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DE-102025137030-A1 - FESTKÖRPER-BATTERIE UND VERFAHREN ZUM HERSTELLEN EINER FESTKÖRPER-BATTERIE

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Abstract

Eine Festkörperbatterie weist auf: eine Mehrzahl von ersten Elektroden 200, wobei jede erste Elektrode 200 einen ersten Elektrodenstromkollektor 210 mit einem ersten Elektrodenkörper 220 und einer ersten Elektrodenlasche 230 sowie ein auf dem ersten Elektrodenstromkollektor 210 angeordnetes erstes Elektrodenaktivmaterial 240 aufweist, eine Mehrzahl von zweiten Elektroden 300, die eine von der Polarität der Mehrzahl von ersten Elektroden 200 verschiedene Polarität 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 Elektrodenlasche 330 sowie ein auf dem zweiten Elektrodenstromkollektor 310 angeordnetes zweites Elektrodenaktivmaterial 340 aufweist, und einen Festelektrolyten 500, der zwischen jeder ersten Elektrode 200 und jeder zweiten Elektrode 300 angeordnet ist.

Inventors

  • Sung Ju CHO
  • Ju Min Kim
  • Jong Hwan Choi
  • Yong Hun Lee
  • Hyun Geun Kwon
  • Yong Jun Lee
  • Tae Young Kwon
  • Yoon Seon Kim

Assignees

  • HYUNDAI MOTOR COMPANY
  • KIA CORPORATION

Dates

Publication Date
20260507
Application Date
20250915
Priority Date
20241105

Claims (17)

  1. Festkörperbatterie, aufweisend: eine Mehrzahl von ersten Elektroden (200), wobei jede erste Elektrode (200) einen ersten Elektrodenstromkollektor (210) mit einem ersten Elektrodenkörper (220) und einer ersten Elektrodenlasche (230) sowie ein auf dem ersten Elektrodenstromkollektor (210) angeordnetes erstes Elektrodenaktivmaterial (240) aufweist, eine Mehrzahl von zweiten Elektroden (300), die eine von der Polarität der Mehrzahl von ersten Elektroden (200) verschiedene Polarität 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 Elektrodenlasche (330) sowie ein auf dem zweiten Elektrodenstromkollektor (310) angeordnetes zweites Elektrodenaktivmaterial (340) aufweist, und einen Festelektrolyt (500), der zwischen jeder ersten Elektrode (200) und jeder zweiten Elektrode (300) zwischenangeordnet ist, wobei jede erste Elektrodenlasche (230) und jede zweite Elektrodenlasche (330) zugeordnet von dem ersten Elektrodenkörper (220) und dem zweiten Elektrodenkörper (320) aus in einer zweiten Richtung, die die erste Richtung kreuzt, vorsteht, und wobei ein Teil, in dem die ersten Elektrodenlaschen (230) der Mehrzahl von ersten Elektroden (200) miteinander in Kontakt stehen, oder ein Teil, in dem die zweiten Elektrodenlaschen (330) der Mehrzahl von zweiten Elektroden (300) miteinander in Kontakt stehen, in der ersten Richtung von der ersten Elektrode (200) oder der zweiten Elektrode (300) im Abstand ist, der an gegenüberliegenden Enden, die in der ersten Richtung angeordnet sind, der Mehrzahl von ersten Elektroden (200) und der Mehrzahl von zweiten Elektroden (300) positioniert ist.
  2. Festkörperbatterie nach Anspruch 1 , wobei die ersten Elektrodenlaschen (230) der Mehrzahl von ersten Elektroden (200) in der zweiten Richtung an einer Seite des ersten Elektrodenkörpers (220) und des zweiten Elektrodenkörpers (320) miteinander in Kontakt stehen, und wobei die zweiten Elektrodenlaschen (330) der Mehrzahl von zweiten Elektroden (300) in der zweiten Richtung an einer gegenüberliegenden Seite des ersten Elektrodenkörpers (230) und des zweiten Elektrodenkörpers (320) in Kontakt stehen.
  3. Festkörperbatterie nach Anspruch 2 , wobei das erste Elektrodenaktivmaterial (240) eine Fläche aufweist, die größer ist als eine Fläche des zweiten Elektrodenaktivmaterials (340).
  4. Festkörperbatterie nach Anspruch 2 oder 3 , die ferner aufweist: ein Randelement (400), das entlang eines Umfangs des zweiten Elektrodenaktivmaterials (340) angeordnet ist, um mit der zweiten Elektrodenlasche (330) in Kontakt zu sein.
  5. Festkörperbatterie nach einem der Ansprüche 1 - 4 , wobei die erste Elektrode (200) als Anode angeordnet ist und wobei die zweite Elektrode (300) als Kathode angeordnet ist.
  6. Verfahren zur Bereitstellung einer Festkörperbatterie, wobei das Verfahren aufweist: Stapeln in einer ersten Richtung mindestens einer ersten Elektrode (200), mindestens einer zweiten Elektrode (300), die so angeordnet ist, dass sie eine von einer Polarität der mindestens einen ersten Elektrode verschiedene Polarität aufweist, und mindestens eines Festelektrolyten (500), der zwischen der mindestens einen ersten Elektrode (200) und der mindestens einen zweiten Elektrode (300) angeordnet ist, Stapeln der mindestens einen ersten Elektrode (200), der mindestens einen zweiten Elektrode (300) und des mindestens einen Festelektrolyten (500) auf einer Festhalteplatte (600) und Verpacken einer resultierenden Struktur unter Verwendung eines Außenmaterials (700), und Pressen der mindestens einen ersten Elektrode (200), des mindestens einen Festelektrolyten (500) und der mindestens einen zweiten Elektrode (300), die aufeinander gestapelt und verpackt sind, in der ersten Richtung, wobei die erste Elektrode (200) aufweist: einen ersten Elektrodenstromkollektor (210), der einen ersten Elektrodenkörper (220) und eine erste Elektrodenlasche (230) aufweist, die von dem ersten Elektrodenkörper (220) in einer zweiten Richtung, die die erste Richtung kreuzt, vorsteht, wobei die zweite Elektrode (300) aufweist: einen zweiten Elektrodenstromkollektor (310), der einen zweiten Elektrodenkörper (320) und eine zweite Elektrodenlasche (330) aufweist, die von dem zweiten Elektrodenkörper (320) in der zweiten Richtung vorsteht, und wobei die mindestens eine erste Elektrode (200), die mindestens eine zweite Elektrode (300) und der mindestens eine Festelektrolyt (500) auf der Festhalteplatte (600) gestapelt sind und die erste Elektrodenlasche (230) und die zweite Elektrodenlasche (330) in der ersten Richtung von der Festhalteplatte (600) im Abstand sind.
  7. Verfahren nach Anspruch 6 , wobei die gegenüberliegenden Enden der Festhalteplatte (600), die in der zweiten Richtung angeordnet sind, in der zweiten Richtung von gegenüberliegenden Enden des ersten Elektrodenkörpers (220), die in der zweiten Richtung angeordnet sind, nach innen versetzt sind oder in der ersten Richtung an Positionen angeordnet sind, die mit den Positionen der gegenüberliegenden Enden des ersten Elektrodenkörpers (220), die in der zweiten Richtung angeordnet sind, fluchten.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7 , wobei jedes der gegenüberliegenden Enden, die in der zweiten Richtung angeordnet sind, der Festhalteplatte (600) zwischen jedem der gegenüberliegenden Enden, die in der zweiten Richtung angeordnet sind, des ersten Elektrodenkörpers (220) und jedem von gegenüberliegenden Enden, die in der zweiten Richtung angeordnet sind, des zweiten Elektrodenkörpers (320) angeordnet ist.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 - 7 , wobei das Verpacken der mindestens einen ersten Elektrode (200), des mindestens einen Festelektrolyten (500) und der mindestens einen zweiten Elektrode (300) unter Verwendung des Außenmaterials (700) aufweist: zusätzliches Anordnen einer Schutzfolie (800) zwischen der Festhalteplatte (600) und der ersten Elektrode (200) oder der zweiten Elektrode (300), die an einem Endabschnitt positioniert ist, der in der ersten Richtung des mindestens einen ersten Elektrodenkörpers (220) und des mindestens einen zweiten Elektrodenkörpers (320) angeordnet ist, und Verpacken der Schutzfolie (800) zusammen mit dem mindestens einen ersten Elektrodenkörper (220), dem mindestens einen Festelektrolyten (500) und dem mindestens einen zweiten Elektrodenkörper (320) unter Verwendung des Außenmaterials (700).
  10. Verfahren nach Anspruch 9 , wobei gegenüberliegende Enden, die in der zweiten Richtung angeordnet sind, der Schutzfolie (800) in der zweiten Richtung von gegenüberliegenden Enden, die in der zweiten Richtung angeordnet sind, der Festhalteplatte (600) nach außen versetzt angeordnet sind oder an Positionen angeordnet sind, die mit Positionen der gegenüberliegenden Enden, die in der zweiten Richtung angeordnet sind, der Festhalteplatte (600) in der ersten Richtung fluchten.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 - 10 , wobei das Verpacken der mindestens einen ersten Elektrode (200), des mindestens einen Festelektrolyten (500) und der mindestens einen zweiten Elektrode (300) unter Verwendung des Außenmaterials (700) ferner aufweist: Verpacken eines inneren Außenmaterials (710) und der Festhalteplatte (600) zusammen unter Verwendung des Außenmaterials (700), so dass das innere Außenmaterial (710) und die Festhalteplatte (600) von dem Außenmaterial (700) umgeben werden, nachdem die mindestens eine erste Elektrode (200), der mindestens eine Festelektrolyt (500) und die mindestens eine zweite Elektrode (300) durch das innere Außenmaterial (710) umgeben sind.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 - 11 , wobei die Festhalteplatte (600) aufweist: einen Festhalteplattenkörper (600), und eine Festhalteplattenabdeckung (620), die an gegenüberliegenden Seiten des Festhalteplattenkörpers (600) in der zweiten Richtung angeordnet ist, und wobei die Festhalteplattenabdeckung (620) ein elastisches Element aufweist.
  13. Verfahren nach Anspruch 12 , wobei die gegenüberliegenden Enden der Festhalteplatte (600), die in der zweiten Richtung angeordnet sind, in der zweiten Richtung von den gegenüberliegenden Enden des ersten Elektrodenkörpers (220), die in der zweiten Richtung angeordnet sind, nach innen versetzt sind oder an Positionen angeordnet sind, die in der ersten Richtung mit den Positionen der gegenüberliegenden Enden des ersten Elektrodenkörpers (220), die in der zweiten Richtung angeordnet sind, fluchten.
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13 , wobei jedes von gegenüberliegenden Enden, die in der zweiten Richtung angeordnet sind, der Festhalteplattenabdeckung (620) zwischen jedem von gegenüberliegenden Enden, die in der zweiten Richtung angeordnet sind, des ersten Elektrodenkörpers (220) und jedem von gegenüberliegenden Enden, die in der zweiten Richtung angeordnet sind, des zweiten Elektrodenkörpers (320) angeordnet ist.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 - 14 , das ferner aufweist: Auspacken 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), die verpackt sind, und zusätzliches Stapeln einer Mehrzahl von ersten Elektroden (200), einer Mehrzahl von Festelektrolyten (500) und einer Mehrzahl von zweiten Elektroden (300).
  16. Verfahren nach Anspruch 15 , das ferner aufweist: Bringen der ersten Elektrodenlaschen (230) der Mehrzahl von ersten Elektroden (200) in Kontakt miteinander und Verbinden der ersten Elektrodenlaschen (230) mit einer ersten Leitung (120) und Bringen der zweiten Elektrodenlaschen (330) der Mehrzahl von zweiten Elektroden (300) in Kontakt miteinander und Verbinden der zweiten Elektrodenlaschen (330) mit einer zweiten Leitung (130), nachdem die Mehrzahl von ersten Elektroden (200), die Mehrzahl von Festelektrolyten (500) und die Mehrzahl von zweiten Elektroden (300) gestapelt wurden.
  17. Verfahren nach Anspruch 16 , ferner aufweisend: Verpacken der Mehrzahl von ersten Elektroden (200), der Mehrzahl von Festelektrolyten (500) und der Mehrzahl von zweiten Elektroden (300), die gestapelt sind, unter Verwendung eines Nachverpack-Außenmaterials.

Description

TECHNISCHES GEBIET Die vorliegende Offenbarung/Erfindung betrifft eine Festkörperbatterie und ein Verfahren zur Herstellung einer Festkörperbatterie. HINTERGRUND Eine Sekundärbatterie, die im Gegensatz zu einer Primärbatterie, die nach Entladung nicht wieder aufgeladen werden kann, wiederholt wieder aufgeladen werden kann, ist in verschiedenen Bereichen wie Smartphones, Fahrzeugen, Drohnen und Robotern einsetzbar, und die Bedeutung der Sekundärbatterie nimmt von Tag zu Tag zu. Da eine Sekundärbatterie nach dem Stand der Technik einen flüssigen Elektrolyten verwendet, dehnt sich die Sekundärbatterie aufgrund von Temperaturänderungen aus oder es kommt aufgrund äußerer Einflüsse zu einer Leckage aus der Sekundärbatterie, was zu einer Explosion oder einem Brand führen kann, wodurch die Stabilität beeinträchtigt wird. Um dieses Problem zu lösen, wurden aktive Studien und Forschungen zu einer Festkörperbatterie durchgeführt. Da eine Festkörperbatterie einen Festelektrolyten zwischen einem Kathodenaktivmaterial und einem Anodenaktivmaterial enthält, weist die Festkörperbatterie eine höhere Strukturstabilität auf, sodass kein Separator erforderlich ist. Daher kann die Festkörperbatterie in kleinerer Größe ausgeführt werden und eine höhere Energiedichte aufweisen. In der Festkörperbatterie dehnt sich das Elektrodenaktivmaterial jedoch bei einem Lade-/Entladevorgang aus und schrumpft wieder. Dadurch wird die Grenzfläche zwischen dem Elektrodenaktivmaterial und dem Festelektrolyten delaminiert, was die Leistung der Festkörperbatterie beeinträchtigt. Um zu verhindern, dass sich die Grenzfläche zwischen dem Elektrodenaktivmaterial und dem Festelektrolyten delaminiert, kann daher ein isostatischer Pressprozess in Bezug auf die Festkörperbatterie durchgeführt werden. Im vorliegenden Fall wurde zunehmend eine Struktur gefordert, die verhindert, dass eine Elektrodenlasche (z.B. ein Elektrodenfähnchen) eines Elektrodenstromkollektors beim isostatischen Pressprozess bricht. ERFINDUNGSKURZERLÄUTERUNG Die vorliegende Offenbarung/Erfindung wurde gemacht, um die oben genannten Probleme zu lösen, die in der verwandten Technik auftreten, während die durch die verwandte Technik erzielten Vorteile erhalten bleiben. Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung/Erfindung betrifft eine Festkörperbatterie, die so konfiguriert ist, dass sie verhindert, dass eine Elektrodenlasche (z.B. ein Elektrodenfähnchen) in einem isostatischen Pressverfahren bricht, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Festkörperbatterie. Die durch die vorliegende Offenbarung/Erfindung zu lösenden technischen Probleme sind nicht auf die oben genannten Probleme beschränkt, und alle anderen technischen Probleme, die hier nicht erwähnt sind, werden dem Fachmann, auf den sich die vorliegende Offenbarung/Erfindung bezieht, aus der folgenden Beschreibung klar verständlich sein. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung/Erfindung weist eine Festkörperbatterie auf: eine Mehrzahl von ersten Elektroden, wobei jede erste Elektrode einen ersten Elektrodenstromkollektor mit einem ersten Elektrodenkörper und einer ersten Elektrodenlasche (z.B. einem ersten Elektrodenfähnchen), und ein auf dem ersten Elektrodenstromkollektor angeordnetes erstes Elektrodenaktivmaterial aufweist, eine Mehrzahl von zweiten Elektroden, die eine von einer Polarität der Mehrzahl von ersten Elektroden verschiedene Polarität haben und die 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 Elektrodenlasche (z.B. einem zweiten Elektrodenfähnchen), und ein auf dem zweiten Elektrodenstromkollektor angeordnetes zweites Elektrodenaktivmaterial aufweist, und einen Festelektrolyten, der zwischen jeder ersten Elektrode und jeder zweiten Elektrode angeordnet ist. Jede erste Elektrodenlasche und jede zweite Elektrodenlasche stehen zugeordnet von dem ersten Elektrodenkörper und/bzw. dem zweiten Elektrodenkörper aus in einer zweiten Richtung vor, die die erste Richtung kreuzt. Ein Teil (z.B. ein Abschnitt), in dem die ersten Elektrodenlaschen der Mehrzahl von ersten Elektroden miteinander in Kontakt stehen, oder ein Teil (z.B. ein Abschnitt), in dem die zweiten Elektrodenlaschen der Mehrzahl von zweiten Elektroden miteinander in Kontakt stehen, ist in der ersten Richtung von der ersten Elektrode oder/bzw. der zweiten Elektrode im Abstand, die an gegenüberliegenden Enden, die in der ersten Richtung angeordnet sind, der Mehrzahl von ersten Elektroden und der Mehrzahl von zweiten Elektroden angeordnet ist/sind. Die ersten Elektrodenlaschen der Mehrzahl von ersten Elektroden können in der zweiten Richtung an einer Seite des ersten Elektrodenkörpers und des zweiten Elektrodenkörpers miteinander in Kontakt stehen, und die zweiten Elektrodenlaschen der Mehrzahl von zweiten Elektroden können in der zweiten Richtung mit einer gegenüberliegenden Seite des ersten Ele