固態電池的設計的制作方法

本發明涉及按照權利要求1的前序部分所述的用于制造固態電池的方法以及按照權利要求8的前序部分所述的固態電池。

背景技術：

目前不僅移動應用而且靜止應用對固態電池（feststoffzellen）或者固態電池組（feststoffbatterien）特別感興趣。固態電池或者固態電池組也被稱作“全固態電池（all-solid-state-batterien）”。在此，固態電池僅僅包含固體材料和尤其固體電解質，并且相對于傳統的、包含液態電解質的電池組具有以下優點，即固態電池由于使用固體電解質而具有良好的安全相關的特性和＞400wh/kg的高能量密度。

通過由固體電解質替代液態電解質，例如可以降低熱燒斷/燃燒（英語：“thermalrunaway（熱失控）”）的風險以及固態電池、也即電池組的爆炸，以及提高電池組的安全性和循環穩定性。

然而，由固體電解質替代液態電解質通常隨著陰極容量的減小而出現，因為材料、諸如licoo2具有小的鋰離子傳導性。此外，在對固態電池充電和放電時，例如固體鋰離子電池組由其內部構造和其作用原理決定地具有相比于具有液態電解質的已知鋰離子電池提高的膨脹或者收縮。固體鋰離子電池組的膨脹或者收縮在此可以視電池構造而定處于10-40%伸縮范圍中。

此外，所使用的材料、諸如所使用的固體電解質或者例如還有隔板的特性是這樣的：不能實現具有卷繞的電池堆疊的圓形或棱柱形規格的固態電池的經典構造。固體電解質尤其可以由陶瓷的或玻璃陶瓷復合物構成，所述陶瓷的或玻璃陶瓷復合物不能在需要的程度上變形或彎曲來因此實現圓形或棱柱形規格的電池的構造。在經典固體電池情況下所使用的隔板也僅能有條件地進行形變（verformen），其中所述隔板例如由具有在其上積聚的聚合物層的陶瓷層組成。因此當前僅經堆疊的電池（堆疊式電池（gestacktezellen））是可能的。然而所述經堆疊的或者堆積的電池（典型地也被稱作軟包電池（pouchzelle））具有以下缺點：在陽極側和陰極側被構造為集流體（例如al薄膜或者cu薄膜）的各個導體層在以軟包堆疊技術（pouch-stapeltechnik）制造固態電池時必須逐層地被堆疊。在此，薄膜的分切尤其是耗費的，因為例如連接片（接片（tab））必須被設置，以便能夠將各個導體層彼此電連接。然而，軟包堆疊技術具有以下優點：一方面能夠實現當前不能利用卷繞技術制造的固體電池，并且另一方面各個層在層堆疊中干凈地以平面方式疊置。

技術實現要素：

因此，本發明的任務是，至少部分地消除由現有技術已知的缺點。本發明的任務尤其是，在使用軟包堆疊技術的優點的情況下尤其簡化導體層到層堆疊中的分層。

為了解決該任務，建議具有權利要求1的全部特征、尤其特征部分的特征的用于制造固態電池、尤其鋰離子固態電池的方法。在從屬方法權利要求中說明本方法的有利的改進方案。此外，通過具有獨立權利要求8的全部特征、尤其其特征部分的特征的固態電池、尤其鋰離子固態電池來解決該任務。

從從屬方法權利要求、從屬設備權利要求、說明書和附圖得出本發明的其他特征和細節。在此，結合按照本發明的方法所描述的特征和細節當然結合按照本發明的固態電池也適用，并且分別反之亦然，使得關于公開內容始終相互地參考或者可以參考各個發明方面。

用于制造固態電池、尤其鋰離子固態電池的按照本發明的方法，所述固態電池具有第一導體層和第二導體層和至少一個分離層，其被堆疊成由至少兩個第一導體層和至少兩個第二導體層組成的層堆疊，其中通過分離層將第一導體層與第二導體層分離，并且其中將第一導體層的通過分離層分離的層和/或第二導體層的通過分離層分離的層逐層地彼此電連接，所述方法包括以下技術教導：導體層中的至少一個由柔性幅面構成，其中柔性幅面作為連續層被放入到層堆疊中，其中所述連續層至少共同地形成兩個第一導體層和/或兩個第二導體層。

優選地，固體電池組或者固體蓄電池（指的是可再充電電池組）應當被理解為固態電池，所述固體蓄電池在鋰離子電池組的情況下使用鋰層形式的陽極、或者具有陶瓷或者由玻璃組成而或者由玻璃陶瓷復合物組成的電解質層、以及包括多孔碳層的陰極。陽極和陰極通常通過隔板層與電解質分離，所述隔板層例如包括聚合物陶瓷復合料（verbundstoff）。通過隔板，改善在陽極處的電荷轉移，并且將陰極與電解質電化學連接。此外，隔板用于降低電阻。典型地由薄的薄膜來制造陽極和陰極的導體層，所述導體層也被稱作導電體或者陽極集流體或陰極集流體）。在陽極側上在此這例如可以涉及銅或鎳薄膜，在陰極側上，導體層通常是鋁薄膜。

與已知的軟包堆疊技術不同，為了制造固態電池，按照本發明由柔性幅面構成導體層中的至少一個、也即或者陽極集流體或者陰極集流體而也或者兩個集流體，所述柔性幅面作為連續層被放入到層堆疊中。從中得出以下優點，要么用于陽極的導體層或用于陰極的導體層也要么兩個導體層不必如通常的那樣逐層地被分切來將所述分切物逐層地放入到固態電池的層堆疊中，而是用于陰極和/或陽極的導體層作為連續層以形成層堆疊中的層的方式被放入到層堆疊中。在此，此外有利的是，對于例如兩個陽極導體層的電連接，可以取消連接片（接片）的昂貴的構成，因為共同地例如形成兩個陽極導體層的層作為柔性幅面連續地被構成。相同內容當然也在對于陰極層所使用的柔性幅面作為連續層的情況下適用。作為由柔性幅面組成的連續層逐層地放入第一導體層或者第二導體層應當也被理解為將導體層卷繞或折疊到層堆疊中。因此有利地將導體層中的至少一個實施為可卷繞的或者可折疊的柔性幅面或薄膜。如果陽極導體層例如被構成為由柔性幅面組成的連續層，那么所述陽極導體層可以在制造固態電池時以軟包堆疊技術被繞制（durchgewickelt）或者被放入或折入到層堆疊中，所述陽極導體層例如可以是cu導電體。有利地，僅相應的導體層（陽極或陰極/或分別兩者）必須配備有至少一個或剛好僅一個電連接片（接片），以便電連接層堆疊。由此，可以明顯地簡化固態電池或者相應的層堆疊的制造和構建。

為了簡化各個層到固態電池的層堆疊的堆疊，有利地作為組件給至少一個導體層預裝配隔板和可選地預裝配電解質，所述組件在堆疊固態電池時被放入或者卷入或折入由柔性幅面作為連續層構成的導體層中。

為了在將固態電池構成為鋰離子電池組的情況下避免在充電時鋰沉積、或者防止固態電池的放電，陽極導體層優選地至少逐段地被構成有覆層（用于電流隔斷），所述陽極導體層例如可以被構成為cu薄膜。覆層在此也有利地用于避免短路。

在放入柔性幅面時，有利地在導體層的層之間形成轉向部，所述柔性幅面作為連續層被分層到固態電池的層堆疊中。有利地在此轉向部分別包圍層堆疊的、在導體層的兩個層之間分層的層。有利地，在此導體層在轉向部的區域中被涂覆。

為了完全地避免對于導體層的耗費的分切，優選地由柔性幅面構成兩個導體層、也即被用作陽極集流體或陰極集流體的陽極導體層和陰極導體層，所述柔性幅面作為連續層被放入或者卷繞或折疊到層堆疊中。

為了例如避免在轉向部的區域中在第一導體層和第二導體層之間的非故意的電連接，陽極導體層與陰極導體層基本上正交地被放入或者卷繞或折疊到層堆疊中。如果固態電池例如被構成為方形的電池堆疊，那么對于作為連續層由柔性幅面構成的陽極導體層，轉向部被布置在長方體的一個平處和長方體的與該面相對的面處，其中于是對于另一導體層，轉向部被構成在處于之間的面處。

同樣通過固態電池、尤其鋰離子固態電池解決本發明的任務，所述固態電池尤其根據按照本發明的方法被制造，所述固態電池具有第一導體層和第二導體層和至少一個分離層，其被堆疊成由至少兩個第一導體層和至少兩個第二導體層組成的層堆疊，其中第一導體層通過分離層與第二導體層分離，并且其中第一導體層的通過分離層分離的層和/或第二導體層的通過分離層分離的層逐層地彼此電連接。在固態電池情況下，發明實質地規定，導體層中的至少一個由柔性幅面構成，其中柔性幅面作為連續層被放入在層堆疊中，所述連續層至少共同地形成兩個第一導體層和/或兩個第二導體層。

補充于按照本發明的方法的描述，在按照本發明的固態電池情況下可以在轉向部處以中間分接頭的形式構成集流體。中間分接頭例如可以用于將多個固態電池彼此連接。當然，以中間分接頭形式構成的集流體也可以替代在已知的固態電池情況下構成的集流體。

為了在這里避免關于按照本發明的固態電池的其他優點的重復，參照按照本發明的方法的有利構型的描述，并且全面地動用所述描述。

附圖說明

從本發明的實施例的隨后描述得出改善本發明的其他措施，所述實施例在圖中示意性地被示出。來自權利要求、說明書或附圖的全部特征和/或優點，包括結構詳情、空間布置和方法步驟在內，可以不僅本身、而且以不同的組合是本發明實質的。在此要注意的是，圖僅具有描述性質，并且不被認為以任意形式限制本發明。其中：

圖1示出按照現有技術的固態電池的一種實施例；

圖2示出按照本發明的固態電池的一種實施例，

圖3示出按照圖2的按照本發明的固態電池的實施例的片段，

圖4示出陽極導體層的涂覆，所述涂覆以一個方法步驟利用活性材料施加進行，

圖5以示意圖示出在裝配層堆疊時導體層的轉向方向，和

圖6示出固態電池的示意性簡圖，所述固態電池以軟包堆疊技術利用兩個由柔性幅面（bahn）構成的連續導體層構成。

在不同的圖中，相同的部件始終配備有同樣的附圖標記，因此所述相同的部件通常僅被描述一次。

具體實施方式

圖1示出由現有技術已知的固態電池100。固態電池100以軟包堆疊技術以形成隔間（kompartiment）20的方式、也即以作為單電池形成層堆疊的方式在多個層2、3、4、5和6中堆疊。上導體層在陰極側被構造，所述上導體層例如可以是鋁薄膜。層3鄰接導體層2，所述層3由固體電解質形成。在此，層3可以由陶瓷或由玻璃陶瓷復合物構成。層4鄰接形成固體電解質的層3，所述層4作為分離層或者隔板用于將陽極與陰極彼此分離。構成為分離層或者隔板層的層4通常由聚合物陶瓷復合料組成。層4向下、也即在陽極側有層5，所述層5在鋰離固態電池情況下被構成為鋰層。陽極集流體鄰接層5，所述陽極集流體以導體層6的形式被示出。陽極集流體或者陽極導體層6例如是銅或鎳薄膜。如果將層2與層6電連接，那么電壓50例如被分接（abgegriffen）用于運行電設備。

圖2示出根據按照本發明的方法所制造的固態電池1的片段。在按照本發明的固態電池1情況下是多個層堆疊，所述層堆疊在功能和分層方面對應于如在圖1中示出的固態電池100的各個層2、3、4、5和6。然而，不同于由現有技術已知的固態電池100，在按照本發明的固態電池1情況下，由柔性幅面7.1作為連續層7構成導體層2或6之一。當前，陽極集流體、也即導體層6示例性地作為連續層7放入到固態電池1的由多個隔間20或者層堆疊組成的軟包或者電池堆疊30中。如在圖2中的固態電池1的剖面中示出的，連續層7、也即柔性幅面7.1曲折狀地作為連續導體層6放入到固態電池1的隔間20中，所述隔間20由電池堆疊30的導體層6和層2、3、4、5形成。連續層7到電池堆疊30中的曲折狀布置也應當被理解為連續層7到軟包或者電池堆疊30中的卷繞或者折疊。陰極集流體、也即（如也由現有技術已知的）導體層2在陰極側作為單分切物（einzelzuschnitte）逐層地被堆疊在電池堆疊30中。在此，將在電池堆疊30中分層的導體層2的單分切物經由電連接元件8、例如導電橋分別彼此電連接。當前，電連接元件8附加地用于在陰極側向外引出電流。而由連續層7形成的層6連續地彼此電連接。在曲折狀地放入連續層7的情況下，在此以堆疊或者隔間的方式并且優選地間歇性地當前左右交替地（如在圖2中示出的那樣）構造轉向部（umlenkungen）9。為了避免短路或者為了阻礙在對固態電池1充電或放電時的鋰沉積，優選地在轉向部9的區域中用覆層10對構成為連續層7的柔性幅面7.1進行涂覆。覆層10當前在轉向部9的內半徑處在連續層上被構成。與這里在圖2中示出的變型、也即由柔性幅面7.1作為連續層7構成陽極導體層6不同，作為另一變型，由柔性幅面7.1作為連續層7組成的陰極導體層2也可以曲折狀地放入或者卷繞或折疊到電池堆疊30中。

圖3以細節視圖示出圖2的電池堆疊30的最上面的隔間20。如在圖3中示出的隔間20的構造與由現有技術已知的固態電池100的構造相同，所述固態電池100當前經由導體層2鏡像對稱地被構建。然而，陽極導體層6當前由作為連續層7的柔性幅面7.1構造，其中這里在細節視圖中通過將柔性幅面7.1作為連續層7曲折狀地放入在這里示出的隔間20中，第一導體層6.1和第二導體層6.1經由轉向部9彼此電連接。在此，轉向部9包圍兩個層5、兩個層4、兩個層3和一個導體層2，并且利用所述層2形成隔間20。之前提及的層2、3、4和5可以有利地在安裝過程中被構成為預制的組件，所述組件在曲折狀地安放連續層7時或者在卷繞或折疊柔性幅面7.1時作為共同組件被放入到構造為連續層7的柔性幅面7.1中。

圖4示出按照本發明的固態電池1的可替代的構造，其中在導體層2或6之間以層的方式堆疊的所有層3、4、5間歇性地被構建為在導體層2或6之一上的子隔間20.1，所述導體層2或6之一由柔性幅面7.1構成。如果例如在導體層6上有利地在導體層上方或者下方構建層3、4和5作為子隔間20.1，那么可以通過對向地向上、向下并且再向上（如在圖5中示出的那樣）折疊構成為柔性幅面7.1的導體層6、即具有在其上構建的層3、4和5的連續導體層6，通過疊置各個子隔間20.1在同時放入第二導體層2的情況下制造固態電池1的電池堆疊30。可選地，當在導體層6或2之一上構建層3、4和5時可以同時在構成為子隔間20.1的層3、4和5之間、間歇性地在子隔間20.1之間涂敷覆層10，所述覆層10優選地在轉向部9的區域中被構成在導體層2或導體層6上。當前，覆層10在導體層2或導體層6的兩側被構成。

圖6示出固態電池1的示意性簡圖，所述固態電池1以軟包堆疊技術利用由柔性幅面7.1作為連續層7所構成的兩個導體層2和6構造。在此，連續層7（該連續層7是導體層2）的轉向部9與由導體層6的連續層7形成的轉向部9彼此正交地放入到電池堆疊中。當前，在導體層2和6的轉向部9處以中間分接頭11的形式構成集流體，所述中間分接頭11例如用于將多個電池堆疊30彼此連接，或者所述中間分接頭11用于將固態電池1連接到耗電器上。