DE-102025137028-A1 - FESTKÖRPERBATTERIE UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER FESTKÖRPERBATTERIE

Abstract

Eine Festkörperbatterie (100) kann aufwiesen: eine Mehrzahl von ersten Elektroden (200), wobei jede erste Elektrode (200) einen ersten Elektrodenstromkollektor (210) mit einem ersten Elektrodenkörper (220) und einer ersten Elektrodenfahne (230) und ein erstes Elektrodenaktivmaterial (240), welches an dem ersten Elektrodenstromkollektor (210) angeordnet ist, aufweist, eine Mehrzahl von zweiten Elektroden (300), welche eine Polarität, welche sich von einer Polarität der Mehrzahl von ersten Elektroden (200) unterscheidet, aufweisen und abwechselnd mit der Mehrzahl von ersten Elektroden (200) in einer ersten Richtung gestapelt sind, wobei jede zweite Elektrode (300) einen zweiten Elektrodenstromkollektor (310) mit einem zweiten Elektrodenkörper (320) und einer zweiten Elektrodenfahne (330) und ein zweites Elektrodenaktivmaterial (340), welches an dem zweiten Elektrodenstromkollektor (310) angeordnet ist, aufweist, und einen Festelektrolyten (500), welcher zwischen der ersten Elektrode (200) und der zweiten Elektrode (300) angeordnet ist.

Inventors

• Sung Ju CHO
• Ju Min Kim
• Yoon Seon Kim

Assignees

• HYUNDAI MOTOR COMPANY
• KIA CORPORATION

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20250915

Priority Date

20241105

Claims (14)

1. Festkörperbatterie (100), aufweisend: eine Mehrzahl von ersten Elektroden (200), wobei jede erste Elektrode (200) einen ersten Elektrodenstromkollektor (210) mit einem ersten Elektrodenkörper (220) und einer ersten Elektrodenfahne (230) und ein erstes Elektrodenaktivmaterial (240), welches an dem ersten Elektrodenstromkollektor (210) angeordnet ist, aufweist, eine Mehrzahl von zweiten Elektroden (300), welche eine Polarität, welche sich von einer Polarität der Mehrzahl von ersten Elektroden (200) unterscheidet, aufweisen und abwechselnd mit der Mehrzahl von ersten Elektroden (200) in einer ersten Richtung gestapelt sind, wobei jede zweite Elektrode (300) einen zweiten Elektrodenstromkollektor (310) mit einem zweiten Elektrodenkörper (320) und einer zweiten Elektrodenfahne (330) und ein zweites Elektrodenaktivmaterial (340), welches an dem zweiten Elektrodenstromkollektor (310) angeordnet ist, aufweist, und einen Festelektrolyten (500), welcher zwischen der ersten Elektrode (200) und der zweiten Elektrode (300) angeordnet ist, wobei die erste Elektrodenfahne (230) und die zweite Elektrodenfahne (330) derart ausgebildet sind, dass sie sich in der ersten Richtung erstrecken, um gegenüberliegende Endabschnitte der ersten Elektrode (200) oder der zweiten Elektrode (300), welche an einem Endabschnitt der Mehrzahl von ersten Elektroden (200) und der Mehrzahl von zweiten Elektroden (300) in der ersten Richtung angeordnet ist, in einer zweiten Richtung zu berühren.
2. Festkörperbatterie (100) nach Anspruch 1 , wobei die ersten Elektrodenfahnen (230) an einer Seite des ersten Elektrodenkörpers (220) und des zweiten Elektrodenkörpers (320) in der zweiten Richtung einander berühren, und wobei die zweiten Elektrodenfahnen (330) an einer gegenüberliegenden Seite des ersten Elektrodenkörpers (220) und des zweiten Elektrodenkörpers (320) in der zweiten Richtung einander berühren.
3. Festkörperbatterie (100) nach Anspruch 1 oder 2 , wobei das erste Elektrodenaktivmaterial (240) eine Fläche aufweist, welche größer ist als eine Fläche des zweiten Elektrodenaktivmaterials (340).
4. Festkörperbatterie (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , ferner aufweisend ein Randelement (400), welches entlang eines Umfangs des zweiten Elektrodenaktivmaterials (340) angeordnet ist und mit der zweiten Elektrodenfahne (330) in Kontakt steht.
5. Festkörperbatterie (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , wobei die erste Elektrode (200) als eine Anode angeordnet ist, und wobei die zweite Elektrode (300) als eine Kathode angeordnet ist.
6. Verfahren zur Herstellung einer Festkörperbatterie (100), das Verfahren aufweisend: Stapeln (S10), in einer ersten Richtung, mindestens einer ersten Elektrode (200), mindestens einer zweiten Elektrode (300) mit einer Polarität, welche sich von der Polarität der mindestens einen ersten Elektrode (200) unterscheidet, und mindestens eines Festelektrolyten (500), welcher zwischen der mindestens einen ersten Elektrode (200) und der mindestens einen zweiten Elektrode (300) angeordnet ist, Stapeln (S20) der mindestens einen ersten Elektrode (200), des mindestens einen Festelektrolyten (500), der mindestens einen zweiten Elektrode (200), welche gestapelt sind, auf eine Trägerplatte (600) und Verpacken einer Resultatstruktur unter Verwendung eines Außenmaterials (700), und Pressen (S30) der mindestens einen ersten Elektrode (200), des mindestens einen Festelektrolyten (500), der mindestens einen zweiten Elektrode (300), welche verpackt sind, in der ersten Richtung, wobei die mindestens eine erste Elektrode (200) einen ersten Elektrodenstromkollektor (210) mit einem ersten Elektrodenkörper (220) und einer ersten Elektrodenfahne (230), welche von dem ersten Elektrodenkörper (220) aus vorsteht, aufweist, wobei die mindestens eine zweite Elektrode (300) einen zweiten Elektrodenstromkollektor (310) mit einem zweiten Elektrodenkörper (320) und einer zweiten Elektrodenfahne (330), welche von dem zweiten Elektrodenkörper (320) aus vorsteht, aufweist, und wobei die erste Elektrodenfahne (230) und die zweite Elektrodenfahne (330) derart ausgebildet werden, dass sie sich in der ersten Richtung erstrecken, um gegenüberliegende Endabschnitte der mindestens einen ersten Elektrode (200) oder der mindestens einen zweiten Elektrode (300), welche an einem Endabschnitt der mindestens einen ersten Elektrode (200) und der mindestens einen zweiten Elektrode (300) in der ersten Richtung angeordnet ist, in einer zweiten Richtung, welche die erste Richtung kreuzt, zu berühren, wenn die mindestens eine erste Elektrode (200), die mindestens eine zweite Elektrode (300) und der mindestens eine Festelektrolyt (500) auf der Trägerplatte (600) gestapelt sind.
7. Verfahren nach Anspruch 6 , wobei gegenüberliegende Endabschnitte der Trägerplatte (600) in der zweiten Richtung auswärts von gegenüberliegenden Endabschnitten, welche in der zweiten Richtung angeordnet sind, des ersten Elektrodenkörpers (210) aus in der zweiten Richtung angeordnet sind, oder können an Positionen, welche mit Positionen der gegenüberliegenden Endabschnitte, welche in der zweiten Richtung angeordnet sind, des ersten Elektrodenkörpers (210) zusammenpassen, insbesondere übereinstimmen, in der ersten Richtung angeordnet sind.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7 , wobei die erste Elektrodenfahne (230) und die zweite Elektrodenfahne (330) gegenüberliegende Endabschnitte, welche in der zweiten Richtung angeordnet sind, der Trägerplatte (600) berühren.
9. Verfahren nach Anspruch 6 , wobei gegenüberliegende Endabschnitte, welche in der zweiten Richtung angeordnet sind, der Trägerplatte (600) in der zweiten Richtung einwärts von gegenüberliegenden Endabschnitten, welche in der zweiten Richtung angeordnet sind, des ersten Elektrodenkörpers (210) in der zweiten Richtung angeordnet sind, oder an Positionen, welche mit Positionen der gegenüberliegenden Endabschnitte, die in der zweiten Richtung angeordnet sind, des ersten Elektrodenkörpers (210) zusammenpassen, insbesondere übereinstimmen, in der ersten Richtung angeordnet sind.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9 , wobei das Verpacken der mindestens einen ersten Elektrode (200), des mindestens einen Festelektrolyten (500), der mindestens einen zweiten Elektrode (300) unter Verwendung des Außenmaterials (700) aufweist: zusätzliches Anordnen eines Schutzfilms (800) zwischen der Trägerplatte (600) und der mindestens einen ersten Elektrode (200) oder der mindestens einen zweiten Elektrode (300), welche an dem einen Endabschnitt der mindestens einen ersten Elektrode (200) und der mindestens einen zweiten Elektrode (300) in der ersten Richtung angeordnet ist.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10 , wobei die Trägerplatte (600) aufweist: einen Trägerplattenkörper (610), und eine Trägerplattenabdeckung (620), welche an gegenüberliegenden Seiten des Trägerplattenkörpers (610) in der zweiten Richtung angeordnet ist, und wobei die Trägerplattenabdeckung (620) ein elastisches Element aufweist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11 , ferner aufweisend: Entpacken (S40) des verpackten Außenmaterials (700) nach dem Pressen der mindestens einen ersten Elektrode (200), des mindestens einen Festelektrolyten (500) und der mindestens einen zweiten Elektrode (300), welche verpackt sind, und zusätzliches Stapeln einer Mehrzahl von ersten Elektroden (200) und einer Mehrzahl von zweiten Elektroden (300).
13. Verfahren nach Anspruch 12 , ferner aufweisend: In-Kontakt-Bringen (S70) von ersten Elektrodenfahnen (230) der Mehrzahl von ersten Elektroden (200) miteinander und Verbinden der ersten Elektrodenfahnen (230) mit einer ersten Anschlussleitung (120), und In-Kontakt-Bringen von zweiten Elektrodenfahnen (330) der Mehrzahl von zweiten Elektroden (300) miteinander und Verbinden der zweiten Elektrodenfahnen (330) mit einer zweiten Anschlussleitung (130), nach dem Stapeln der Mehrzahl von ersten Elektroden (200), der Mehrzahl von Festelektrolyten (500) und der Mehrzahl von zweiten Elektroden (300).
14. Verfahren nach Anspruch 13 , ferner aufweisend: Verpacken (S60) der Mehrzahl von ersten Elektroden (200), der Mehrzahl von Festelektrolyten (500) und der Mehrzahl von zweiten Elektroden (300), welche gestapelt sind, unter Verwendung eines Post-Außenmaterials (110).

Description

Technisches Gebiet Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Festkörperbatterie und ein Verfahren zur Herstellung einer Festkörperbatterie. Hintergrund Eine Sekundärbatterie, welche im Gegensatz zu einer Primärbatterie, die nach einer Entladung nicht wieder aufgeladen werden kann, wiederholt wiederaufladbar ist, ist in zahlreichen Bereichen wie zum Beispiel Smartphones, Fahrzeugen, Drohnen und Robotern anwendbar, und die Bedeutung der Sekundärbatterie hat von Tag zu Tag zugenommen. Da eine Sekundärbatterie gemäß dem Stand der Technik einen flüssigen Elektrolyten verwendet, dehnt sich die Sekundärbatterie aufgrund von Temperaturänderungen aus oder wird ein Auslaufen aus der Sekundärbatterie durch eine äußere Einwirkung verursacht, was zu einer Explosion oder einem Brand führen kann und die Stabilität beeinträchtigt. Um ein solches Problem zu lösen, wurden Studien und Forschungen zu einer Festkörperbatterie durchgeführt. Da eine Festkörperbatterie einen Festelektrolyten zwischen einem Kathodenaktivmaterial und einem Anodenaktivmaterial aufweist, weist die Festkörperbatterie eine höhere Strukturstabilität auf, so dass ein Separator nicht erforderlich ist. Dementsprechend kann die Festkörperbatterie mit kleineren Abmessungen ausgeführt werden und kann eine höhere Energiedichte aufweisen. In der Festkörperbatterie wird das Elektrodenaktivmaterial jedoch während des Lade-/Entladevorgangs ausgedehnt und geschrumpft. Dementsprechend wird die Grenzfläche zwischen dem Elektrodenaktivmaterial und dem Festelektrolyten delaminiert, was die Leistungsfähigkeit der Festkörperbatterie beeinträchtigt. Um zu verhindern, dass die Grenzfläche zwischen dem Elektrodenaktivmaterial und dem Festelektrolyten delaminiert wird, kann in Bezug auf die Festkörperbatterie ein isostatischer Pressvorgang durchgeführt werden. In diesem Fall wird eine Struktur, welche verhindert, dass eine Elektrodenfahne eines Elektrodenstromkollektors während des isostatischen Pressvorgangs beschädigt (z.B. gebrochen) wird, zunehmend benötigt. Kurze Erläuterung Die vorliegende Offenbarung bzw. Erfindung (hierin kurz: Offenbarung) wurde gemacht, um die oben erwähnten Probleme, welche im verwandten Stand der Technik auftreten, zu lösen, während die durch den verwandten Stand der Technik erzielten Vorteile intakt erhalten bleiben. Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung stellt eine Festkörperbatterie, welche dazu eingerichtet ist, eine Beschädigung (z.B. ein Brechen) einer Elektrodenfahne in einem isostatischen Pressvorgang zu verhindern, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Festkörperbatterie bereit. Die technischen Probleme, die durch die vorliegende Offenbarung zu lösen sind, sind nicht auf die oben genannten Probleme beschränkt, und alle weiteren technischen Probleme, welche hierin nicht erwähnt werden, werden von den Fachleuten auf dem Gebiet, auf welches sich die vorliegende Offenbarung bezieht, anhand der nachfolgenden Beschreibung eindeutig verstanden. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist eine Festkörperbatterie auf: eine Mehrzahl von ersten Elektroden, wobei jede erste Elektrode einen ersten Elektrodenstromkollektor mit einem ersten Elektrodenkörper und einer ersten Elektrodenfahne und ein erstes Elektrodenaktivmaterial, welches an (z.B. auf) dem ersten Elektrodenstromkollektor angeordnet ist, aufweist, eine Mehrzahl von zweiten Elektroden, welche eine Polarität, welche sich von einer Polarität der Mehrzahl von ersten Elektroden unterscheidet, aufweisen und abwechselnd mit der Mehrzahl von ersten Elektroden in einer ersten Richtung gestapelt sind, wobei jede zweite Elektrode einen zweiten Elektrodenstromkollektor mit einem zweiten Elektrodenkörper und einer zweiten Elektrodenfahne und ein zweites Elektrodenaktivmaterial, welches an (z.B. auf) dem zweiten Elektrodenstromkollektor angeordnet ist, aufweist, und einen Festelektrolyten, welcher zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet ist. Die erste Elektrodenfahne und die zweite Elektrodenfahne sind derart ausgebildet, dass sie sich in der ersten Richtung erstrecken, um mit gegenüberliegenden Endabschnitten der (z.B. derjenigen) ersten Elektrode oder der (z.B. derjenigen) zweiten Elektrode, welche an einem Endabschnitt der Mehrzahl von ersten Elektroden und der Mehrzahl von zweiten Elektroden in der ersten Richtung angeordnet ist, in einer zweiten Richtung in Kontakt zu kommen (z.B. zu berühren). Die ersten Elektrodenfahnen können an einer Seite des ersten Elektrodenkörpers und des zweiten Elektrodenkörpers in der zweiten Richtung miteinander in Kontakt kommen (z.B. einander berühren), und die zweiten Elektrodenfahnen können an einer gegenüberliegenden Seite des ersten Elektrodenkörpers und des zweiten Elektrodenkörpers in der zweiten Richtung miteinander in Kontakt kommen (z.B. einander berühren). Das erste Elektrodenaktivmaterial kann eine Fläche aufweisen, welche größer ist als eine Fläche des zweiten Elektrodenaktivmaterials. Gemäß einem Aspekt der vorli