[发明专利]制造电化学电池的方法及通过该方法制造的电化学电池

说明书

本发明涉及用于制造电化学电池、尤其固体电解质电池的方法，其中，将膏状物或片材应用于固体电解质的相对表面中的每一个表面，形成相应阳极和相应电极，以及在惰性或还原气氛下、在热处理中驱逐该膏状物或片材内的有机组分。在此之后，在另一阶段中，通过在阳极与固体电解质之间以及在阴极与固体电解质之间烧结来产生熔化连接。在此，利用对于锂离子传导的氧化材料形成固体电解质，利用第一含锂的化学化合物(尤其钛酸锂)和碳形成阳极、以及利用第二含锂的化学化合物(尤其锂金属磷酸盐)和碳形成阴极，以提供无有机组分的三层电化学电池构造。

技术领域

本发明涉及用于制造电化学电池的方法且也涉及通过该方法制造的电化学电池、尤其存在基于锂的电极的固态电池。

背景技术

固态电池具有优于具有液体电解质的锂电池的一系列优势。这些优势尤其为：

(i)更好热稳定性，和

(ii)对环境的更低风险(液体电解质为有毒的且腐蚀性的)，

(iii)由于缺少有机成分而无火灾风险。

已知的固态电池包括离子传导固体电解质、粘合到电解质的阴极和阳极。固态电池的电极包括活性材料、锂离子导体和石墨(碳黑或其它类型的碳)。石墨组分尤其对于电子的向外传导且与集流体连接件接触是重要的。

在实现固态电池时必须解决如下挑战：

-电极与固体电解质材料的良好机械和电气结合，

-使源自于制造和操作的、在电极与固体电解质之间的材料-材料粘合中的热机械应力最小化，

-电极中的低欧姆电阻。

将电极烧结到电解质材料上显现为实现达到所需特性的固体电解质电池的最简单方法。然而，为了该目的需要大于400℃的烧结温度。作为电极的成分的石墨在处于或高于大约300℃的空气中不再是稳定的，以及用于锂离子电池的由多孔的、有机结合的粒状活性材料(例如NCM-锂镍锰钴氧化物)组成的传统阴极在处于或高于大约500℃的惰性或还原气氛中分解。

不知晓上述问题的公开的解决方案，其中，在一个步骤中同时烧结阴极、阳极和固体电解质，或将阴极和阳极烧结到预先烧结的固体电解质上。

发明内容

因此，本发明的目的是通过烧结工艺制造电化学电池、尤其固体电池形式的电化学电池，同时避免电极材料的重要组分的分解。

该目的根据本发明、通过具有权利要求1的特征的方法来实现。通过该方法制造的电化学电池为权利要求8的主题。本发明的有利实施方式和进一步发展可以通过在从属权利要求中指定的特征来实现。

具体实施方式

本发明涉及在还原或惰性条件下的电极与固体电解质的接合部烧结(在极端情况下，所有组分的共同烧结)，从而不分解相应电极材料的相应碳组分。

为了以该方式实现固态电池，为电解质和电极选择材料是重要的。仅相对于处于大于400℃的温度的还原条件稳定的化学化合物是合适的。这些化合物包括例如锂离子传导固体电解质Li_1+xTi_2-xAl_x(PO₄)₃(LATP)或作为电解质的石榴石组的矿物(带有作为添加剂其它氧化物的锆酸锂镧)、用于阴极材料的Li-过渡金属磷酸盐(LPO，过渡金属例如为铁、钴、镍、锰)和用于阳极材料的钛酸锂(LTO)。

在此提出用于阳极和阴极的说明性或可能的阳极和阴极材料。