用于制造用于鋰電池的功能層的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于制造用于鋰電池的功能層、尤其是用于鋰金屬陽極或鋰金屬陰極的保護層的方法、一種用于鋰電池的功能層以及包括該功能層的鋰電池或鋰電池組。
【背景技術(shù)】
[0002]在不同類型的鋰(Li)電池組、尤其是所謂的后鋰離子電池組、諸如鋰硫電池組或鋰氧電池組中，金屬鋰陽極被用作陽極。該鋰陽極尤其具有以下問題，即在該鋰陽極上發(fā)生與電解質(zhì)或包含在電解質(zhì)中的物質(zhì)(例如在LiS電池的情況下多硫化物)的寄生反應(yīng)。由此不僅電解質(zhì)而且鋰本身被耗盡。為了防止這一點，在金屬鋰陽極上需要保護層，該保護層防止金屬鋰和電解質(zhì)之間的直接接觸并且同時具有足夠高的鋰離子導(dǎo)電性。
[0003]目前，大多數(shù)的構(gòu)思以相對于枝晶生長穩(wěn)定的層為出發(fā)點，該層阻止生長的枝晶穿過該層生長。為此需要高的機械穩(wěn)定性。該穩(wěn)定性例如可以通過陶瓷材料實現(xiàn)，所述陶瓷材料然而由于其脆性而不能單獨被使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在該背景下，利用本發(fā)明根據(jù)獨立權(quán)利要求介紹一種用于制造用于鋰電池的功能層的方法、一種用于鋰電池或鋰電池組的功能層以及一種包括該功能層的鋰電池或鋰電池組。有利的設(shè)計方案由相應(yīng)的從屬權(quán)利要求和隨后的描述得出。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的方法提供以下優(yōu)點，即可以制造用于鋰電池的功能層、尤其是用于鋰金屬陽極或鋰金屬陰極的功能層，該功能層不僅對于鋰離子是靈活的而且相對于枝晶是穩(wěn)定的。
[0006]鋰電池尤其是可以被理解為電化學(xué)電池，該電化學(xué)電池的陽極(負(fù)電極)包括鋰。例如在此可以涉及鋰金屬電池、具有由金屬鋰或鋰合金構(gòu)成的陽極(負(fù)電極)的電池、或必要時涉及鋰離子電池、其陽極包括夾入材料、例如石墨的電池，鋰可以可逆地插入到該夾入材料中并且從該夾入材料中移出。
[0007]有利的是，氣溶膠沉積方法(ADM方法)被用于將至少一種無機材料的顆粒和聚合物粘合劑沉積到載體上。用于氣溶膠沉積的沉積參數(shù)例如可以如下:
一原始粉末的粉末分布:50nm-5ym (d50 = 1-3 μm)
一用于氣溶膠產(chǎn)生的振動頻率:80-800rpm 一噴嘴開口:0.5*10mm2 一噴嘴類型:拉瓦爾噴嘴一載氣流:1.5-61/min 一載氣類型:氬氣、氨氣、氮氣
-(沉積腔和氣溶膠發(fā)生器之間的)壓力差:80-180mbar 一到襯底的噴嘴間距:3-15mm 一掃描速度(擺渡速度):0.l-3mm/s 一擺渡次數(shù):1-60 一層厚度:0.5-20 μ m。
[0008]通過ADM方法，至少一種無機材料的顆?？梢阅胨榈刈鳛閷颖怀练e到載體上，由此可以實現(xiàn)很低的、例如在小于或等于10%、尤其是小于或等于2%的范圍內(nèi)的、特別是0%的孔隙度。該措施用于具有陽極保護層的電池中的陽極和電解質(zhì)的完全分離或具有陰極保護層的電池中的陰極和電解質(zhì)的完全分離(枝晶生長，電解質(zhì)分解)。
[0009]此外，有利的是，至少一種無機材料的顆粒和聚合物粘合劑的沉積同時或交替地進行。由此該功能層獲得高的靈活性，因為形成一種合成物，在該合成物中聚合物鏈作為用于陶瓷顆粒的粘合劑起作用。
[0010]此外，有利的是，功能層在沒有附加的退火步驟的情況下構(gòu)成。即，換句話說，舍棄在常規(guī)的陶瓷材料、例如鋰鑭鈦氧化物(LLTO )、磷酸鋰鑭鈦(LATP )、石榴石、如鋰鑭鋯氧化物的情況下在制造用于構(gòu)造顆粒接觸的層之后為了減小從一個顆粒到下一個顆粒的過渡電阻并且因此為了保證足夠高的鋰導(dǎo)電性所需的事后的退火或再燒結(jié)。這又能夠?qū)崿F(xiàn)在較低的溫度下、尤其是在玻璃熔化溫度之上、但是在聚合物的熔化溫度之下的溫度下、典型地在大約150°C的情況下制造功能層。在此情況下的優(yōu)點是，可以實現(xiàn)聚合物的無定形區(qū)域的重新定向并且所使用的聚合物粘合劑不被耗盡，由此改進功能層的機械穩(wěn)定性并且提高功能層的柔韌性。
[0011]此外，有利的是，壓縮功能層。該壓縮尤其是可以借助壓延過程來實現(xiàn)。壓縮例如可以借助壓縮機、例如借助壓延機來實現(xiàn)。通過壓縮過程，可以以有利的方式制造緊密的功能層并且尤其是封閉可能以前形成的孔。此外，可以通過該壓縮以有利的方式改進各個顆粒之間的接觸。這又導(dǎo)致過渡電阻被最小化以及鋰導(dǎo)電性和比能量密度被提高。
[0012]此外，有利的是，聚合物粘合劑是鋰離子導(dǎo)電的和/或無機材料的顆粒在功能層的厚度方向上構(gòu)造連續(xù)的鋰離子導(dǎo)電路徑和/或功能層具有至少一種鋰導(dǎo)電鹽?？梢詮挠闪姿徜?LiPF6)、雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰(LiTFSI)、四氟硼酸鋰(LiBF4)、雙乙二酸硼酸鋰、硫化電解質(zhì)、硫銀鍺礦、富鋰反鈣鈦礦、鋰鑭鈣鈦礦和其混合物組成的組中選擇該鋰導(dǎo)電鹽。由此進一步提高功能層針對鋰離子的導(dǎo)電性。
[0013]此外，有利的是，鋰導(dǎo)電鹽與至少一種無機材料的顆粒和聚合物粘合劑一起通過沉積被施加到載體上。由此可以以快速并且成本低的方式和方法將鋰導(dǎo)電鹽與至少一種無機材料的顆粒和聚合物粘合劑一起作為第三組分借助ADM施加到載體上。
[0014]替代地，也可以在至少一種無機材料的顆粒和聚合物粘合劑沉積之后將鋰導(dǎo)電鹽引入到功能層中。
[0015]此外，有利的是，載體具有鋰并且尤其是被構(gòu)造為鋰薄膜。由此可以以有利的方式舍棄用于將功能層施加到鋰上的另一個過程步驟或另外的過程步驟。替代地，然而也可以將載體構(gòu)造為載體襯底，功能層尤其是借助再層壓(Umlaminier )或蝕刻過程從該載體襯底被去除。隨后，功能層于是例如借助壓延過程被施加到鋰薄膜上。
【附圖說明】
[0016]以下借助附圖示例性地進一步解釋本發(fā)明。
[0017]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的方法的示意圖；和圖2示出根據(jù)本發(fā)明的鋰電池的一種實施方式的示意性橫截面。
[0018]在本發(fā)明的優(yōu)選的實施例的隨后的描述中，對于在不同的圖中所示出的并且相似地起作用的元件使用相同或相似的附圖標(biāo)記，其中舍棄對這些元件的重復(fù)描述。
【具體實施方式】
[0019]在圖1中描繪了氣溶膠涂覆裝置10，通過該氣溶膠涂覆裝置可以實施根據(jù)本發(fā)明的方法或產(chǎn)生根據(jù)本發(fā)明的功能層。該氣溶膠涂覆裝置10具有噴嘴12，該噴嘴例如可以被構(gòu)造為拉瓦爾噴嘴。噴嘴12的噴嘴開口例如可以為0.5*10mm2。氣溶膠涂覆裝置10