[发明专利]固体燃料电池的设计

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制造根据权利要求1的前序部分所述的固体燃料电池的方法以及一种根据装置独立权利要求的前序部分所述的固体燃料电池。

背景技术

固体燃料电池或固体燃料电池组或固态电池组目前不仅对于移动应用而且对于静止应用来说都是特别令人感兴趣的。在这些电池中，液态电解质由固态电解质（Solid-State-Electrolyte）来替换。由此，例如可以降低热失控/起火（thermal runaway）的风险以及固体燃料电池的爆炸，而且在此可以提高电池组的安全性和循环寿命。

然而，固体燃料电池、例如固态锂离子电池组由于其内部结构和其工作原理、也就是由于锂的淀积/沉积而具有与公知的具有液态电解质的锂离子电池相比在电池的充电和放电时被提高的膨胀或被提高的收缩。视电池结构而定，膨胀或收缩可以在10到40%膨胀或收缩的范围内。

在最简单的情况下，这种固体燃料电池具有至少一个电池层，所述电池层具有第一导体层和第二导体层，所述第一导体层与所述第二导体层至少通过隔离层彼此分开。尤其是，在此可以构建由陶瓷复合材料或者由玻璃-陶瓷复合材料构成的固态电解质。此外还公知的是，通过隔离层将阳极和阴极与电解质分开，所述隔离层例如包括聚合物-陶瓷复合材料。通过隔离层（也被称作隔膜层或隔膜），改善了在阳极上的电荷转移并且使阴极与电解质电化学连接。此外，隔膜用于降低电阻。导体层、即阳极和阴极（也被称作集流体或阳极集流体或阴极集流体）通常由薄箔制成。在阳极侧，所述导体层例如可以是铜箔或镍箔，在阴极侧，所述导体层通常是铝箔。

为了使固体燃料电池与对其的要求适配、即为了提高电压、电流强度或容量，公知的是，将多个电池层彼此重叠地涂层成一个层堆。在此，需要电池层在层堆中的接线，而且在此尤其是需要由集电器、固态电解质和隔膜构成的层的接线。

典型的接线是电池层在层堆中的并联或串联或串接，或者是多个层堆彼此间的并联或串联或串接。为了提高棱柱形锂离子电池的电压、电流强度或容量，也公知的是，使电池卷在棱柱形固体燃料电池之内并联或串联。

然而，在公知的固体燃料电池中，由于电池层或层堆的几何形状以及构建方案并且尤其是由于集流体的布置，所述并联或串联是花费极其高的并且由此是制造成本高的。此外，公知的接线变型方案还需要很多结构空间，所述结构空间此外还必须被提高，以便确保在固体燃料电池之内的电池层或层堆的10至40%的膨胀或收缩。

发明内容

因而，本发明的任务是至少部分地克服从现有技术公知的缺点。尤其是，本发明的任务是在利用固态电池、电池堆或者软包电池的优点的情况下简化电池层或者层堆的接线。

为了解决该任务，提出了具有权利要求1的全部特征、尤其是特征部分的全部特征的一种用于制造固体燃料电池、尤其是锂离子固体燃料电池的方法。此外，该任务还通过具有装置独立权利要求的特征、尤其是其特征部分的特征的固体燃料电池、尤其是锂离子固体燃料电池来解决。

本发明的其它特征和细节从从属方法权利要求、从属装置权利要求、说明书和附图中得到。在此，与按照本发明的方法相关联地描述的特征和细节当然也与按照本发明的固体燃料电池相关联地适用，而且分别反之亦然，使得关于对各个发明方面的公开内容始终可以相互参考。

按照本发明的用于制造固体燃料电池、尤其是锂离子固体燃料电池（所述固体燃料电池具有至少一个带有第一导体层和第二导体层的电池层以及至少一个隔离层，其中所述第一导体层和所述第二导体层分别与集流体电连接，和/或分别由导体层和/或由所述第二导体层来构建集流体）的方法包括如下技术理论：所述电池层具有对称平面，所述对称平面具有对称轴，其中所述对称平面关于所述对称轴对称地来构造，而且所述集流体关于所述对称轴对称地来布置并且超出所述对称平面在至少一个侧面上从所述电池层被引出。

优选地，固态电池组或固态蓄电池（指的是可再充电的电池组）应该被理解为固体燃料电池。在锂离子电池组的情况下，固体燃料电池具有：阳极、尤其是以锂层的形式的阳极；电解质层，所述电解质层或者具有陶瓷或由玻璃要不然由陶瓷复合材料来构建；以及阴极，所述阴极包括多孔的碳层。在所述结构的情况下，阳极和阴极通常通过隔膜层（隔膜）与电解质分开，所述隔膜层例如包括聚合物-陶瓷复合材料。通过隔膜，改善了在阳极上的电荷转移并且使阴极与电解质电化学连接。此外，隔膜也用于降低电阻。