用于制造固体电解质的方法、固体电解质和锂离子电池技术

本发明专利技术涉及一种用于制造用于锂离子电池(1)的固体电解质(9)的方法。所述方法包括以下步骤：i)提供固体电解质(2)的层，并且ii)以第一涂层(5)涂覆固体电解质(2)的层的至少一个第一表面(3)，所述第一涂层具有在相对于Li/Li+测量为‑1至5V的电位时的电化学稳定性。

Methods for manufacturing solid electrolytes, solid electrolytes and lithium-ion batteries

The present invention relates to a method for manufacturing a solid electrolyte (9) for lithium ion batteries (1). The method comprises the following steps: i) providing a layer of solid electrolyte (2), and I i) coating at least one first surface (3) of the layer of solid electrolyte (2) with a first coating (5), which has electrochemical stability at a potential of 1 to 5V relative to Li/Li+measurement.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制造固体电解质的方法、固体电解质和锂离子电池
本专利技术涉及一种用于制造固体电解质的方法以及一种具有改善的离子电导率的固体电解质。此外，本专利技术也涉及一种锂离子电池，所述锂离子电池特别是以二次锂离子电池的形式构成并且其特征在于高的容量。
技术介绍
固体电解质为提供体积上和重量上的高的能量和功率密度作出贡献并且还在安全相关方面相对于液体电解质和凝胶电解质而优选。与液体电解质相同，固体电解质在低化学电位(如该低化学电位出现在电池的负电极(阳极)上)时或者也在较高的电位(如该较高的电位出现在电池的正电极(阴极)上)时是不稳定的并且在还原或氧化的情况下分解。在电解质与电极之间的分界面上形成电解质分解产物的层(分界面结构)，部分地在使用电极材料的情况下形成，所述电极材料的特征在于减小的离子电导率并且由此在一个电池单元中产生附加的欧姆电阻。能量和功率密度由此降低。由于使用电极材料，电池的容量附加地下降。
技术实现思路
由所述现有技术出发，本专利技术的任务在于，给出一种用于制造固体电解质的方法，利用所述方法能够在电池单元中使用固体电解质的情况下避免分解反应并且有效地阻止离子电导率减小。此外，本专利技术的任务在于，提供一种固体电解质，所述固体电解质的特征在于降低向形成分界面结构的倾向并且因此特征也在于持续高的离子电导率和稳定性。此外，本专利技术的任务在于提供一种锂离子电池或者说也提供一种二次锂离子电池，其具有高的容量和稳定性。按照本专利技术，所述任务通过一种用于制造固体电解质的方法来解决，在所述方法中首先提供固体电解质的层，并且接着以第一涂层涂覆固体电解质的所述层的至少一个第一表面，所述涂层具有在相对于Li/Li+测量为-1至5伏特(V)的电位时的电化学稳定性。要使用的固体电解质不详细限制。合适的固体电解质例如是磷酸盐、氧化物、硫化物、石榴石、钙钛矿、LISICON、LIPON、NASICON和Thio-LISICON。固体电解质的层的形状也不受限制并且相应地可以符合电导率和稳定性的要求地构成。固体电解质的所述层具有第一表面。所述第一表面是在一个电池单元的构造(Verbau)内通常与电极接触的表面。换言之，所述第一表面是固体电解质的层的朝向电极的面。按照本专利技术，至少所述第一表面被涂覆。第一涂层在此具有在相对于Li/Li+测量为-1至5V的电位时的电化学稳定性。按本专利技术的意义，第一涂层可以由单化合物(Einzelverbindung)、化合物混合物(Verbindungsgemisch)或涂层组合物(Besichtungszusammensetzung)而形成。第一涂层相对于电解质材料是惰性的并且在相对于Li/Li+测量为-1直至5伏特的电位时不经受电化学反应并且特别是不经受劣化。这意味着，所述第一涂层即使在低电压/电位的情况(如所述低电压/电位例如出现在电池单元的阳极上)下并且在高电压/电位的情况(如所述高电压/电位例如出现在电池单元的阴极上)下在电化学方面也不转化(umsetzen)。通过固体电解质的涂层，固体电解质的层的第一表面似乎配设有保护层。所述保护层阻止或减少电解质与要接通的电极的直接的电接触。通过第一涂层的电化学稳定性，在一个电池单元内的固体电解质的构造中因此不发生电解质的分解反应。此外，由于电解质的劣化消失也不使用电极材料。通过进行保护的第一涂层来消除或有效阻止降低电导率的分界面结构的形成。由此可以在改善离子电导率的同时提高固体电解质的寿命。因此，也可以提高包含按照本专利技术制造的固体电解质的电池的功率密度和能量密度。所述方法能简单地在没有高的技术耗费的情况下成本有利地实施。各从属权利要求的内容为本专利技术的优选的构造形式和进一步扩展方案。根据按照本专利技术的方法的一种有利的进一步扩展方案，所述方法包括以第二涂层涂覆固体电解质的层的第二表面的步骤，所述第二涂层具有在相对于Li/Li+测量为-1至5V的电位时的电化学稳定性。第二表面同样是在一个电池单元内固体电解质的层的构造中朝向电极的表面。例如，所述第一涂层是如下涂层，所述涂层形成在固体电解质的第一表面上并且在电池单元中朝向阳极。在这种情况下，所述第二涂层是形成在固体电解质的第二表面上并且在电池单元中朝向阴极的涂层。备选于此地，第一涂层也可以具有形成在固体电解质的第一表面上的并且在电池单元中朝向阴极的涂层。在这种情况下，第二涂层将是形成在固体电解质的第二表面上并且在电池单元中朝向阳极的涂层。所述第二涂层可以类似于第一涂层地构成，但也可以具有其他组合物(Zusammensetzung)。无论如何，所述第二涂层也具有在相对于Li/Li+测量为-1至5V的电位时的电化学稳定性。通过两侧的涂层，所述固体电解质在可以与电极接触的两个表面上电化学地屏蔽并且不经受分解反应。在形成分界面结构的情况下既不使用阳极材料也不使用阴极材料。所述固体电解质的特征在于特别高的离子电导率和用于提供高能量密度的容量。特别有利地，所述第一涂层具有在相对于Li/Li+测量为-1至1.5V电位时的电化学稳定性。所给出的电位范围是可能导致电解质与阳极材料特别是通过形成SEI(固体电解质中间相)分解反应的电位范围。因此，第一涂层特别是安置在固体电解质的在电池单元内的构造中朝向阳极的侧面上。备选或附加于此地，有利地规定，所述第二涂层具有在相对于Li/Li+测量为2至5V的电位时的电化学稳定性。2至5V的电位范围可能导致电解质和阴极材料分解反应(氧化)。因此，所述第二涂层特别是安置在固体电解质的在电池单元内的构造中朝向阴极的侧面上。特别有利地，所述固体电解质在其第一表面上以第一涂层涂覆，所述第一涂层具有在-1至1.5V的电位时的稳定性并且在其第二表面上以第二涂层涂覆，所述第二涂层具有在2至5伏特的电位时的稳定性。以此，所述固体电解质在使用于电池中时特别良好地被保护免于劣化。进一步有利地，所述第一涂层选自：、LiOH、Li2CO3、LiF、Li2O、聚碳酸亚乙烯酯、二碳酸乙烯锂(LEDC)、二硅酸锂(LDC)、锂-猛-钴(LMC)、CH3OLi、CH3CH2OLi、LiOCH2CH2OLi、Li3N和由此的混合物。备选或附加于此地，所述第二涂层选自：LiOH、Li2CO3、LiF、Li2O、Li-La-Ti-O、二氧化钛和磷酸盐并且其中特别是：AlPO4、Nb2O5和由此的混合物。所列举的单组分可以分别单独地应用但或者也以任意的组合来应用。只要所述第一和第二涂层不直接运用在其最终组合物中，而是以涂层组合物的形式使用，所述涂层组合物就可以包含其他添加剂，例如溶剂、流动辅助剂、粘度适配剂和类似物。这些添加剂仅对于施加涂层组合物是需要的并且可以在涂覆过程之后被去除。然而，只要添加剂相对于周围的材料是惰性的并且抑制(verhalten)要预期的电化学反应，添加剂的去除就不是必需的。上面提到的用于第一涂层的连接分别满足在-1至1.5V电位时的电化学稳定性的要求。此外，上面提到的用于第二涂层的连接分别满足在相对于Li/Li+测量为2至5V的电位时的电化学稳定性的要求。特别优选地，Li2CO3作为第一和/或第二涂层使用，因为Li2CO3能够非常良好地以希望的层厚度沉积或施加，提供良好的离子电导率(特别是对于锂离子)并且此外以低成本可购本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于制造用于锂离子电池(1)的固体电解质(9)的方法，所述方法包括以下步骤：‑提供固体电解质(2)的层，并且‑以第一涂层(5)涂覆固体电解质(2)的层的至少一个第一表面(3)，所述第一涂层具有在相对于Li/Li+测量为‑1至5V的电位时的电化学稳定性。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.13 DE 102016212736.51.用于制造用于锂离子电池(1)的固体电解质(9)的方法，所述方法包括以下步骤：-提供固体电解质(2)的层，并且-以第一涂层(5)涂覆固体电解质(2)的层的至少一个第一表面(3)，所述第一涂层具有在相对于Li/Li+测量为-1至5V的电位时的电化学稳定性。2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，以第二涂层(6)涂覆固体电解质(2)的层的第二表面(4)，所述第二涂层具有在相对于Li/Li+测量为-1至5V的电位时的电化学稳定性。3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一涂层(5)具有在相对于Li/Li+测量为-1至1.5V的电位时的电化学稳定性；和/或所述第二涂层(6)具有在相对于Li/Li+测量为2至5V的电位时的电化学稳定性。4.按照权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述第一涂层(5)选自：LiOH、Li2CO3、LiF、Li2O、聚碳酸亚乙烯酯、LEDC、LDC、LMC、CH3OLi、CH3CH2OLi、LiOCH2CH2OLi、Li3N和由此的混合物；和/或所述第二涂层(6)选自：LiOH、Li2CO3、LiF、Li2O、Li-La-Ti-O、二氧化钛和磷酸盐，特别是AlPO4、Nb2O5和由此的混合物。5.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述涂覆借助于ALD、PVD、CVD、溅射或脉冲激光沉积实施。6.用于锂离子电池、特别是二次锂离子电池的固体电解质(9)，所述固体电解质包括具有第一表面(3)的固体电解质(2)的层，其中，所述第一表面(3)具有第一涂...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·K·安托诺保罗斯，
申请(专利权)人：宝马股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE