用于制造用于锂电池的功能层的方法技术

本发明专利技术涉及用于制造用于锂电池（28）的功能层（20）、尤其是用于锂金属阳极（30）的保护层（20）的方法，其中所述功能层（20）是锂离子导电的并且具有至少一种无机材料、尤其是陶瓷材料的颗粒（14），其中至少一种无机材料的颗粒（14）通过沉积被施加到载体（18）上。本发明专利技术此外涉及一种用于锂电池的功能层（20）、尤其是阳极保护层（20）以及包括所述功能层的锂电池或锂电池组，其中所述功能层通过前面所描述的方法来制造。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于制造用于锂电池的功能层、尤其是用于锂金属阳极或锂金属阴极的保护层的方法、一种用于锂电池的功能层以及包括该功能层的锂电池或锂电池组。
技术介绍
在不同类型的锂(Li)电池组、尤其是所谓的后锂离子电池组、诸如锂硫电池组或锂氧电池组中，金属锂阳极被用作阳极。该锂阳极尤其具有以下问题，即在该锂阳极上发生与电解质或包含在电解质中的物质(例如在LiS电池的情况下多硫化物)的寄生反应。由此不仅电解质而且锂本身被耗尽。为了防止这一点，在金属锂阳极上需要保护层，该保护层防止金属锂和电解质之间的直接接触并且同时具有足够高的锂离子导电性。目前，大多数的构思以相对于枝晶生长稳定的层为出发点，该层阻止生长的枝晶穿过该层生长。为此需要高的机械稳定性。该稳定性例如可以通过陶瓷材料实现，所述陶瓷材料然而由于其脆性而不能单独被使用。
技术实现思路
在该背景下，利用本专利技术根据独立权利要求介绍一种、一种用于锂电池或锂电池组的功能层以及一种包括该功能层的锂电池或锂电池组。有利的设计方案由相应的从属权利要求和随后的描述得出。根据本专利技术的方法提供以下优点，即可以制造用于锂电池的功能层、尤其是用于锂金属阳极或锂金属阴极的功能层，该功能层不仅对于锂离子是灵活的而且相对于枝晶是稳定的。锂电池尤其是可以被理解为电化学电池，该电化学电池的阳极(负电极)包括锂。例如在此可以涉及锂金属电池、具有由金属锂或锂合金构成的阳极(负电极)的电池、或必要时涉及锂离子电池、其阳极包括夹入材料、例如石墨的电池，锂可以可逆地插入到该夹入材料中并且从该夹入材料中移出。有利的是，气溶胶沉积方法(ADM方法)被用于将至少一种无机材料的颗粒和聚合物粘合剂沉积到载体上。用于气溶胶沉积的沉积参数例如可以如下: 一原始粉末的粉末分布:50nm-5ym (d50 = 1-3 μm) 一用于气溶胶产生的振动频率:80-800rpm 一喷嘴开口:0.5*10mm2 一喷嘴类型:拉瓦尔喷嘴一载气流:1.5-61/min 一载气类型:氩气、氨气、氮气 -(沉积腔和气溶胶发生器之间的)压力差:80-180mbar 一到衬底的喷嘴间距:3-15mm 一扫描速度(摆渡速度):0.l-3mm/s 一摆渡次数:1-60 一层厚度:0.5-20 μ m。通过ADM方法，至少一种无机材料的颗粒可以碾碎地作为层被沉积到载体上，由此可以实现很低的、例如在小于或等于10%、尤其是小于或等于2%的范围内的、特别是0%的孔隙度。该措施用于具有阳极保护层的电池中的阳极和电解质的完全分离或具有阴极保护层的电池中的阴极和电解质的完全分离(枝晶生长，电解质分解)。此外，有利的是，至少一种无机材料的颗粒和聚合物粘合剂的沉积同时或交替地进行。由此该功能层获得高的灵活性，因为形成一种合成物，在该合成物中聚合物链作为用于陶瓷颗粒的粘合剂起作用。此外，有利的是，功能层在没有附加的退火步骤的情况下构成。即，换句话说，舍弃在常规的陶瓷材料、例如锂镧钛氧化物(LLTO )、磷酸锂镧钛(LATP )、石榴石、如锂镧锆氧化物的情况下在制造用于构造颗粒接触的层之后为了减小从一个颗粒到下一个颗粒的过渡电阻并且因此为了保证足够高的锂导电性所需的事后的退火或再烧结。这又能够实现在较低的温度下、尤其是在玻璃熔化温度之上、但是在聚合物的熔化温度之下的温度下、典型地在大约150°C的情况下制造功能层。在此情况下的优点是，可以实现聚合物的无定形区域的重新定向并且所使用的聚合物粘合剂不被耗尽，由此改进功能层的机械稳定性并且提高功能层的柔韧性。此外，有利的是，压缩功能层。该压缩尤其是可以借助压延过程来实现。压缩例如可以借助压缩机、例如借助压延机来实现。通过压缩过程，可以以有利的方式制造紧密的功能层并且尤其是封闭可能以前形成的孔。此外，可以通过该压缩以有利的方式改进各个颗粒之间的接触。这又导致过渡电阻被最小化以及锂导电性和比能量密度被提高。此外，有利的是，聚合物粘合剂是锂离子导电的和/或无机材料的颗粒在功能层的厚度方向上构造连续的锂离子导电路径和/或功能层具有至少一种锂导电盐。可以从由六氟磷酸锂(LiPF6)、双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)、四氟硼酸锂(LiBF4)、双乙二酸硼酸锂、硫化电解质、硫银锗矿、富锂反钙钛矿、锂镧钙钛矿和其混合物组成的组中选择该锂导电盐。由此进一步提高功能层针对锂离子的导电性。此外，有利的是，锂导电盐与至少一种无机材料的颗粒和聚合物粘合剂一起通过沉积被施加到载体上。由此可以以快速并且成本低的方式和方法将锂导电盐与至少一种无机材料的颗粒和聚合物粘合剂一起作为第三组分借助ADM施加到载体上。替代地，也可以在至少一种无机材料的颗粒和聚合物粘合剂沉积之后将锂导电盐引入到功能层中。此外，有利的是，载体具有锂并且尤其是被构造为锂薄膜。由此可以以有利的方式舍弃用于将功能层施加到锂上的另一个过程步骤或另外的过程步骤。替代地，然而也可以将载体构造为载体衬底，功能层尤其是借助再层压(Umlaminier )或蚀刻过程从该载体衬底被去除。随后，功能层于是例如借助压延过程被施加到锂薄膜上。【附图说明】以下借助附图示例性地进一步解释本专利技术。图1示出根据本专利技术的一个实施例的方法的示意图；和图2示出根据本专利技术的锂电池的一种实施方式的示意性横截面。在本专利技术的优选的实施例的随后的描述中，对于在不同的图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图标记，其中舍弃对这些元件的重复描述。【具体实施方式】在图1中描绘了气溶胶涂覆装置10，通过该气溶胶涂覆装置可以实施根据本专利技术的方法或产生根据本专利技术的功能层。该气溶胶涂覆装置10具有喷嘴12，该喷嘴例如可以被构造为拉瓦尔喷嘴。喷嘴12的喷嘴开口例如可以为0.5*10mm2。气溶胶涂覆装置10当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于制造用于锂电池（28）的功能层（20）、尤其是用于锂金属阳极（30）或用于锂金属阴极（32）的保护层（20）的方法，其中所述功能层（20）－是锂离子导电的并且－具有至少一种无机材料、尤其是陶瓷材料的颗粒（14），－其中所述至少一种无机材料的颗粒（14）通过沉积被施加到载体（18）上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：C恩格尔，M布青，M滕策，J法努斯，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE