[发明专利]用于固态电池的电极层的固态电解质

说明书

本发明涉及一种用于固态电池(2)的电极层(10)的固态电解质(14')，具有由芯材料制成的芯(20)和由表面材料制成的围绕芯(20)的表面层(22)，其中，芯材料具有结晶的结构且表面材料具有无定形的结构，且其中，芯材料和表面材料具有相同的化学成分。

技术领域

本发明涉及一种用于固态电池的电极层的固态电解质。本发明此外涉及电极层和用于制造这样的电极层的方法以及固态电池。

背景技术

电的或电动驱动的或可电动驱动的机动车，例如电动或混合动力车辆，通常包括电动马达，利用其可驱动一个或两个车轴。为了供应以电能，电动马达通常联接到作为电能量存储器的车辆内部的(高压)电池处。

尤其电化学的电池，在此和在下文中尤其地应理解为机动车的所谓的二次的电池(二次电池)。在这样的(二次的)车辆电池中，消耗完的化学能通过电的(再)充电过程是可恢复的。这种车辆电池例如实施作为电化学的蓄电池，尤其地作为(多个)锂离子蓄电池。为了足够高的运行电压的产生或提供，这样的车辆电池典型地具有至少一个电池单体模块，在其中多个单独的电池单体模块化地连接。

电池单体例如实施作为电化学的(薄)层电池单体。薄层电池单体具有带有阴极层(阴极)和带有阳极层(阳极)以及带有在其间引入的分离器层(分离器(separator,有时也称为隔板))的分层的结构。这些组成部分例如由液态的电解质(液态电解质)穿透，其产生组成部分的能够导引离子的连接或电荷平衡。通常，在此多个层电池单体重叠堆叠地布置作为电池单体堆叠。

带有固态电解质(固体电解质，FE)的层电池单体，下文也称为固态电池单体，在相同结构重量和/或结构体积的情况下比带有液态电解质的层电池单体具有更高的能量存储密度。带有固态电池单体的电池下文也称为固态电池(FKB)或固体电池。在固态电池单体的情况下，阴极或阴极层通常实施作为由固态聚合物复合材料、尤其固态电解质复合材料制成的所谓的复合阴极。复合阴极具有例如阴极材料、粘合剂材料、导电添加剂(碳)和固态电解质(颗粒状)。

固态电解质在复合阴极中用作导引离子的添加剂。为了改善电性能，复合阴极经常掺有导电颗粒作为额外的导电添加剂。碳基导电颗粒，例如导电炭黑(Leitruß)或导电石墨，由于其的高的导电性是锂离子电池的重要组成部分，其降低阴极电阻且因此降低电池的内阻。

在固体电池的情况下，固态电解质对固态电池单体或电池的安全性和循环稳定性是重要的。优选地，固态电解质在此具有高的离子电导率以及化学的、电化学的和机械的稳定性。

带有高结晶度的固态电解质，例如Li₇P₃S₁₁，具有相对高的锂离子电导率。然而，不利地，这种结晶的固态电解质也具有降低的电化学的和机械的稳定性，其在运行中经常可以导致不期望的(化学的)副反应和(机械的)开裂。这可以导致(电的)电池单体电阻的增加，由此降低电池单体循环和速率稳定性。

与结晶的固态电解质相反，无定形的固体电解质(即带有低的或基本上没有结晶度的固体电解质)具有更高的电化学的和机械的稳定性，然而更低的离子电导率。因此，结晶的固态电解质通常用于固态电池。

为了降低在复合阴极中的化学的副反应例如可行的是，实施不含导电炭黑或碳基导电添加剂的复合阴极。然而，由此不利地限制了固态电池的快速充电能力，由此，使在电驱动的或可电驱动的机动车中的使用变得困难。

为了降低在复合阴极中的化学的副反应例如同样可行的是，使用带有更高的电化学的稳定性的固态电解质。带有更高的电化学稳定性的固态电解质通常是氧化物基的，即其是固体氧化物电解质。然而，固体氧化物电解质具有非常高的大于150GPa(千兆帕斯卡)的弹性模量(杨氏模量)和大的(电的)接触电阻或在固体氧化物电解质与作为阴极材料的锂金属氧化物之间的过渡电阻，由此使在固态电池中的应用变得困难。