[发明专利]用于电化学二次电池的固体电解质材料

说明书

本发明涉及一种用于电化学二次电池的非导电固体电解质材料(F1)，其具有气孔(2)。

技术领域

本发明涉及一种用于电化学二次电池的非导电固体电解质材料、一种电化学二次电池以及一种用于制造电化学二次电池的电极的方法。

背景技术

根据现有技术已知用于气体扩散电极的固体隔片，其中，固体隔片材料具有连续的通道(参见文献EP1345280A1)。此外，还已知锂离子传导的固体电解质，其也可被用作隔片。W·Weppner在爱思唯尔公司(Elsevier)2009年的“二次电池-锂充电系统”中的文献“全固态电池”示出具有作为隔片的锂离子传导的固体电解质材料的锂离子电池的层状结构，该隔片借助溅射或气相喷镀技术制备。

发明内容

本发明的任务是，提出一种改进的用于电化学二次电池的非导电固体电解质材料、一种改进的电化学二次电池以及一种改进的用于制造用于电化学二次电池的电极的方法。

所述任务通过一种根据权利要求1所述的非导电固体电解质材料、一种根据权利要求9所述的电化学二次电池以及一种根据权利要求10所述的用于制造用于电化学二次电池的电极的方法来解决。本发明的有利的实施形式和进一步改进方案由从属权利要求得出。

按照本发明，用于电化学二次电池的非导电固体电解质材料具有气孔。气孔可以相互连接，但是由气孔形成的贯穿固体电解质材料的通道是可选的。气孔的优选直径为10nm至50μm，其中，800nm至30μm的范围对于在电化学二次电池、例如锂离子电池中的使用是特别有利的。

根据本发明的一种实施形式，用于电化学二次电池的电极包括这种非导电固体电解质材料以及活性材料，其中，所述活性材料的颗粒至少部分地填充位于非导电固体电解质材料的第一区段中的气孔的第一部分量的气孔，并且未填充位于非导电固体电解质材料的第二区段中的气孔。

这意味着，不是所有的气孔都被活性材料的颗粒填充，而是仅仅在固体电解质材料的特定区段(第一区段)中的气孔被填充。固体电解质材料的另一个区段(第二区段)中的气孔可能未被填充。“未填充”就此而言意味着，这些气孔加载有气态介质，例如稀有气体氩气。因此，未被填充的气孔所处的第二区段具有离子传导的和非导电的特性。术语“离子传导特性”和术语“非导电特性”是指电化学能量存储技术领域中这些术语对于本领域技术人员而言通常的分类。在此，电解质典型地具有(锂)离子传导特性并且隔片具有非导电特性。

固体电解质材料的具有用活性材料的颗粒填充的气孔的部分量的第一区段具有导电特性，因为在该区域中导电的活性材料的颗粒彼此导电连接。为了可选地增强活性材料的导电特性，可以向活性材料中添加导电炭黑和/或导电石墨。

此外有利的是，电极也包括导电炭黑(和/或导电石墨)并且导电炭黑的颗粒至少部分地填充位于非导电固体电解质材料的第一区段中的气孔的第二部分量的气孔，并且活性材料的颗粒和导电炭黑的颗粒至少部分地填充位于非导电固体电解质材料的第一区段中的气孔的第三部分量的气孔。

以这种方式实现，附加地改善在固体电解质材料的第一区段中的导电特性，因为在第一区段中的气孔可以填充有活性材料的颗粒、导电炭黑的颗粒或两种颗粒类型。这不排除在第一区段中也可以存在气孔的部分量，这些气孔既不填充有活性材料的颗粒也不填充有导电炭黑的颗粒。

根据本发明一种有利的实施形式，用于电化学二次电池的非导电固体电解质材料仅局部地具有气孔，也就是说其在至少一个区段中是无气孔的。在无气孔的区段中，固体电解质材料具有其结晶密度。按照另一种表述方式，在无气孔区段中的材料是紧密的。

因此，固体电解质材料具有在其中是多气孔的区段和至少一个在其中是非多气孔的、即紧密的区段。如果材料不能连续紧密地制造，那么例如所保留的单独的、即不连续的气孔在本公开文献的范围内同样是紧密的材料。