[发明专利]锂固体电池组和制造锂固体电池组的方法

说明书

提出了锂固体电池组(1)，其包括锂阳极(10)，阴极(20)，用于将锂阳极(10)与阴极(20)电隔离的第一隔膜层(30)，其中第一隔膜层(30)包含硫化物型固体电解质，和用于将锂阳极(10)与阴极(20)电隔离的第二隔膜层(40)，其中第二隔膜层(40)布置在第一隔膜层(30)和锂阳极(10)之间，并且第二隔膜层(40)包含硫化物型固体电解质，其中第一隔膜层(30)布置在阴极(20)和第二隔膜层(40)之间并且具有比第二隔膜层(40)更大的层厚度，特别是第一隔膜层(30)具有第二隔膜层(40)的至少两倍大的层厚度，优选第一隔膜层(30)具有第二隔膜层(40)的至少十倍大的层厚度，其中第二隔膜层(40)的孔隙率为约0％至约4％，优选约0％至约3％，特别优选约0％至约1％。

发明领域

本发明涉及锂固体电池组和制造锂固体电池组的方法。

现有技术

当例如将纯锂金属用作阳极材料时，锂固体电池组(其是二次电池组)具有高能量密度( 400 Wh/Kg)。这类硫化物型或基于硫的固体电解质提供高离子电导率，但枝晶可穿过隔膜生长，特别是在高电荷密度下。穿过隔膜生长的枝晶可导致电池组的阳极和阴极之间短路。 因此，锂固体电池组的电荷密度受到限制。

US 2016/285064、US 2016/344035和US 2013/017432描述了根据现有技术的电池组。

减少或防止枝晶穿过隔膜生长的隔膜是已知的，但是足够层厚度的这些隔膜仅可非常复杂且昂贵地制造，因此固体锂电池组非常昂贵。

发明公开

发明优点

本发明的实施方案可以有利地实现锂固体电池组，或使得能够制造锂固体电池组，其可以通过特别高的电荷密度充电而不使枝晶穿过隔膜生长。

根据本发明的第一方面，提出了锂固体电池组，其包括锂阳极，阴极，用于将锂阳极与阴极电隔离的第一隔膜层，其中第一隔膜层包含硫化物型固体电解质，和用于将锂阳极与阴极电隔离的第二隔膜层，其中第二隔膜层布置在第一隔膜层和锂阳极之间，并且第二隔膜层包含硫化物型固体电解质，其中第一隔膜层布置在阴极和第二隔膜层之间并且具有比第二隔膜层更大的层厚度，特别是第一隔膜层具有第二隔膜层的至少两倍大的层厚度，优选第一隔膜层具有第二隔膜层的至少十倍大的层厚度，其中第二隔膜层的孔隙率为约0％至约4％，优选约0％至约3％，特别优选约0％至约1％。

其优点是，所述锂固体电池组通常可以通过特别高的电荷密度( 3C = 60/3，即该锂固体电池组可以在20分钟内完全充电)来充电，而没有枝晶穿过隔膜层生长。通过第二隔膜层的低孔隙率，通常可靠地防止枝晶生长。另外，该锂固体电池组通常可特别成本有利且在技术上容易地制造，因为隔膜层的总厚度由两个层厚度，即第一隔膜层和第二隔膜层的层厚度组成。特别地，锂固体电池组通常成本有利且在技术上容易地形成，因为第二隔膜层形成为比第一隔膜层更薄。因此，即使当第二隔膜层相对昂贵或在技术上复杂时，该锂固体电池组通常也是成本有利的。

根据本发明的第二方面，提出了制造锂固体电池组的方法，其中该方法包括下列步骤：提供锂阳极；提供阴极；布置用于将锂阳极与阴极电隔离的第一隔膜层，以使得第一隔膜层在完成制造的锂固体电池组中布置在锂阳极和阴极之间，其中第一隔膜层包含硫化物型固体电解质；和布置用于将锂阳极与阴极电隔离的第二隔膜层，以使得第二隔膜层在完成制造的锂固体电池组中布置在第一隔膜层和锂阳极之间，其中第二隔膜层包含硫化物型固体电解质，其中第一隔膜层具有比第二隔膜层更大的层厚度，特别是第一隔膜层具有第二隔膜层的至少两倍大的层厚度，优选第一隔膜层具有第二隔膜层的至少十倍大的层厚度，其中第二隔膜层的孔隙率为约0％至约4％，优选约0％至约3％，特别优选约0％至约1％。