanesulfonyl)imide (PYR14TFSI) and N-methyl-N-propylpyrrolidiniumbis(trifluoromethanesulfonyl)imide (PYR13TFSI) is particularly preferably used as the electrolyte solvent.
Vorzugsweise beträgt der Massenanteil an Elektrolytlösemittel in dem Elektrodenschlicker bezogen auf die Gesamtmasse des Elektrodenschlickers zwischen 5% und 50%. Hierdurch wird ein Elektrodenschlicker mit einer guten Verarbeitbarkeit erhalten. Besonders bevorzugt beträgt der Massenanteil zwischen 10% und 30%. Bei einem derart geringen Massenanteil muss höchstens eine geringe Menge an Elektrolytlösemittel nach dem Ausbilden der Elektrodenaktivmaterialschicht aus der Elektrodenaktivmaterialschicht entfernt werden.The mass fraction of electrolyte solvent in the electrode slip, based on the total mass of the electrode slip, is preferably between 5% and 50%. This results in an electrode slip with good processability. The mass fraction is particularly preferably between 10% and 30%. With such a low mass fraction, at most a small amount of electrolyte solvent must be removed from the electrode active material layer after the electrode active material layer has been formed.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein Elektrodenschlicker mit einem thixotropen Verhalten verwendet wird. Der Elektrodenschlicker ist also derart zusammengesetzt, dass er thixotrop ist. Insbesondere wird das thixotrope Verhalten des Elektrodenschlickers durch einen geeigneten Massenanteil des in dem Elektrodenschlicker enthaltenen organischen Polymerelektrolyten bewirkt. Eine Zusammensetzung mit einem thixotropen Verhalten zeichnet sich dadurch aus, dass die Viskosität der Zusammensetzung unter Einwirkung einer Scherkraft sinkt. Zudem steigt bei einer Zusammensetzung mit einem thixotropen Verhalten die Viskosität nach einiger Zeit der Ruhe wieder an. Ein Elektrodenschlicker mit einem thixotropen Verhalten hat demzufolge den Vorteil, dass sich der Elektrodenschlicker leicht verarbeiten lässt, weil die Viskosität des Elektrodenschlickers beim Rühren des Elektrodenschlickers sinkt. Ist die Elektrodenaktivmaterialschicht ausgebildet, so hat der Elektrodenschlicker mit dem thixotropen Verhalten zudem den Vorteil, dass seine Viskosität wieder steigt, sodass ein Wegfließen des Elektrodenschlickers vermieden wird. Insbesondere ist der Elektrodenschlicker in Ruhe standfest. Schließlich hat die Verwendung eines Elektrodenschlickers mit einem thixotropen Verhalten den Vorteil, dass höchstens eine geringfügige Trocknung der ausgebildeten Elektrodenaktivmaterialschicht notwendig ist, um eine ausreichend viskose Elektrodenaktivmaterialschicht zu erhalten. Vorzugsweise wird ein Elektrodenschlicker verwendet, der unter Einwirkung einer Scherkraft eine Viskosität von 100 mPas bis 50.000 mPas, besonders bevorzugt eine Scherkraft von 500 mPas bis 25.000 mPas, aufweist und in Ruhe eine Viskosität von mehr als 10^6 mPas.According to a preferred embodiment, it is provided that an electrode slip with thixotropic behavior is used. The electrode slip is composed in such a way that it is thixotropic. In particular, the thixotropic behavior of the electrode slip is brought about by a suitable mass fraction of the organic polymer electrolyte contained in the electrode slip. A composition with thixotropic behavior is characterized by the fact that the viscosity of the composition decreases under the influence of a shear force. In addition, with a composition with thixotropic behavior, the viscosity increases again after some time of rest. An electrode slip with thixotropic behavior therefore has the advantage that the electrode slip is easy to process because the viscosity of the electrode slip decreases when the electrode slip is stirred. If the electrode active material layer is formed, the electrode slip with the thixotropic behavior also has the advantage that its viscosity increases again, so that the electrode slip is prevented from flowing away. In particular, the electrode slip is stable at rest. Finally, the use of an electrode slip with thixotropic behavior has the advantage that at most a slight drying of the formed electrode active material layer is necessary in order to obtain a sufficiently viscous electrode active material layer. An electrode slip is preferably used which, under the action of a shear force, has a viscosity of 100 mPas to 50,000 mPas, particularly preferably a shear force of 500 mPas to 25,000 mPas, and at rest a viscosity of more than 10^6 mPas.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Elektrodenschlicker einen organischen Polymerelektrolyt aufweist, und dass der organische Polymerelektrolyt nach Ausbilden der Elektrodenaktivmaterialschicht nachvernetzt wird. Vorzugsweise wird der Polymerelektrolyt durch einen in dem Elektrodenschlicker enthaltenen Vernetzungsstarter nachvernetzt. Als Vernetzungsstarter wird besonders bevorzugt eine Azoverbindung, insbesondere Azo-bis-(isobutyronitril) (AIBN), oder ein Peroxid verwendet, insbesondere Dibenzoylperoxid (DBPO) oder ein Peroxidsulfat. Durch das Nachvernetzen des Polymerelektrolyten kann die Viskosität des Elektrodenschlickers nach Ausbilden der Elektrodenaktivmaterialschicht unabhängig von einer Trocknung der Elektrodenaktivmaterialschicht gesteigert werden. Eine Trocknung der Elektrodenaktivmaterialschicht ist deshalb nicht oder nur in geringem Umfang notwendig.According to a preferred embodiment, it is provided that the electrode slip has an organic polymer electrolyte and that the organic polymer electrolyte is post-crosslinked after the electrode active material layer has been formed. Preferably, the polymer electrolyte is post-crosslinked by a crosslinking starter contained in the electrode slip. An azo compound, in particular azo-bis-(isobutyronitrile) (AIBN), or a peroxide, in particular dibenzoyl peroxide (DBPO) or a peroxide sulfate, is particularly preferably used as the crosslinking initiator. By post-crosslinking the polymer electrolyte, the viscosity of the electrode slip can be increased after the electrode active material layer has been formed, regardless of drying of the electrode active material layer. Drying of the electrode active material layer is therefore not necessary or only necessary to a small extent.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Elektrodenaktivmaterialschicht für eine Trocknungsdauer von höchstens 1 min getrocknet wird. Die Elektrodenaktivmaterialschicht wird also höchstens für eine Trocknungsdauer von 1 min einer erhöhten Trocknungstemperatur ausgesetzt, insbesondere einer Trocknungstemperatur von 120 °C. Diese vergleichsweise kurze Trocknungsdauer ermöglicht es, dem Elektrodenschlicker auch thermisch instabile Additive beizumischen, wie beispielsweise Elektrolytadditive. Aufgrund der kurzen Trocknungsdauer werden die thermisch instabilen Additive höchstens geringfügig zersetzt. Bevorzugt ist die Trocknungsdauer höchstens 30 s, besonders bevorzugt höchstens 20 s. Vorzugsweise wird ein Elektrodenschlicker verwendet, der zumindest ein Additiv aufweist aus der Gruppe umfassend Redox-Schutzmittel, Brandschutzmittel, SEI-Bildner und CEI-Bildner.According to a preferred embodiment, it is provided that the electrode active material layer is dried for a drying time of at most 1 minute. The electrode active material layer is therefore exposed to an increased drying temperature, in particular a drying temperature of 120 ° C, for a maximum drying time of 1 minute. This comparatively short drying time makes it possible to add thermally unstable additives, such as electrolyte additives, to the electrode slip. Due to the short drying time, the thermally unstable additives are only slightly decomposed. The drying time is preferably at most 30 s, particularly preferably at most 20 s. An electrode slip is preferably used which has at least one additive from the group comprising redox protective agents, fire retardants, SEI formers and CEI formers.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Elektrodenschlicker polymerisierbare Monomere für zumindest einen organischen Polymerelektrolyt aufweist, und dass die Monomere nach Ausbilden der Elektrodenaktivmaterialschicht zur Ausbildung des organischen Polymerelektrolyts polymerisiert werden. Bei dieser Ausführungsform des Verfahrens wird der organische Polymerelektrolyt also erst nach Ausbilden der Elektrodenaktivmaterialschicht durch Polymerisieren der Monomere erhalten. Durch diese Vorgehensweise kann der Massenanteil an Lösemittel beziehungsweise Elektrolytlösemittel in dem Elektrodenschlicker verringert werden. Vorzugsweise sind die in dem Elektrodenschlicker verwendeten Monomere flüssig. Besonders bevorzugt weist der Elektrodenschlicker abgesehen von den flüssigen Monomeren keine flüssigen Bestandteile auf. Vorzugsweise wird die Polymerisation der Monomere durch einen Temperaturimpuls oder durch UV-Strahlung initiiert. According to a preferred embodiment, it is provided that the electrode slip has polymerizable monomers for at least one organic polymer electrolyte, and that the monomers are polymerized after forming the electrode active material layer to form the organic polymer electrolyte. In this embodiment of the method, the organic polymer electrolyte is only obtained after the electrode active material layer has been formed by polymerizing the monomers. This procedure allows the mass fraction of solvent or electrolyte solvent in the electrode slip to be reduced. The monomers used in the electrode slip are preferably liquid. Particularly preferably, the electrode slip has no liquid components apart from the liquid monomers. The polymerization of the monomers is preferably initiated by a temperature pulse or by UV radiation.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein Stromsammler bereitgestellt wird, und dass der Elektrodenschlicker als Elektrodenaktivmaterialschicht auf den Stromsammler aufgetragen wird. Hierdurch kann eine mechanisch robuste Elektrode erhalten werden. Wird durch das Verfahren eine positive Elektrode beziehungsweise Kathode hergestellt, so wird als Stromsammler vorzugsweise eine Aluminiumfolie verwendet. Wird durch das Verfahren jedoch eine negative Elektrode beziehungsweise Anode hergestellt, so wird bei Herstellung einer Anode für eine Lithium-Ionen-Zelle als Stromsammler vorzugsweise eine Kupferfolie verwendet und bei Herstellung einer Anode für eine Natrium-Ionen-Zelle eine Aluminiumfolie.According to a preferred embodiment, it is provided that a current collector is provided and that the electrode slip is applied to the current collector as an electrode active material layer. This makes it possible to obtain a mechanically robust electrode. If the process produces a positive electrode or cathode, aluminum foil is preferably used as the current collector. However, if a negative electrode or anode is produced by the method, a copper foil is preferably used as a current collector when producing an anode for a lithium-ion cell and an aluminum foil is preferably used when producing an anode for a sodium-ion cell.
Vorzugsweise wird der Elektrodenschlicker beidseitig auf den Stromsammler aufgetragen. Es wird also auf voneinander abgewandten Stirnflächen des Stromsammlers jeweils eine Elektrodenaktivmaterialschicht ausgebildet. Hierdurch wird eine Elektrode mit einer hohen Kapazität erhalten. Verfahrenstechnisch ist eine derartige Vorgehensweise möglich, weil der Elektrodenschlicker aufgrund des organischen Polymerelektrolyten hierzu geeignete rheologische Eigenschaften aufweist.The electrode slip is preferably applied to both sides of the current collector. An electrode active material layer is therefore formed on end faces of the current collector facing away from one another. This results in an electrode with a high capacity. In terms of process engineering, such an approach is possible because the electrode slip has suitable rheological properties due to the organic polymer electrolyte.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass auf der Elektrodenaktivmaterialschicht eine Haftschicht ausgebildet wird. Durch die Haftschicht kann die Anhaftung der Elektrode an einem Separator der Feststoffbatterie verbessert werden. Vorzugsweise wird zur Ausbildung der Haftschicht eine Lösung mit zumindest einem polymeren Bindemittel auf die Elektrodenaktivmaterialschicht aufgebracht.According to a preferred embodiment, it is provided that an adhesive layer is formed on the electrode active material layer. The adhesion of the electrode to a separator of the solid-state battery can be improved by the adhesive layer. To form the adhesive layer, a solution containing at least one polymeric binder is preferably applied to the electrode active material layer.
Die erfindungsgemäße Elektrode zeichnet sich mit den Merkmalen des Anspruchs 13 durch die Herstellung der Elektrode mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens aus. Auch daraus ergeben sich die bereits genannten Vorteile. Weitere bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen.The electrode according to the invention is characterized by the features of
Vorzugsweise ist die Elektrodenaktivmaterialschicht der Elektrode abgesehen von dem organischen Polymerelektrolyt polymerfrei.Preferably, the electrode active material layer of the electrode is polymer-free apart from the organic polymer electrolyte.
Die erfindungsgemäße Feststoffbatterie zeichnet sich mit den Merkmalen des Anspruchs 15 durch zumindest eine erfindungsgemäße ausgebildete Elektrode aus. Auch daraus ergeben sich die bereits genannten Vorteile. Weitere bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen. Vorzugsweise ist die Feststoffbatterie als Lithium-Ionen-Zelle ausgebildet.The solid-state battery according to the invention is characterized by the features of claim 15 by at least one electrode designed according to the invention. This also results in the advantages already mentioned. Further preferred features and combinations of features result from what has been described above and from the claims. The solid-state battery is preferably designed as a lithium-ion cell.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dazu zeigen
-
1 eine Feststoffbatterie in einer schematischen Darstellung und -
2 ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrode der Feststoffbatterie und -
3 ein weiteres Verfahren zum Herstellen der Elektrode.
-
1 a solid-state battery in a schematic representation and -
2 a method for producing an electrode of the solid state battery and -
3 another method for producing the electrode.
Die Kathode 3 weist einen Stromsammler 5 auf, bei dem es sich vorliegend um eine Aluminiumfolie 5 handelt. Auf dem Stromsammler 5 ist eine positive Elektrodenaktivmaterialschicht 6 ausgebildet. Die positive Elektrodenaktivmaterialschicht 6 weist ein positives Elektrodenaktivmaterial wie beispielsweise ein Lithium-Übergangsmetalloxid auf. Die positive Elektrodenaktivmaterialschicht 6 weist außerdem ein Leitsalz auf. Vorzugsweise ist das Leitsalz ein Leitsalz aus der Gruppe umfassend LiAsF6, LiClO4, LiSbF6, LiPtCl6, LiAlCl4, LiGaCl4, LiSCN, LiAlO4, LiCF3CF2SO3, Li(CF3)SO3 (LiTf), LiC(SO2CF3)3, phosphatbasierte Lithiumsalze, vorzugsweise LiPF6, LiPF3(CF3)3 (LiFAP) und LiPF4(C2O4) (LiTFOB), boratbasierte Lithiumsalze, vorzugsweise LiBF4, LiB(C2O4)2 (LiBOB), LiBF2(C2O4) (LiDFOB), LiB(C2O4)(C3O4) (LiMOB), Li(C2F5BF3) (LiFAB) und Li2B12F12 (LiDFB) und Lithium-Salze von Sulfonylimiden, vorzugsweise LiN(SO2CF3)2 (LiTFSI), LiN(SO2F2) (LiFSI) oder LiN(SO2C2F5)2 (LiBETI). Die positive Elektrodenaktivmaterialschicht 6 weist außerdem einen organischen Polymerelektrolyt auf. Der organische Polymerelektrolyt ist dazu ausgebildet, Lithium-Ionen zu komplexieren, um dadurch einen Transport der Lithium-Ionen innerhalb der positiven Elektrodenaktivmaterialschicht 6 zu gewährleisten. Vorzugsweise ist der organische Polymerelektrolyt ein Polymer aus der Gruppe umfassend Polyethylenoxid, Polyethylenglykol, Polyphosphazene, Polysiloxane, Polysulfone, Polyphosphonate, Polysulfide, Thioether sowie deren Mischungen.The
Vorzugsweise weist die positive Elektrodenaktivmaterialschicht 6 zusätzlich zu dem positiven Elektrodenaktivmaterial, dem Leitsalz und dem organischen Polymerelektrolyt noch zumindest eine weitere Substanz auf. Vorliegend weist die positive Elektrodenaktivmaterialschicht 6 außerdem noch zumindest ein Leitadditiv wie beispielsweise Leitruß, Graphen oder Kohlenstoffnanoröhren auf. Vorliegend weist die positive Elektrodenaktivmaterialschicht 6 außerdem noch zumindest ein Elektrolytadditiv wie beispielsweise ein Redox-Schutzmittel, ein Brandschutzmittel, einen SEI-Bildner oder einen CEI-Bildner auf. Vorzugsweise ist die positive Elektrodenaktivmaterialschicht 6 abgesehen von dem organischen Polymerelektrolyt polymerfrei.The positive electrode
Vorzugsweise weist die positive Elektrodenaktivmaterialschicht 6 zusätzlich zu dem positiven Elektrodenaktivmaterial, dem Leitsalz und dem organischen Polymerelektrolyt einen keramischen oder glaskeramischen Feststoffelektrolyt auf. Vorzugsweise beträgt ein Volumenanteil des keramischen oder glaskeramischen Feststoffelektrolyt bezogen auf das Gesamtvolumen der positiven Elektrodenaktivmaterialschicht 6 0,1vol% bis 10vol%, besonders bevorzugt 0,5vol% bis 5vol%. Bevorzugt ist der keramische oder glaskeramische Feststoffelektrolyt ein sulfidischer Feststoffelektrolyt oder ein oxidischer Feststoffelektrolyt. Besonders bevorzugt weist der keramische oder glaskeramische Feststoffelektrolyt anorganische Elektrolytpartikel mit einer NaSICon-Struktur (Natrium-Super-lon-Conductor), insbesondere LATP (Lithium-Aluminium-Titan-Phosphat), LAGP (Lithium-Aluminum-Germanium-Phosphat) oder LAGTP (Lithium-Aluminum-Germanium-Titanium-Phosphat), anorganische Elektrolytpartikel mit einer Granat-Struktur, insbesondere LLZO (Lithium-Lanthanum-Zirkonat), anorganische Elektrolytpartikel mit einer LiSICon-Struktur (Lithium-Super-lon-Conductor) oder anorganische Elektrolytpartikel mit einer Argyrodit-Struktur auf.The positive electrode
Auf der positiven Elektrodenaktivmaterialschicht 6 ist eine Haftschicht 7 ausgebildet. Die Haftschicht 7 weist ein polymeres Bindemittel auf.An
Die Anode 4 weist einen Stromsammler 8 auf, bei dem es sich vorliegend um eine Kupferfolie 8 handelt. Auf dem Stromsammler 8 ist eine negative Elektrodenaktivmaterialschicht 9 ausgebildet. Die negative Elektrodenaktivmaterialschicht 9 weist ein negatives Elektrodenaktivmaterial wie beispielsweise Graphit auf. Die negative Elektrodenaktivmaterialschicht 9 weist außerdem ein Leitsalz auf. Vorzugsweise ist das Leitsalz ein Leitsalz aus der Gruppe umfassend LiAsF6, LiClO4, LiSbF6, LiPtCl6, LiAlCl4, LiGaCl4, LiSCN, LiAlO4, LiCF3CF2SO3, Li(CF3)SO3 (LiTf), LiC(SO2CF3)3, phosphatbasierte Lithiumsalze, vorzugsweise LiPF6, LiPF3(CF3)3 (LiFAP) und LiPF4(C2O4) (LiTFOB), boratbasierte Lithiumsalze, vorzugsweise LiBF4, LiB(C2O4)2 (LiBOB), LiBF2(C2O4) (LiDFOB), LiB(C2O4)(C3O4) (LiMOB), Li(C2F5BF3) (LiFAB) und Li2B12F12 (LiDFB) und Lithium-Salze von Sulfonylimiden, vorzugsweise LiN(SO2CF3)2 (LiTFSI), LiN(SO2F2) (LiFSI) oder LiN(SO2C2F5)2 (LiBETI). Die negative Elektrodenaktivmaterialschicht 9 weist außerdem einen organischen Polymerelektrolyt auf. Der organische Polymerelektrolyt ist dazu ausgebildet, Lithium-Ionen zu komplexieren, um dadurch einen Transport der Lithium-Ionen innerhalb der negativen Elektrodenaktivmaterialschicht 9 zu gewährleisten. Vorzugsweise ist der organische Polymerelektrolyt ein Polymer aus der Gruppe umfassend Polyethylenoxid, Polyethylenglykol, Polyphosphazene, Polysiloxane, Polysulfone, Polyphosphonate, Polysulfide, Thioether sowie deren Mischungen. Vorzugsweise weisen die positive Elektrodenaktivmaterialschicht 6 und die negative Elektrodenaktivmaterialschicht 9 dasselbe Leitsalz und denselben organischen Polymerelektrolyt auf.The anode 4 has a
Vorzugsweise weist die negative Elektrodenaktivmaterialschicht 9 zusätzlich zu dem negativen Elektrodenaktivmaterial, dem Leitsalz und dem organischen Polymerelektrolyt noch zumindest eine weitere Substanz auf. Vorliegend weist die negative Elektrodenaktivmaterialschicht 9 außerdem noch zumindest ein Leitadditiv wie beispielsweise Leitruß, Graphen oder Kohlenstoffnanoröhren auf. Vorliegend weist die Elektrodenaktivmaterialschicht 9 außerdem noch zumindest ein Elektrolytadditiv wie beispielsweise ein Redox-Schutzmittel, ein Brandschutzmittel, einen SEI-Bildner oder einen CEI-Bildner auf. Vorzugsweise ist die negative Elektrodenaktivmaterialschicht 9 abgesehen von dem organischen Polymerelektrolyt polymerfrei. Vorzugsweise weist die negative Elektrodenaktivmaterialschicht 9 zusätzlich einen keramischen oder glaskeramischen Feststoffelektrolyt auf, wie vorstehend mit Bezug auf die positive Elektrodenaktivmaterialschicht 6 beschrieben.The negative electrode
Auf der negativen Elektrodenaktivmaterialschicht 9 ist eine Haftschicht 10 ausgebildet. Die Haftschicht 10 weist ein polymeres Bindemittel auf.An
Die Feststoffbatterie 1 weist außerdem einen Separator 11 auf, der zwischen der Kathode 3 und der Anode 4 angeordnet ist. Vorzugsweise ist der Separator 11 ein Polymerseparator 11 oder ein keramischer Feststoffelektrolyt 11. Die Haftschichten 7 und 10 stehen mit dem Separator 11 in Berührkontakt.The solid-
Im Folgenden wird mit Bezug auf
In einem ersten Schritt S1 wird ein Elektrodenschlicker 12 bereitgestellt. Der Elektrodenschlicker 12 weist die zuvor erwähnten Materialien für die positive Elektrodenaktivmaterialschicht 6 auf, also zumindest das positive Elektrodenaktivmaterial, das Leitsalz und den organischen Polymerelektrolyt. Vorzugsweise weist der Elektrodenschlicker 12 ein thixotropes Verhalten auf. Insofern sinkt die Viskosität des Elektrodenschlickers 12 unter Einwirkung einer Scherkraft und steigt nach einiger Zeit der Ruhe wieder an. Das thixotrope Verhalten des Elektrodenschlickers 12 wird insbesondere durch den organischen Polymerelektrolyt bewirkt. Vorzugsweise weist der Elektrodenschlicker 12 zudem zumindest ein Leitadditiv, zumindest ein Elektrolytadditiv und/oder einen keramischen oder glaskeramischen Feststoffelektrolyt auf. Der Elektrodenschlicker 12 weist außerdem ein Lösemittel 13 auf. Das Lösemittel 13 ist ein Elektrolytlösemittel 13. Vorzugsweise wird als Elektrolytlösemittel 13 ein organisches Lösemittel verwendet aus der Gruppe umfassend Ethylencarbonat, Propylencarbonat, Diethylcarbonat, Dimethylcarbonat, Ethylmethylcarbonat, Ethylpropionat, Propylpropionat, Acetonitril, Glutaronitril, Adiponitril, Pimelonitril, gamma-Butyrolacton, gamma-Valerolacton, Dimethoxyethan, 1,3-Dioxalan, Methylacetat und/oder eine Mischung davon. Bevorzugt wird als Elektrolytlösemittel 13 zumindest ein organisches Lösemittel verwendet aus der Gruppe umfassend cyclische Carbonate wie Ethylencarbonat und Propylencarbonat und/oder lineare Carbonate wie Diethylcarbonat, Dimethylcarbonat und Ethylmethylcarbonat. Besonders bevorzugt wird als Elektrolytlösemittel 13 ein organisches Lösemittel verwendet aus der Gruppe umfassend Ethylencarbonat, Diethylcarbonat, Dimethylcarbonat, Ethylmethylcarbonat und/oder deren Mischungen. Weitere bevorzugte Elektrolytlösemittel 13 sind zudem ionische Flüssigkeiten, da diese eine hohe thermische wie elektrochemische Stabilität mit einer hohen ionischen Leitfähigkeit vereinen. Die bevorzugt als Elektrolytlösemittel 13 verwendeten ionischen Flüssigkeiten umfassen ein Kation ausgewählt aus der Gruppe umfassend 1-Ethyl-3-methylimidazolium (EMI+), 1,2-Dimethyl-3-propylimidazolium (DMPI+), 1,2-Diethyl-3,5-dimethylimidazolium (DEDMI+), Trimethyl-n-hexylammonium (TMHA+), N-alkyl-N-methylpyrrolidinium (PYR1 R+), N-alkyl-N-methylpiperidinium (PIP1 R+) und/oder N-alkyl-N-methylmorpholinium (MORP1 R+) und ein Anion ausgewählt aus der Gruppe umfassend Bis(trifluormethansulfonyl)imid (TFSI-), Bis(pentafluorethansulfonyl)imid (BETI-), Bis(fluorsulfonyl)imid (FSI-), 2,2,2-Trifluor-N-(trifluormethansulfonyl)acetamid (TSAC-), Tetrafluorborat (BF4-), Pentafluorethanetrifluoroborate (C2F5BF3-), Hexafluorphosphat (PF6-) und/oder Tri(pentafluorethan)trifluorphosphat ((C2F5)3PF3-). Bevorzugte N-alkyl-N-methylpyrrolidinium (PYR1 R+) Kationen sind ausgewählt aus der Gruppe umfassend N-butyl-N-methylpyrrolidinium (PYR14+) und/oder N-methyl-N-propylpyrrolidinium (PYR13+). Besonders bevorzugt wird als Elektrolytlösemittel 13 eine ionische Flüssigkeit verwendet aus der Gruppe umfassend N-butyl-N-methylpyrrolidiniumbis(trifluoromethansulfonyl)imid (PYR14TFSI) und/oder N-methyl-N-propylpyrrolidiniumbis(trifluoromethansulfonyl)imid (PYR13TFSI). Die Materialien für die positive Elektrodenaktivmaterialschicht 6 können in dem Elektrolytlösemittel 13 sowohl gelöst als auch suspendiert sein.In a first step S1, an
In einem zweiten Schritt S2 wird der Stromsammler 5 bereitgestellt.In a second step S2, the
In einem dritten Schritt S3 wird der Elektrodenschlicker 12 auf den Stromsammler 5 aufgebracht, um dadurch die positive Elektrodenaktivmaterialschicht 6 zu erhalten. Im Hinblick auf das Aufbringen des Elektrodenschlickers 12 auf den Stromsammler 5 sind verschiedene Vorgehensweisen möglich. Beispielsweise wird der Elektrodenschlicker 12 mittels einer Schlitzdüse auf den Stromsammler 5 aufgebracht.In a third step S3, the
In einem optionalen vierten Schritt S4 wird die in dem Schritt S3 erhaltene positive Elektrodenaktivmaterialschicht 6 nachgehärtet.In an optional fourth step S4, the positive electrode
Vorzugsweise wird die positive Elektrodenaktivmaterialschicht 6 in dem Schritt S4 hierzu für eine Trocknungsdauer von 20 s bei einer Trocknungstemperatur von 120°C getrocknet. Durch eine derart kurze Trocknungsdauer wird das Elektrolytlösemittel 13 lediglich anteilig aus der positiven Elektrodenaktivmaterialschicht 6 entfernt, sodass auch nach der Trocknung noch Elektrolytlösemittel 13 in der Elektrodenaktivmaterialschicht 6 vorhanden ist. Durch die anteilige Entfernung des Elektrolytlösemittels 13 wird jedoch die Viskosität der positiven Elektrodenaktivmaterialschicht 6 gesteigert, sodass die positive Elektrodenaktivmaterialschicht 6 eine ausreichende mechanische Festigkeit aufweist. Aufgrund der kurzen Trocknungsdauer werden zudem thermisch instabile Materialien der positiven Elektrodenaktivmaterialschicht 6 höchstens geringfügig zersetzt.For this purpose, the positive electrode
Alternativ oder zusätzlich zu der Trocknung wird die positive Elektrodenaktivmaterialschicht 6 in dem Schritt S4 vorzugsweise dadurch nachgehärtet, dass der organische Polymerelektrolyt nachvernetzt wird. Beispielsweise wird die Nachvernetzung des organischen Polymerelektrolyts durch einen Temperaturimpuls oder durch UV-Strahlung initiiert. Auch durch die Nachvernetzung des organischen Polymerelektrolyts kann eine ausreichende Steigerung der Viskosität der positiven Elektrodenaktivmaterialschicht 6 erreicht werden.Alternatively or in addition to the drying, the positive electrode
Insbesondere wird auf den optionalen Schritt S4 verzichtet. Wie zuvor erwähnt wurde, weist der Elektrodenschlicker 12 vorzugsweise ein thixotropes Verhalten auf. Ist dieses thixotrope Verhalten ausreichend stark ausgeprägt, so wird der Elektrodenschlicker 12 in Ruhe ausreichend hart, sodass eine aktive Nachhärtung der positiven Elektrodenaktivmaterialschicht 6 nicht notwendig ist.In particular, the optional step S4 is omitted. As mentioned previously, the
In einem fünften Schritt S5 wird zur Ausbildung der Haftschicht 7 eine das polymere Bindemittel aufweisende Lösung auf die positive Elektrodenaktivmaterialschicht 6 aufgebracht.In a fifth step S5, a solution containing the polymeric binder is applied to the positive electrode
Auch bei dem in
In einem zweiten Schritt V2 wird der Stromsammler 5 bereitgestellt.In a second step V2, the
In einem dritten Schritt V3 wird der Elektrodenschlicker 12 auf den Stromsammler 5 aufgebracht, um dadurch die positive Elektrodenaktivmaterialschicht 6 zu erhalten. Im Hinblick auf das Aufbringen des Elektrodenschlickers 12 auf den Stromsammler 5 sind verschiedene Vorgehensweisen möglich. Beispielsweise wird der Elektrodenschlicker 12 mittels einer Schlitzdüse auf den Stromsammler 5 aufgebracht.In a third step V3, the
In einem vierten Schritt V4 werden die polymerisierbaren Monomere derart polymerisiert, dass der organische Polymerelektrolyt erhalten wird. Vorzugsweise wird die Polymerisierung der Monomere durch einen Temperaturimpuls oder durch UV-Strahlung initiiert. Durch die Polymerisierung der Monomere wird die Viskosität der positiven Elektrodenaktivmaterialschicht 6 gesteigert, sodass die positive Elektrodenaktivmaterialschicht 6 dann ausreichend fest ist. In a fourth step V4, the polymerizable monomers are polymerized in such a way that the organic polymer electrolyte is obtained. The polymerization of the monomers is preferably initiated by a temperature pulse or by UV radiation. The polymerization of the monomers increases the viscosity of the positive electrode
Optional wird nach der Polymerisierung der Monomere noch ein Trocknungsschritt durchgeführt.Optionally, a drying step is carried out after the monomers have been polymerized.
In einem fünften Schritt V5 wird zur Ausbildung der Haftschicht 7 die das polymere Bindemittel aufweisende Lösung auf die positive Elektrodenaktivmaterialschicht 6 aufgebracht.In a fifth step V5, the solution containing the polymeric binder is applied to the positive electrode
Die Ausbildung einer Elektrode mit einem organischen Polymerelektrolyt wurde vorstehend beispielhaft für die positive Elektrode 3 erläutert. Grundsätzlich kann durch das Verfahren jedoch auch die negative Elektrode 4 hergestellt werden, wobei dann anstelle des positiven Elektrodenaktivmaterials das negative Elektrodenaktivmaterial verwendet wird.The formation of an electrode with an organic polymer electrolyte was explained above as an example for the
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 11
- FeststoffbatterieSolid state battery
- 22
- GehäuseHousing
- 33
- Kathodecathode
- 44
- Anodeanode
- 55
- StromsammlerCurrent collector
- 66
- Positive ElektrodenaktivmaterialschichtPositive electrode active material layer
- 77
- HaftschichtAdhesive layer
- 88th
- StromsammlerCurrent collector
- 99
- Negative ElektrodenaktivmaterialschichtNegative electrode active material layer
- 1010
- HaftschichtAdhesive layer
- 1111
- Separatorseparator
- 1212
- ElektrodenschlickerElectrode slip
- 1313
- ElektrolytlösemittelElectrolyte solvents
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- JP 2021057205 A [0005]JP 2021057205 A [0005]
- CN 109216777 A [0005]CN 109216777 A [0005]
Claims (15)
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|---|---|---|---|
| DE102022202812.0A DE102022202812A1 (en) | 2022-03-22 | 2022-03-22 | Method for producing an electrode for a solid-state battery, electrode, solid-state battery |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Publications (1)
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| DE102022202812A1 true DE102022202812A1 (en) | 2023-09-28 |
Family
ID=87931005
Family Applications (1)
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-
2022
- 2022-03-22 DE DE102022202812.0A patent/DE102022202812A1/en active Pending
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