用于制造固体电池单格的方法与流程

本发明涉及一种用于制造固体电池单格(或称为固态电池单格，即-batteriezelle)的方法。该方法尤其涉及制造分隔部材料，其然后插入在固体电池单格中。

背景技术：

1、对于机动车的驱动，增加地使用电池、尤其锂离子电池。尤其，例如机动车具有用于驱动机动车的电机，其中电机可通过存储在电池单格中的电能驱动。电池通常由电池单格组成，其中每个电池单格具有负极片、正极片和分隔部片的堆垛。负极片和正极片的至少一部分实施为导流器，用于朝向布置在单格外部的消耗器导走由单格提供的电流。已知带有液态或固态电解质(固体电池)的电池单格。

2、固体电池单格尤其包括气密实施的壳体和布置在其中的相叠布置的电极或层的至少一个堆垛。壳体可实施为形状固定的壳体(棱柱形单格)或至少部分地由可弹性变形的薄膜材料(袋状单格)实施。同样可实现两个壳体类型的组合。

3、分隔部材料用于ass电池单格(全固体状态电池单格或固体电池单格)中，其因此仅仅包括固态部件(包括半固体电解质，例如聚合物)，因此同样固体电解质。该固体电解质作为导引离子的分隔部材料布置在电极(负极，正极)之间。该分隔部材料通常由陶瓷材料构成或由聚合物、玻璃或混合材料构成。

4、由导引离子的固体电解质构成的分隔部具有尤其相对于空气湿气和空气氧气的明显不稳定性。此外，在例如导引离子的固体电解质的烧结过程或制造的范畴中离子或锂的明显部分从材料蒸发。锂蒸发和与空气组成部分的反应二者降低离子或锂导引能力且因此降低针对固体电池单格的分隔部材料或分隔部膜片的性能。

5、此外通常想要在固体电池单格中原地在电池单格的第一充电循环中(因此在造型期间)构造锂负极。为此尤其必要的是，存在在分隔部材料的表面处的确定特征，因此为此所需的沉积起作用。

6、分隔部材料与空气湿气或空气氧气的接触迄今通过使用保护气体气氛中断。这样的保护气体气氛的提供和维持然而非常耗费。

7、从gb 1 189 222 a1中已知用于制造用于电池单格的电极的方法。在此，制造电解质固体且以电极材料覆层。

8、从wo 2004/067259 a1已知用于燃料电池的制造方法。

技术实现思路

1、本发明的任务是，至少部分解决参考现有技术提出的问题。尤其应提出一种方法，通过其可实现固体电池单格对于较低成本的制造。

2、根据本发明的方法有助于解决该任务。有利的改进方案是本发明的对象。在本发明中单个举出的特征以技术上有意义的方式彼此可组合且可通过来自说明书的阐释的事实和/或来自附图的细节补充，其中指出本发明的另外的实施变型方案。

3、提出了一种用于制造固体电池单格的方法。该方法具有至少如下步骤：

4、a)提供以层的形式的用于分隔部材料的初始材料；且

5、b)至少部分以可升华的覆层材料进行层的覆层且构造以覆层覆层的分隔部材料。

6、方法步骤以a)和b)的上述(非穷尽的)划分应主要仅用于区分且不强制要求顺序和/或相关性。同样，方法步骤的频率可改变。同样可能的是，方法步骤彼此至少部分时间上重叠。优选地，步骤a)和b)在说明的顺序中执行。

7、在步骤a)和b)中制造的覆层的分隔部材料尤其设置用于使用在锂离子电池单格或锂金属电池单格中，若有可能同样用于钠或铝电池单格。

8、分隔部材料用于ass电池单格(全固体状态电池单格或固体电池单格)中，其因此仅仅包括固体部件(包括半固体电解质，例如聚合物)，因此同样包括固体电解质。该固体电解质作为导引离子的分隔部材料布置在电极之间和/或作为电解质已经在活性材料中被包含或与其混合。该分隔部材料通常由陶瓷材料或由聚合物、玻璃或混合材料构成。

9、尤其在步骤a)和b)之间设置有另一步骤a1)，在其中层在步骤a)后被烧结。该过程步骤尤其在陶瓷分隔部材料的情形中设置。在步骤a1)后然后尤其联接有步骤b)。

10、尤其，用于用作分隔部材料(或作为在负极层或正极层中的电解质)的导引锂离子的初始材料包括至少以下一种来自硫化物、氧化物、氮化物、卤化物、氢化物或聚合物的材料类的材料。对此例如提及如下：thio-lisicon类材料(li2s-p2s5,li2s-sis2,li2s-ges2)、硫银锗矿(li6ps5x(其中x＝cl、br或i),li7ps6,li7pse6)、石榴石(li7la3zr2o12(llzo))、钙钛矿(li3xla2/3-3xtio3(llto))；nasicon类材料(li1+xalxti2-x(po4)3,li1.5al0.5ge1.5(po4)3,)、卤化物(li2cdcl4)、氮化物(li3n、li2pn4)、氢化物(li2nh,libh4)、聚合物、(peo-litfsi、磷腈-litfsi、peo-lifsi)。尤其，提到的材料的组合同样是可能的。

11、电极尤其包括载体材料，例如铜或铝薄膜。所使用的载体材料尤其包括用于负极的3至15μm厚的铜和用于正极的3至15μm(微米)厚的铝。载体材料至少在最大的侧面上、若有可能同样在彼此相对而置的最大的侧面上至少部分地以活性材料覆层。载体材料实施为连续材料。

12、在步骤a)的范畴中，尤其进行提供以层的形式的用于分隔部材料的初始材料。层例如是薄膜式或面型主体，其尤其方形但是构造成带有较小材料厚度。在此，主体具有两个彼此相对而置布置的最大的侧面和明显更小的另外的侧面或层的边缘。

13、在步骤b)的范畴中，尤其进行至少部分(或完全)以可升华覆层材料对层的覆层以及以覆层覆层的分隔部材料的构造。可升华尤其意味着，覆层材料在施加到分隔部材料上后由固体状态直接过渡到气态状态。

14、该过渡应尤其在如下环境条件中进行，其对于电池单格的另外的部件不是有害的。

15、覆层可通过不同类型的覆层方法施覆，例如通过喷涂、沉入、叠层等。

16、尤其，层是面型主体，其两个最大的彼此相对而置的侧面在步骤b)中完全覆层。尤其，所有侧面、因此整个主体全面覆层。

17、尤其，覆层至少对于h2o和/或co2不可穿透。不可穿透意味着，在分隔部材料和提到的分子之间的接触通过覆层阻止或穿过覆层材料是不可能的。

18、尤其，覆层材料至少部分包括樟脑(c10h16o)，也称为莰烷-2-酮或1,7,7-三甲基-双环[2.2.1]庚-2-酮，或优选完全由其构造。

19、樟脑在室温下已经升华且作为覆层至少对于h2o和/或co2不可穿透。

20、然而同样可使用其他的覆层材料，其具有类似性质。

21、尤其，覆层材料在尤其跟随步骤b)的步骤c)中在最高120摄氏度、优选最高100摄氏度的温度的情形中，并且在小于250毫巴的压力的情形中，尤其在小于150毫巴的压力的情形中，优选在最高100毫巴的压力的情形中，升华并至少部分地(或完全地)从分隔部材料中移除。

22、尤其，覆层材料在步骤c)中、优选地以提到的过程参数完全地从分隔部材料中移除。

23、尤其，升华的覆层材料在步骤c)后被捕获和循环。尤其，覆层材料可几乎不受限地重复使用，优选地同样用于所述方法。

24、尤其，覆层的分隔部材料在步骤b)和步骤c)之间至少布置在两个电极材料之间。由于覆层材料的可能的升华，覆层材料的移除也可在堆垛电池单格的部件后进行。在此，覆层材料可例如沿着相叠而置的部件的表面从堆垛逸出且引走。分隔部材料与h2o和/或co2的接触在该时间点尤其通过之前覆层的表面与堆垛的另外的部件(例如电极)的接触阻止。

25、尤其，布置成堆垛的电极材料和覆层的分隔部材料可在步骤b)和步骤c)之间布置在电池单格的壳体中。升华的覆层材料可然后尤其经由壳体的开口移除。

26、尤其，壳体在步骤c)后封闭。

27、利用提出的方法可尤其降低针对电池单格的制造的成本，因为不需要单独的惰性气体气氛。此外，分隔部材料的储存能力改善或其老化延缓。

28、另外提出了固体电池单格，至少包括电池单格的壳体和布置在其中地至少两个电极(负极和正极)以及分隔部材料的至少一个层，其通过所述方法制造。

29、固体电池单格尤其是袋状单格(带有由袋状薄膜构成的可变形的电池单格壳体)或棱柱形单格(带有形状固定的电池单格壳体)。带状薄膜是已知的可变形的壳体部件，其用作用于所谓的袋状单格的电池单格壳体。其为复合材料，例如包括塑料和铝。

30、固体电池单格尤其是锂离子电池单格或锂金属电池单格。

31、固体电池单格是电流存储器，其例如用于在机动车中存储电能。尤其，例如机动车具有用于驱动机动车的电机(牵引驱动器)，其中电机通过存储在固体电池单格中的电能可驱动。

32、另外提出了机动车，至少包括牵引驱动器和带有所述固体电池单格中的至少一个的电池，其中牵引驱动器通过至少一个固体电池单格可供给以能量。

33、尤其，设置有至少一个用于数据处理的系统，其具有器件，其适用于执行方法或控制实施该方法的装置地被装备、配置或编程或其实施方法。

34、该器件例如包括处理器和存储器，在其中存储待通过处理器实施的指令，以及数据线路或传递设备，其能够实现在提出的元件之间传递指令、测量值、数据或类似物。

35、另外提出了计算机程序，包括指令，其在通过计算机实施程序时允许其实施所述方法或所述方法的步骤。

36、另外提出了计算机可读的存储介质，包括指令，其在通过计算机实施程序时允许其实施所述方法或所述方法的步骤。

37、对于方法的实施方案可传递到固体电池单格、机动车、用于数据处理的系统和/或计算机实现的方法(因此计算机程序和计算机可读的存储介质)上且反之亦然。

38、不定冠词(“一”、“一个”、“一种”和“某一”)的使用，尤其在专利权利要求和反映它们的说明书中，应被理解为不定冠词而不是数字。相应地，因此引入的概念或部件由此应理解为它们至少存在一次并且尤其也可以存在多次。就一个构件可以出现多次(“至少一个”)而言，对于这些构件中的一个的描述可以同样适用于这些构件中的大多数构件的一部分或全部，但这不是强制性的。

技术特征：

1.一种用于制造固体电池单格(1)的方法，其中所述方法具有至少如下步骤：

2.根据专利权利要求1所述的方法，其中，所述层(3)是面型主体，其两个最大的彼此相对而置的侧面(6)在步骤b)(11)中完全覆层。

3.根据前述专利权利要求中任一项所述的方法，其中，在步骤b)(11)中生成的覆层(5)至少对于h2o或co2不可穿透。

4.根据前述专利权利要求中任一项所述的方法，其中，所述覆层材料(4)包括樟脑(c10h16o)。

5.根据前述专利权利要求中任一项所述的方法，其中，所述覆层材料(4)在随后的步骤c)(12)中在最高120摄氏度的温度的情形中且在小于250毫巴的压力的情形中升华且至少部分地从所述分隔部材料(2)中移除。

6.根据专利权利要求5所述的方法，其中，所述覆层材料(4)在步骤c)(12)中完全从所述层(3)中移除。

7.根据前述专利权利要求5和6中任一项所述的方法，其中，所述升华的覆层材料(4)在步骤c)(12)后捕获且循环。

8.根据前述专利权利要求5至7中任一项所述的方法，其中，所述覆层的分隔部材料(2)在步骤b)(11)和步骤c)(12)之间至少布置在两个电极材料(7)之间。

9.根据专利权利要求8所述的方法，其中，布置成堆垛(8)的电极材料(7)和覆层的分隔部材料(2)在步骤b)(11)和步骤c)(12)之间布置在所述电池单格(1)的壳体(9)中。

10.根据专利权利要求9所述的方法，其中，所述壳体(9)在步骤c)(12)后封闭。

技术总结
本发明涉及一种用于制造固体电池单格(1)的方法；其中方法具有至少如下步骤：a)提供以层(3)的形式的用于分隔部材料(2)的初始材料；且b)至少部分以可升华的覆层材料(4)覆层层(3)且构造以覆层(5)覆层的分隔部材料(2)。

技术研发人员：S·L·科赫,M·昆泽,T·詹森
受保护的技术使用者：大众汽车股份公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23