DE102023111749A1 - Anodenlose festkörperbatterie, die eine gleichmässige ablagerung von lithium ermöglicht - Google Patents

Anodenlose festkörperbatterie, die eine gleichmässige ablagerung von lithium ermöglicht Download PDF

Info

Publication number
DE102023111749A1
DE102023111749A1 DE102023111749.1A DE102023111749A DE102023111749A1 DE 102023111749 A1 DE102023111749 A1 DE 102023111749A1 DE 102023111749 A DE102023111749 A DE 102023111749A DE 102023111749 A1 DE102023111749 A1 DE 102023111749A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
carbon
state battery
carbon material
intermediate layer
solid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102023111749.1A
Other languages
English (en)
Inventor
Young Jin Nam
Hong Suk Choi
Seon Hwa Kim
Hee Soo Kang
Jae Min Lim
Sang Wan KIM
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hyundai Motor Co
Kia Corp
Original Assignee
Hyundai Motor Co
Kia Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hyundai Motor Co, Kia Corp filed Critical Hyundai Motor Co
Publication of DE102023111749A1 publication Critical patent/DE102023111749A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/628—Inhibitors, e.g. gassing inhibitors, corrosion inhibitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0561—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of inorganic materials only
    • H01M10/0562—Solid materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4235—Safety or regulating additives or arrangements in electrodes, separators or electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/621—Binders
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624—Electric conductive fillers
    • H01M4/625—Carbon or graphite
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624—Electric conductive fillers
    • H01M4/626—Metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/021—Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/027—Negative electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065—Solid electrolytes
    • H01M2300/0068—Solid electrolytes inorganic
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

Es wird eine anodenlose Festkörperbatterie, die eine gleichmäßige Ablagerung von Lithium ermöglicht, vorgestellt, die die lokale Volumenexpansion aufgrund des während des Aufladens der Batterie abgelagerten Lithiums wirksam kontrollieren kann. Die Festkörperbatterie umfasst einen Anodenstromkollektor, eine auf dem Anodenstromkollektor angeordnete Zwischenschicht, eine auf der Zwischenschicht angeordnete Festelektrolytschicht, eine auf der Festelektrolytschicht angeordnete Kathodenaktivmaterialschicht, die ein kathodenaktives Material enthält, und einen auf der Kathodenaktivmaterialschicht angeordneten Kathodenstromkollektor. Die Zwischenschicht enthält Kohlenstoffkomponenten und Metallkomponenten, die mit Lithium legierbar sind, und die Kohlenstoffkomponenten umfassen ein erstes Kohlenstoffmaterial, z.B. ein kugelförmiges Kohlenstoffmaterial, und ein zweites Kohlenstoffmaterial, z.B. ein lineares Kohlenstoffmaterial.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine anodenlose Festkörperbatterie, die eine lokale Volumenexpansion aufgrund des während des Aufladens der Batterie abgelagerten Lithiums wirksam steuern kann.
  • HINTERGRUND
  • Eine Festkörperbatterie ist ein dreischichtiger Stapel mit einer Kathodenaktivmaterialschicht, die mit einem Kathodenstromkollektor verbunden ist, einer Anodenaktivmaterialschicht, die mit einem Anodenstromkollektor verbunden ist, und einer Festelektrolytschicht, die zwischen der Schicht Kathodenaktivmaterialschicht und der Anodenaktivmaterialschicht angeordnet ist.
  • Im Allgemeinen enthält die Anodenaktivmaterialschicht zusätzlich zu einem aktiven Anodenmaterial, wie z. B. Graphit, einen festen Elektrolyten, der für die Migration der Lithiumionen verantwortlich ist. Der Festelektrolyt hat ein höheres spezifisches Gewicht als ein flüssiger Elektrolyt, so dass die Energiedichte der Festkörperbatterie geringer ist als die einer Lithium-Ionen-Batterie mit einem flüssigen Elektrolyten.
  • Um das oben genannte Problem zu lösen, d.h. die Energiedichte der Festkörperbatterie zu erhöhen, wird derzeit an der Verwendung von Lithiummetall als Anode geforscht. Dabei sind jedoch zahlreiche Probleme zu überwinden, darunter technische Probleme in der Forschung, wie z. B. die Grenzflächenbindung, das Wachstum von Lithiumdendriten usw., und technische Probleme in der Industrie, wie z. B. Kosten, Schwierigkeiten bei der Sicherung eines großen Maßstabs usw.
  • In jüngster Zeit wird an einer anodenlosen Festkörperbatterie geforscht, bei der auf eine Anode verzichtet wird und Lithiumionen (Li+) direkt in Form von Lithiummetall auf einem Anodenstromkollektor abgeschieden werden.
  • Die in diesem Abschnitt „Hintergrund“ offenbarten Informationen dienen lediglich dem besseren Verständnis des Hintergrunds der Erfindung und können daher Informationen enthalten, die nicht zum Stand der Technik gehören, der einer Person mit normaler Fachkenntnis in diesem Land bereits bekannt ist.
  • ÜBERBLICK
  • In bevorzugten Aspekten wird eine anodenlose Festkörperbatterie bereitgestellt, die die lokale Volumenausdehnung aufgrund des während des Aufladens der Batterie abgelagerten Lithiums wirksam kontrollieren kann.
  • Der hier verwendete Begriff „Festkörperbatterie“ bezieht sich auf eine wiederaufladbare Sekundärbatterie, die einen Elektrolyten in einem festen Zustand enthält. In bestimmten Ausführungsformen kann die Festkörperbatterie eine anodenlose Festkörperbatterie sein.
  • Der hier verwendete Begriff „anodenfreie Festkörperbatterie“, „anodenlose Festkörperbatterie“, „anodenfreie Batterie“ oder „anodenlose Batterie“ bezieht sich auf eine Festkörperbatterie mit einem blanken Stromkollektor an ihrer Anodenseite, was im Gegensatz zu einer Batterie steht, die Lithiummetall als Anode verwendet. Die anodenlose Festkörperbatterie kann eine Überzugsschicht auf dem blanken Stromkollektor enthalten, die Materialien enthält, die die Leitung von Lithiumionen zu einer Oberfläche des blanken Stromkollektors induzieren.
  • In einem Aspekt stellt die Offenbarung eine Festkörperbatterie bereit, die einen Anodenstromkollektor, eine auf dem Anodenstromkollektor angeordnete Zwischenschicht, eine auf der Zwischenschicht angeordnete Festelektrolytschicht, eine auf der Festelektrolytschicht angeordnete Kathodenaktivmaterialschicht, die ein kathodenaktives Material enthält, und einen auf der Kathodenaktivmaterialschicht angeordneten Kathodenstromkollektor umfasst. Die Zwischenschicht kann eine Kohlenstoffkomponente und eine Metallkomponente, die mit Lithium legieren kann, enthalten, und die Kohlenstoffkomponente kann ein erstes Kohlenstoffmaterial mit einer kugelförmigen Form und ein zweites Kohlenstoffmaterial mit einer linearen Form enthalten.
  • Das erste Kohlenstoffmaterial kann z. B. Ruß, Graphit oder eine Kombination davon umfassen.
  • Das erste Kohlenstoffmaterial kann eine Teilchengröße D50 von etwa 10 nm bis 100 nm haben.
  • Der hier verwendete Begriff „Teilchengröße D50“ bezieht sich auf die mittlere (Median) Teilchengröße in der Teilchengrößenverteilung und wird anhand des maximalen Abstands zwischen zwei Punkten auf der Oberfläche des Teilchens gemessen.
  • Das zweite Kohlenstoffmaterial kann einwandige Kohlenstoffnanoröhren, doppelwandige Kohlenstoffnanoröhren, mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren, aufgedampfte Kohlenstofffasern, Kohlenstoffnanofasern oder Kombinationen davon umfassen.
  • Das zweite Kohlenstoffmaterial kann eine Länge von etwa 0,5 µm bis 10 µm aufweisen.
  • Das zweite Kohlenstoffmaterial kann einen Außendurchmesser von etwa 30 nm bis 100 nm aufweisen.
  • Das zweite Kohlenstoffmaterial kann ein Aspektverhältnis, d. h. ein Verhältnis von Durchmesser zu Länge, von etwa 5 bis 330 aufweisen.
  • Das Massenverhältnis des ersten Kohlenstoffmaterials zum zweiten Kohlenstoffmaterial kann etwa 5:95 bis 95:5 betragen.
  • Die Metallkomponente kann eines oder mehrere aus der Gruppe bestehend aus Gold (Au), Platin (Pt), Magnesium (Mg), Palladium (Pd), Silizium (Si), Silber (Ag), Aluminium (Al), Wismut (Bi), Zinn (Sn) und Zink (Zn) enthalten.
  • Die Zwischenschicht kann ferner ein Bindemittel enthalten, und die Zwischenschicht kann eine Menge von etwa 60 Gew.-% bis 85 Gew.-% der Kohlenstoffkomponente, eine Menge von etwa 10 Gew.-% bis 30 Gew.-% der Metallkomponente und eine Menge von etwa 1 Gew.-% bis 10 Gew.-% des Bindemittels enthalten, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zwischenschicht.
  • Die Dichte der Zwischenschicht kann etwa 1,0 g/cm3 bis 1,8 g/cm3 betragen. Der hier verwendete Begriff „Dichte“ bezieht sich auf eine Massendichte im Verhältnis zum Volumen. Die Dichte der Zwischenschicht bezieht sich auf die Dichte der Schicht, die alle erforderlichen Komponenten enthält, d. h. die Kohlenstoffkomponente, einschließlich des ersten Kohlenstoffmaterials und des zweiten Kohlenstoffmaterials, und die Metallkomponente, die miteinander verbunden sind, um die Zwischenschicht zu bilden.
  • Weitere Aspekte der Erfindung werden weiter unten erörtert.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die obigen und andere Merkmale der vorliegenden Offenbarung werden nun im Detail unter Bezugnahme auf bestimmte beispielhafte Ausführungsformen davon beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, die nachstehend nur zur Veranschaulichung angegeben werden und daher die vorliegende Offenbarung nicht einschränken, und wobei:
    • 1 zeigt eine beispielhafte Festkörperbatterie gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 2 zeigt eine beispielhafte Kohlenstoffkomponente gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 3A zeigt ein Computertomographie (CT)-Bild, das das Ablagerungsverhalten von Lithium gemäß Beispiel 1 zeigt;
    • 3B zeigt ein CT-Bild, das das Ablagerungsverhalten von Lithium gemäß Vergleichsbeispiel 1 zeigt;
    • 3C zeigt ein CT-Bild, das das Ablagerungsverhalten von Lithium gemäß Vergleichsbeispiel 2 zeigt;
    • 3D zeigt ein CT-Bild, das das Ablagerungsverhalten von Lithium gemäß Vergleichsbeispiel 3 zeigt;
    • 4A zeigt die Anfangskapazitäten von Festkörperbatterien gemäß Beispiel 1 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 3; und
    • 4B zeigt die Kapazitätserhaltung der Festkörperbatterien gemäß Beispiel 1 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 3.
  • Die beigefügten Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu und stellen eine etwas vereinfachte Darstellung verschiedener bevorzugter Merkmale dar, die die Grundprinzipien der Erfindung veranschaulichen. Die spezifischen Konstruktionsmerkmale der vorliegenden Offenbarung, wie sie hierin offenbart sind, einschließlich z. B. spezifischer Abmessungen, Ausrichtungen, Positionen und Formen, werden zum Teil durch die jeweilige beabsichtigte Anwendung und Einsatzumgebung bestimmt.
  • In den Figuren beziehen sich die Bezugsziffern auf die gleichen oder gleichwertige Teile der vorliegenden Offenbarung in den verschiedenen Figuren der Zeichnungen.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Die oben beschriebenen Objekte, andere Objekte, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Offenbarung werden aus den Beschreibungen von Ausführungsformen ersichtlich, die nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gegeben werden. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf die hierin offengelegten Ausführungsformen beschränkt und kann in verschiedenen anderen Formen umgesetzt werden. Die Ausführungsformen sind vorgesehen, um die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung gründlich zu machen und den Umfang der vorliegenden Offenbarung den Fachleuten vollständig zu vermitteln.
  • In der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen werden dieselben Elemente mit denselben Bezugsziffern bezeichnet, auch wenn sie in verschiedenen Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen können die Abmessungen der Strukturen im Vergleich zu ihren tatsächlichen Abmessungen übertrieben dargestellt sein, um die Beschreibung zu verdeutlichen. In der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen können Begriffe wie „erste/r/s“ und „zweite/r/s“ verwendet werden, um verschiedene Elemente zu beschreiben, ohne diese jedoch einzuschränken. Diese Begriffe werden nur verwendet, um ein Element von anderen Elementen 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 und Geist der Erfindung abweicht. Ausdrücke im Singular können Ausdrücke im Plural umfassen, es sei denn, sie haben eindeutig andere Bedeutungen im Kontext.
  • In der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen sind Begriffe wie „einschließlich“, „umfassend/aufweisend“ und „mit“ so zu verstehen, dass sie das Vorhandensein von Merkmalen, Zahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen oder Teilen, die in der Beschreibung genannt werden, oder Kombinationen davon anzeigen, und schließen das Vorhandensein von einem oder mehreren anderen Merkmalen, Zahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen, Teilen oder Kombinationen davon oder die Möglichkeit, diese hinzuzufügen, nicht aus. Wenn ein Teil, z. B. eine Schicht, ein Film, ein Bereich oder eine Platte, als „auf” einem anderen Teil liegend bezeichnet wird, kann das Teil „direkt auf” dem anderen Teil liegen oder es können andere Teile zwischen den beiden Teilen liegen. Wenn ein Teil, z. B. eine Schicht, ein Film, ein Bereich oder eine Platte, als „unter“ einem anderen Teil bezeichnet wird, kann sich das Teil „direkt unter“ dem anderen Teil befinden, oder es können andere Teile zwischen den beiden Teilen angeordnet sein.
  • Alle in der Beschreibung verwendeten Zahlen, Werte und/oder Ausdrücke, die die Mengen von Bestandteilen, Reaktionsbedingungen, Polymerzusammensetzungen und Mischungen darstellen, sind Näherungswerte, in denen sich verschiedene Messunsicherheiten widerspiegeln, die entstehen, wenn diese Werte von im Wesentlichen unterschiedlichen Dingen stammen, und daher ist es zu verstehen, dass sie durch den Begriff „ungefähr“ modifiziert sind, sofern nicht anders angegeben.
  • Wenn nicht ausdrücklich angegeben oder aus dem Kontext ersichtlich, wird der Begriff „ungefähr“ hier als innerhalb eines normalen Toleranzbereichs, z. B. innerhalb von 2 Standardabweichungen des Mittelwerts, verstanden. „Ungefähr“ kann als innerhalb von 10 %, 9 %, 8 %, 7 %, 6 %, 5 %, 4 %, 3 %, 2 %, 1 %, 0,5 %, 0,1 %, 0,05 % oder 0,01 % des angegebenen Wertes verstanden werden. Sofern sich aus dem Kontext nichts anderes ergibt, werden alle hier angegebenen Zahlenwerte durch den Begriff „ungefähr“ modifiziert.
  • Wird in der Beschreibung ein Zahlenbereich angegeben, so umfasst dieser Bereich alle kontinuierlichen Werte von einem minimalen Wert bis zu einem maximalen Wert des Bereichs, sofern nichts anderes angegeben ist. Bezieht sich ein solcher Bereich auf ganze Zahlen, so umfasst er alle ganzen Zahlen von einem Minimalwert bis zu einem Maximalwert, sofern nichts anderes angegeben ist. Wenn in der vorliegenden Spezifikation ein Bereich für eine Variable beschrieben wird, ist davon auszugehen, dass die Variable alle Werte einschließlich der beschriebenen Endpunkte innerhalb des angegebenen Bereichs umfasst. So umfasst beispielsweise der Bereich „5 bis 10“ alle Unterbereiche wie 6 bis 10, 7 bis 10, 6 bis 9, 7 bis 9 usw. sowie die einzelnen Werte 5, 6, 7, 8, 9 und 10 und schließt auch alle Werte zwischen gültigen ganzen Zahlen innerhalb des angegebenen Bereichs ein, wie 5,5, 6,5, 7,5, 5,5 bis 8,5, 6,5 bis 9 usw. Der Bereich „10 % bis 30 %“ umfasst Unterbereiche wie 10 % bis 15 %, 12 % bis 18 %, 20 % bis 30 % usw. sowie alle ganzen Zahlen mit Werten von 10 %, 11 %, 12 %, 13 % usw. bis zu 30 % und umfasst auch jeden Wert zwischen gültigen ganzen Zahlen innerhalb des angegebenen Bereichs, wie 10,5 %, 15,5 %, 25,5 % usw.
  • Es versteht sich, dass der Begriff „Fahrzeug“ oder „Verkehrsmittel“ oder ein ähnlicher Begriff, wie er hier verwendet wird, Kraftfahrzeuge im Allgemeinen umfasst, wie z. B. Personenkraftwagen einschließlich Sport Utility Vehicles (SUV), Busse, Lastkraftwagen, verschiedene Nutzfahrzeuge, Wasserfahrzeuge einschließlich einer Vielzahl von Booten und Schiffen, Flugzeuge und dergleichen, und auch Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge, wasserstoffbetriebene Fahrzeuge und Fahrzeuge mit anderen alternativen Kraftstoffen (z. B. Kraftstoffe, die aus anderen Ressourcen als Erdöl gewonnen werden). Ein Hybridfahrzeug ist ein Fahrzeug, das über zwei oder mehr Antriebsquellen verfügt, z. B. benzinbetriebene und elektrisch betriebene Fahrzeuge.
  • 1 zeigt eine beispielhafte Festkörperbatterie 10 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Die Festkörperbatterie 10 kann einen Anodenstromkollektor 11, eine auf dem Anodenstromkollektor 11 angeordnete Zwischenschicht 12, eine auf der Zwischenschicht 12 angeordnete Festelektrolytschicht 13, eine auf der Festelektrolytschicht 13 angeordnete Kathodenaktivmaterialschicht 14, die ein kathodenaktives Material enthält, und einen auf der Kathodenaktivmaterialschicht 14 angeordneten Kathodenstromkollektor 15 umfassen.
  • Der Anodenstromkollektor 11 kann ein plattenförmiges Grundmaterial mit elektrischer Leitfähigkeit sein. Konkret kann der Anodenstromkollektor 10 in Form einer Platte, eines dünnen Films oder einer Folie vorliegen.
  • Der Anodenstromkollektor 11 kann ein Material aufweisen (oder daraus bestehen), das nicht mit Lithium reagiert. Konkret kann der Anodenstromkollektor 11 Nickel (Ni), Kupfer (Cu), rostfreien Stahl (SUS) oder eine Kombination daraus aufweisen (oder daraus bestehen).
  • Die Zwischenschicht 12 kann eine Kohlenstoffkomponente und eine Metallkomponente enthalten.
  • 2 zeigt die Kohlenstoffkomponente 50. Die Kohlenstoffkomponente 50 kann ein erstes Kohlenstoffmaterial 51 mit einer kugelförmigen Form und ein zweites Kohlenstoffmaterial 52 mit einer linearen Form enthalten. Mit einer Kombination aus dem ersten Kohlenstoffmaterial 51 und dem zweiten Kohlenstoffmaterial 52 kann eine angemessene Menge an Poren in der Zwischenschicht 12 gebildet werden. Dadurch werden Lithiumionen während des Ladens der Festkörperbatterie 10 gleichmäßig in den Poren abgelagert, und die Volumenausdehnung der Festkörperbatterie 10 kann unterdrückt werden.
  • Das erste Kohlenstoffmaterial 51 und das zweite Kohlenstoffmaterial 52 können einfach gemischt oder durch mechanisches Mahlen mit einer Kugelmühle oder ähnlichem zusammengefügt werden.
  • Das erste Kohlenstoffmaterial 51 kann kugelförmige oder pseudosphärische Partikel enthalten. Das erste Kohlenstoffmaterial kann Ruß, Graphit oder eine Kombination davon enthalten.
  • Der Ruß kann z. B. Acetylenruß, Ketjenruß, Kanalruß, Ofenruß, thermischen Ruß, Super C oder Super P aufweisen oder sein, ohne auf ein bestimmtes Material beschränkt zu sein.
  • Das erste Kohlenstoffmaterial 51 kann eine Teilchengröße D50 von etwa 10 nm bis 100 nm haben. Wenn die Teilchengröße D50 des ersten Kohlenstoffmaterials 51 weniger als etwa 10 nm beträgt, kann es zu einer Agglomeration der Teilchen in einer Elektrode kommen, und wenn die Teilchengröße D50 des ersten Kohlenstoffmaterials 51 größer als etwa 100 nm ist, kann es schwierig sein, eine gewünschte Dichte der Zwischenschicht 12 zu bilden.
  • Das zweite Kohlenstoffmaterial 52 kann einwandige Kohlenstoffnanoröhren, doppelwandige Kohlenstoffnanoröhren, mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren, aufgedampfte Kohlenstofffasern, Kohlenstoffnanofasern oder Kombinationen davon umfassen.
  • Das zweite Kohlenstoffmaterial 52 kann eine Länge von etwa 0,5 µm bis 10 µm haben. Das zweite Kohlenstoffmaterial 52 kann einen Außendurchmesser von etwa 30 nm bis 100 nm haben. Das zweite Kohlenstoffmaterial 52 kann ein Aspektverhältnis von Durchmesser (oder Breite) zu Länge im Bereich von etwa 5 bis etwa 330 aufweisen. Wenn die Länge, der Außendurchmesser und das Aspektverhältnis des zweiten Kohlenstoffmaterials 52 unterhalb der oben beschriebenen Zahlenbereiche liegen, ist die Dichte der Zwischenschicht 12 ähnlich wie die des herkömmlichen kugelförmigen Kohlenstoffmaterials, so dass es schwierig sein kann, einen gewünschten Effekt im Rahmen der vorliegenden Offenbarung zu erzielen, und wenn die Länge, der Außendurchmesser und das Aspektverhältnis des zweiten Kohlenstoffmaterials 52 größer als die oben beschriebenen Zahlenbereiche sind, hat die Zwischenschicht 12 ähnliche Spezifikationen wie das herkömmliche lineare Kohlenstoffmaterial, so dass es schwierig sein kann, einen sinnvollen Effekt zu erzielen.
  • Die Kohlenstoffkomponente 50 kann das erste Kohlenstoffmaterial 51 und das zweite Kohlenstoffmaterial 52 in einem Massenverhältnis von etwa 5:95 bis 95:5 enthalten. Wenn die Masse des ersten Kohlenstoffmaterials 51 weniger als etwa 5 ist, kann es schwierig sein, eine gleichmäßige Abscheidung von Lithium zu erreichen, und wenn die Masse des ersten Kohlenstoffmaterials größer als etwa 95 ist, hat die Dichte der Zwischenschicht 12 eine ähnliche wie die des kugelförmigen Kohlenstoffmaterials, und es kann schwierig sein, einen gewünschten Effekt in der vorliegenden Offenbarung zu erreichen.
  • Die Metallkomponente kann ein Metall enthalten, das in der Lage ist, mit Lithium zu legieren. Die Metallkomponente kann eines oder mehrere Metalle aus der Gruppe bestehend aus Gold (Au), Platin (Pt), Magnesium (Mg), Palladium (Pd), Silizium (Si), Silber (Ag), Aluminium (Al), Wismut (Bi), Zinn (Sn) und Zink (Zn) enthalten.
  • In der Anfangsphase des Ladevorgangs der Festkörperbatterie 10 wandern die aus dem kathodenaktiven Material 14 deinterkalierten Lithiumionen durch die Festelektrolytschicht 13 zu der (z. B. in die) Zwischenschicht 12. Die Lithiumionen reagieren mit der Metallkomponente, wodurch eine Metall-Lithium-Legierung entsteht. Wenn die Festkörperbatterie 10 weiter geladen wird, wird Lithium gleichmäßig um die Metall-Lithium-Legierung herum abgelagert oder ausgeschieden (präzipitiert), wodurch eine Lithiumschicht 16 zwischen der Zwischenschicht 12 und dem Anodenstromkollektor 11 entsteht.
  • Die Metallkomponente kann beispielsweise eine Teilchengröße D50 von etwa 5 µm oder weniger, etwa 3 µm oder weniger oder etwa 1 µm oder weniger haben, ohne auf eine bestimmte Teilchengröße D50 beschränkt zu sein.
  • Die Zwischenschicht 12 kann außerdem ein Bindemittel enthalten.
  • Das Bindemittel kann z. B. Butadien-Kautschuk (BR), Nitril-Butadien-Kautschuk (NBR), hydrierter Nitril-Butadien-Kautschuk (HNBR), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polytetrafluorethylen (PTFE), Carboxymethylcellulose (CMC) oder ähnliches enthalten, ohne auf ein bestimmtes Material beschränkt zu sein.
  • Die Zwischenschicht kann einen Anteil von etwa 60 bis 85 Gew.-% an der Kohlenstoffkomponente, einen Anteil von etwa 10 bis 30 Gew.-% an der Metallkomponente und einen Anteil von etwa 1 bis 10 Gew.-% an dem Bindemittel enthalten. Wenn der Gehalt der Kohlenstoffkomponente weniger als etwa 60 Gew.-% beträgt, ist der Gehalt der Metallkomponente hoch und somit kann die anfängliche irreversible Kapazität der Festkörperbatterie 10 hoch sein, und wenn der Gehalt der Kohlenstoffkomponente mehr als etwa 85 Gew.-% beträgt, kann das Verhalten der Ablagerung von Lithium nicht gleichmäßig sein. Wenn der Gehalt der Metallkomponente weniger als etwa 10 Gew.-% beträgt, kann es schwierig sein, eine Legierung mit Lithiumionen zu bilden, und wenn der Gehalt der Metallkomponente mehr als etwa 30 Gew.-% beträgt, kann der Gehalt der Kohlenstoffkomponente relativ reduziert und das Volumen der Zwischenschicht 12 erhöht sein.
  • Die Dichte der Zwischenschicht 12 kann etwa 1,0 g/cm3 bis 1,8 g/cm3 betragen. Die Dichte der Zwischenschicht 12 kann berechnet werden, indem das Gesamtgewicht der Zwischenschicht 12 durch das Volumen der Zwischenschicht 12 dividiert wird. Wenn die Dichte der Zwischenschicht 12 weniger als etwa 1,0 g/cm3 beträgt, wird Lithium möglicherweise nicht gleichmäßig abgeschieden, und wenn die Dichte der Zwischenschicht 12 größer als etwa 1,8 g/cm3 ist, kann das Abscheidungsverhalten von Lithium in Abhängigkeit von der Stromdichte unterschiedlich sein.
  • Die Festelektrolytschicht 13 befindet sich zwischen der Schicht aus kathodenaktivem Material 14 und der Zwischenschicht 12 und kann Lithiumionen leiten.
  • Die Festelektrolytschicht 13 kann einen Festelektrolyten mit Lithiumionenleitfähigkeit enthalten.
  • Der Festelektrolyt kann einen oder mehrere Festelektrolyte ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Festelektrolyten auf Oxidbasis, Festelektrolyten auf Sulfidbasis und polymeren Festelektrolyten enthalten. Insbesondere kann ein Festelektrolyt auf Sulfidbasis mit hoher Lithiumionenleitfähigkeit verwendet werden. Die Festelektrolyten auf Sulfidbasis können 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 (m und n sind positive Zahlen und Z ist eines der Elemente Ge, Zn und Ga), Li2S-GeS2, Li2S-SiS2-Li3PO4, Li2S-SiS2-LixMOy (x und y sind positive Zahlen und M ist eines der Elemente P, Si, Ge, B, Al, Ga and In), Li10GeP2S12, etc., umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein.
  • Die oxidbasierten Festelektrolyten können Perowskit-Typ LLTO (Li3xLa2/3-xTiO3), phosphatbasierte NASICON-Typ LATP(Li1+xAlxTi2-x(PO4)3), etc. umfassen.
  • Die Polymerelektrolyte können Gelpolymerelektrolyte, feste Polymerelektrolyte etc. umfassen.
  • Die Kathodenaktivmaterialschicht 14 kann ein kathodenaktives Material, einen Festelektrolyten, ein leitfähiges Material, ein Bindemittel usw. enthalten.
  • Das kathodenaktive Material kann Lithiumionen reversibel interkalieren und deinterkalieren. Das aktive Material der Kathode (kathodenaktive Material) kann ein aktives Oxidmaterial enthalten.
  • Das aktive Oxidmaterial kann ein aktives Material vom Steinsalzschicht-Typ umfassen, wie LiCoO2 , LiMnO2 , LiNiO2 , LiVO2 oder Li1+xNi1/3Co1/3Mn1/3O2, ein Spinell-Typ aktives Material, wie LiNiVO4 oder Li(Ni0.5Mn1.5)O4, ein invertiertes Spinell-Typ aktives Material, wie LiNiVO4 oder LiCoVO4, ein Olivin-Typ aktives Material, wie LiFePO4, LiMnPO4, LiCoPO4 oder LiNiPO4, ein siliziumhaltiges aktives Material, wie Li2FeSiO4 oder Li2MnSiO4, ein aktives Material vom Steinsalzschicht-Typ, bei dem ein Teil eines Übergangsmetalls durch eine andere Art von Metall ersetzt ist, wie LiNi0.8Co(0.2-x)AlxO2 (0<x<0.2), ein Spinell-Typ aktives Material, in dem ein Teil eines Übergangsmetalls durch eine andere Art von Metall ersetzt ist, wie Li1+xMn2-x- yMyOa (M ist mindestens eines von Al, Mg, Co, Fe, Ni oder Zn und 0<x+y<2), oder Lithiumtitanat, wie Li4Ti5O12.
  • Der Festelektrolyt kann ein Festelektrolyt auf Oxidbasis oder ein Festelektrolyt auf Sulfidbasis sein. Insbesondere kann ein Festelektrolyt auf Sulfidbasis mit hoher Lithiumionenleitfähigkeit verwendet werden. Der sulfidbasierte Festelektrolyt 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 (m und n sind positive Zahlen und Z eines von Ge, Zn und Ga), Li2S-GeS2, Li2S-SiS2-LisPO4, Li2S-SiS2-LixMOy (x und y sind positive Zahlen und M ist eines von P, Si, Ge, B, Al, Ga und In), oder Li10GeP2S12 sein, ohne auf ein bestimmtes Material beschränkt zu sein.
  • Das leitfähige Material kann Ruß, leitfähiges Graphit, Ethylenruß, Graphen oder ähnliches enthalten.
  • Das Bindemittel kann Butadienkautschuk (BR), Nitrilbutadienkautschuk (NBR), hydrierten Nitrilbutadienkautschuk (HNBR), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polytetrafluorethylen (PTFE), Carboxymethylcellulose (CMC) oder ähnliches enthalten.
  • Der Kathodenstromkollektor 15 kann aus einem plattenförmigen Basismaterial mit elektrischer Leitfähigkeit bestehen. Der Kathodenstromkollektor 15 kann Aluminiumfolie enthalten.
  • BEISPIEL
  • Nachfolgend wird die vorliegende Offenbarung anhand von Beispielen näher erläutert. Die folgenden Beispiele dienen lediglich der beispielhaften Beschreibung der vorliegenden Offenbarung und sollen den Umfang der Erfindung nicht einschränken.
  • Beispiel 1
  • Super C mit einer Teilchengröße D50 von etwa 50 nm wurde als erstes Kohlenstoffmaterial verwendet, das eine kugelförmige Form aufweist. Mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren mit einer Länge von etwa 0,5 µm bis 2 µm und einem Außendurchmesser von etwa 50 nm bis 80 nm wurden als zweites Kohlenstoffmaterial verwendet, das eine lineare Form aufweist. Eine Kohlenstoffkomponente wurde durch Mischen des ersten Kohlenstoffmaterials und des zweiten Kohlenstoffmaterials in einem Massenverhältnis von 7:3 hergestellt. Silber (Ag)-Partikel wurden als Metallkomponente hergestellt. Eine Zwischenschicht wurde gebildet, indem eine Aufschlämmung, die die Kohlenstoffkomponente, die Metallkomponente und das Bindemittel enthält, auf einen Anodenstromkollektor aufgebracht und das resultierende Produkt anschließend getrocknet wurde. Die Zwischenschicht besteht zu etwa 70 Gew.-% aus der Kohlenstoffkomponente, zu etwa 25 Gew.-% aus der Metallkomponente und zu etwa 5 Gew.-% aus dem Bindemittel.
  • Ein Stapel mit der in 1 gezeigten Struktur wurde hergestellt, indem eine Festelektrolytschicht, eine Kathodenaktivmaterialschicht und ein Kathodenstromkollektor auf der Zwischenschicht gestapelt wurden. Der Festelektrolyt umfasst einen Festelektrolyten auf Sulfidbasis. Die Kathodenaktivmaterialschicht umfasst ein kathodenaktives Material auf Nickel-Kobalt-Mangan-Basis.
  • Vergleichendes Beispiel 1
  • Eine Zwischenschicht wurde unter Verwendung eines linearen Kohlenstoffmaterials allein als Kohlenstoffkomponente hergestellt. Ein Stapel wurde nach demselben Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren mit einer Länge von etwa 10 µm bis 20 µm und einem Außendurchmesser von etwa 50 nm bis 80 nm als die Kohlenstoffkomponente verwendet wurden.
  • Vergleichendes Beispiel 2
  • Eine Zwischenschicht wurde unter Verwendung eines linearen Kohlenstoffmaterials allein als Kohlenstoffkomponente hergestellt. Ein Stapel wurde nach demselben Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren mit einer Länge von etwa 0,5 µm bis 2 µm und einem Außendurchmesser von etwa 50 nm bis 80 nm als die Kohlenstoffkomponente verwendet wurden.
  • Vergleichendes Beispiel 3
  • Eine Zwischenschicht wurde unter Verwendung eines kugelförmigen Kohlenstoffmaterials als alleinige Kohlenstoffkomponente hergestellt. Ein Stapel wurde nach demselben Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass Super C mit einer Teilchengröße D50 von etwa 50 nm als die Kohlenstoffkomponente verwendet wurde.
  • Das Ablagerungsverhalten von Lithium in den jeweiligen Stapeln gemäß Beispiel 1 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 wurde durch Aufladen der jeweiligen Stapel beobachtet. 3A zeigt ein Computertomographie (CT)-Bild, das das Ablagerungsverhalten von Lithium gemäß Beispiel 1 zeigt. 3B zeigt ein CT-Bild, das das Ablagerungsverhalten von Lithium gemäß Vergleichsbeispiel 1 zeigt. 3C zeigt ein CT-Bild, das das Ablagerungsverhalten von Lithium gemäß Vergleichsbeispiel 2 zeigt. 3D zeigt ein CT-Bild, das das Ablagerungsverhalten von Lithium gemäß Vergleichsbeispiel 3 zeigt. Wie in 3A-3D gezeigt, wurde das Lithium in den Stapeln gemäß den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 nicht gleichmäßig abgeschieden.
  • 4A zeigt die Anfangskapazitäten der Stapel gemäß Beispiel 1 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 3. 4B zeigt die Kapazitätserhaltung der Stapel gemäß Beispiel 1 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 3. Der Stapel gemäß Vergleichsbeispiel 2 wies eine ausgezeichnete Anfangskapazität auf, zeigte aber nach etwa 50 Lade- und Entladezyklen eine Kapazitätserhaltung von etwa 50 % oder weniger. Der Grund dafür ist, dass das Ablagerungsverhalten von Lithium nicht einheitlich war. Wie in 4A-4B gezeigt, wies der Stapel gemäß Beispiel 1 eine ausgezeichnete Anfangskapazität auf und behielt auch nach etwa 350 Lade- und Entladezyklen etwa 80 % der Anfangskapazität.
  • Gemäß verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen kann die hier beschriebene anodenlose Festkörperbatterie die lokale Volumenexpansion, die durch das beim Laden der Batterie abgelagerte Lithium bedingt ist, wirksam kontrollieren.
  • Ferner kann gemäß verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung eine anodenlose Festkörperbatterie bereitgestellt werden, bei der sich Lithium gleichmäßig auf einem Anodenstromkollektor ablagert, wenn die Batterie geladen wird.
  • Darüber hinaus kann gemäß verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung eine anodenlose Festkörperbatterie bereitgestellt werden, die eine reduzierte anfängliche irreversible Kapazität aufweisen kann.
  • Darüber hinaus kann die anodenlose Festkörperbatterie gemäß verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenlegung eine ausgezeichnete Haltbarkeit und Effizienz aufweisen.

Claims (12)

  1. Eine Festkörperbatterie (10), die Folgendes umfasst: einen Anodenstromkollektor (11); eine auf dem Anodenstromkollektor (11) angeordnete Zwischenschicht (12); eine auf der Zwischenschicht (12) angeordnet Festelektrolytschicht (13); eine auf der Festelektrolytschicht (13) angeordnet Kathodenaktivmaterialschicht (14), die ein kathodenaktives Material umfasst; und einen auf der Kathodenaktivmaterialschicht (14) angeordneten Kathodenstromkollektor (15), wobei: die Zwischenschicht (12) eine Kohlenstoffkomponente (50) und eine Metallkomponente, die mit Lithium legieren kann, enthält; und die Kohlenstoffkomponente (50) ein erstes Kohlenstoffmaterial (51) mit einer kugelförmigen Form und ein zweites Kohlenstoffmaterial (52) mit einer linearen Form umfasst.
  2. Die Festkörperbatterie nach Anspruch 1, wobei das erste Kohlenstoffmaterial (51) Ruß, Graphit oder eine beliebige Kombination davon umfasst.
  3. Die Festkörperbatterie nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Kohlenstoffmaterial (51) eine Teilchengröße D50 von etwa 10 nm bis 100 nm aufweist.
  4. Die Festkörperbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das zweite Kohlenstoffmaterial (52) einwandige Kohlenstoffnanoröhren, doppelwandige Kohlenstoffnanoröhren, mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren, aus der Dampfphase gewachsene Kohlenstofffasern, Kohlenstoffnanofasern oder eine beliebige Kombination davon umfasst.
  5. Die Festkörperbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das zweite Kohlenstoffmaterial (52) eine Länge von etwa 0,5 µm bis 10 µm aufweist.
  6. Die Festkörperbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das zweite Kohlenstoffmaterial (52) einen Außendurchmesser von etwa 30 nm bis 100 nm aufweist.
  7. Die Festkörperbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das zweite Kohlenstoffmaterial (52) ein Aspektverhältnis von etwa 5 bis 330 aufweist.
  8. Die Festkörperbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Massenverhältnis des ersten Kohlenstoffmaterials (51) zum zweiten Kohlenstoffmaterial (52) etwa 5:95 bis 95:5 beträgt.
  9. Die Festkörperbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Metallkomponente eines oder mehrere aus der Gruppe bestehend aus Gold, Platin, Magnesium, Palladium, Silizium, Silber, Aluminium, Wismut, Zinn und Zink umfasst.
  10. Die Festkörperbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Zwischenschicht (12) ferner ein Bindemittel umfasst, wobei die Zwischenschicht (12) umfasst: eine Menge von etwa 60 Gew.-% bis 85 Gew.-% der Kohlenstoffkomponente (50); eine Menge von etwa 10 Gew.-% bis 30 Gew.-% der Metallkomponente; und eine Menge von etwa 1 Gew.-% bis 10 Gew.-% des Bindemittels, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zwischenschicht (12).
  11. Die Festkörperbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Dichte der Zwischenschicht (12) etwa 1,0 g/cm3 bis 1,8 g/cm3 beträgt.
  12. Fahrzeug mit einer Festkörperbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
DE102023111749.1A 2022-09-02 2023-05-05 Anodenlose festkörperbatterie, die eine gleichmässige ablagerung von lithium ermöglicht Pending DE102023111749A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220111238A KR20240032354A (ko) 2022-09-02 2022-09-02 리튬이 균일하게 증착되는 무음극 전고체 전지
KR10-2022-0111238 2022-09-02

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102023111749A1 true DE102023111749A1 (de) 2024-03-07

Family

ID=89905285

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102023111749.1A Pending DE102023111749A1 (de) 2022-09-02 2023-05-05 Anodenlose festkörperbatterie, die eine gleichmässige ablagerung von lithium ermöglicht

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20240079599A1 (de)
KR (1) KR20240032354A (de)
CN (1) CN117650269A (de)
DE (1) DE102023111749A1 (de)

Also Published As

Publication number Publication date
KR20240032354A (ko) 2024-03-12
CN117650269A (zh) 2024-03-05
US20240079599A1 (en) 2024-03-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102015106879B4 (de) Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyt und Verfahren zum Herstellen derselben
DE112012000825B4 (de) Elektrode für einen Lithium-Akkumulator und Lithium-Akkumulator
DE102016102947B4 (de) Aktivmaterialkompositteilchen und Lithiumbatterie
DE102015110661A1 (de) Verbundaktivmaterial und Verfahren für dessen Herstellung
DE112014000438B4 (de) Festkörperbatterie und Verfahren zum Herstellen derselben
DE102017109566B4 (de) Kathodenaktivmaterial und dieses umfassende lithium-ionen-sekundärbatterie
DE112014000685T5 (de) Elektrodenmaterialien mit einer synthetischen Festelektrolyt-Grenzfläche
DE112016006819T5 (de) Lithium-ionen-batterie und kondensator-hybridisierung auf material- und elektrodenniveau
DE112013001595T5 (de) Festkörper-Lithiumsekundärbatterie
DE102017128713A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Festelektrolyten und einer Festkörperbatterie, welche diesen aufweist
DE102018216045A1 (de) Positivelektrodenmaterial und dieses verwendende Lithiumsekundärbatterie
DE102020112612A1 (de) Anodenlose festkörperbatterie
DE102020101141A1 (de) Verfahren zur vorlithierung von elektroaktivem material und elektroden mit vorlithiertem elektroaktivem material
DE102019115643A1 (de) Festkörperelektroden mit elektronisch leitenden, nicht-kohlenstoffhaltigen zusatzstoffen
DE102018108136A1 (de) Stapelbatterie
DE102020117055A1 (de) Negative verbundelektrode für festkörperbatterie
DE102021130384A1 (de) Leitfähige füllstoff-vorläuferdispersionen aufkohlenstoff-basis für batterieelektroden und verfahren zu deren herstellung und verwendung
DE69817592T2 (de) Lithium-ionen sekundärbatterie und verfahren zu deren herstellung
DE102018217326A1 (de) Lithiumionen-Sekundärbatterie-Elektrode und Lithiumionen-Sekundärbatterie
DE102022101539A1 (de) Anodenaktivmaterialschicht
DE102023111749A1 (de) Anodenlose festkörperbatterie, die eine gleichmässige ablagerung von lithium ermöglicht
DE102020130352A1 (de) Festkörperbatterie mit hoher energiedichte und stabiler betriebsfähigkeit
DE102022101694A1 (de) Festkörperbatterie
DE102022115633A1 (de) Anodenfreie all-solid-state-batterie geeignet für den betrieb bei niedrigen temperaturen und verfahren zur herstellung derselben
DE102019109107A1 (de) Verfahren zum Herstellen einer Gesamtfestkörperbatterie, Gesamtfestkörperbatterie und Gesamtfestkörperbatteriesystem