固态电池的设计的制作方法

本发明涉及按照权利要求1的前序部分所述的用于制造固态电池的方法以及按照权利要求8的前序部分所述的固态电池。

背景技术：

目前不仅移动应用而且静止应用对固态电池（feststoffzellen）或者固态电池组（feststoffbatterien）特别感兴趣。固态电池或者固态电池组也被称作“全固态电池（all-solid-state-batterien）”。在此，固态电池仅仅包含固体材料和尤其固体电解质，并且相对于传统的、包含液态电解质的电池组具有以下优点，即固态电池由于使用固体电解质而具有良好的安全相关的特性和＞400wh/kg的高能量密度。

通过由固体电解质替代液态电解质，例如可以降低热烧断/燃烧（英语：“thermalrunaway（热失控）”）的风险以及固态电池、也即电池组的爆炸，以及提高电池组的安全性和循环稳定性。

然而，由固体电解质替代液态电解质通常随着阴极容量的减小而出现，因为材料、诸如licoo2具有小的锂离子传导性。此外，在对固态电池充电和放电时，例如固体锂离子电池组由其内部构造和其作用原理决定地具有相比于具有液态电解质的已知锂离子电池提高的膨胀或者收缩。固体锂离子电池组的膨胀或者收缩在此可以视电池构造而定处于10-40%伸缩范围中。

此外，所使用的材料、诸如所使用的固体电解质或者例如还有隔板的特性是这样的：不能实现具有卷绕的电池堆叠的圆形或棱柱形规格的固态电池的经典构造。固体电解质尤其可以由陶瓷的或玻璃陶瓷复合物构成，所述陶瓷的或玻璃陶瓷复合物不能在需要的程度上变形或弯曲来因此实现圆形或棱柱形规格的电池的构造。在经典固体电池情况下所使用的隔板也仅能有条件地进行形变（verformen），其中所述隔板例如由具有在其上积聚的聚合物层的陶瓷层组成。因此当前仅经堆叠的电池（堆叠式电池（gestacktezellen））是可能的。然而所述经堆叠的或者堆积的电池（典型地也被称作软包电池（pouchzelle））具有以下缺点：在阳极侧和阴极侧被构造为集流体（例如al薄膜或者cu薄膜）的各个导体层在以软包堆叠技术（pouch-stapeltechnik）制造固态电池时必须逐层地被堆叠。在此，薄膜的分切尤其是耗费的，因为例如连接片（接片（tab））必须被设置，以便能够将各个导体层彼此电连接。然而，软包堆叠技术具有以下优点：一方面能够实现当前不能利用卷绕技术制造的固体电池，并且另一方面各个层在层堆叠中干净地以平面方式叠置。

技术实现要素：

因此，本发明的任务是，至少部分地消除由现有技术已知的缺点。本发明的任务尤其是，在使用软包堆叠技术的优点的情况下尤其简化导体层到层堆叠中的分层。

为了解决该任务，建议具有权利要求1的全部特征、尤其特征部分的特征的用于制造固态电池、尤其锂离子固态电池的方法。在从属方法权利要求中说明本方法的有利的改进方案。此外，通过具有独立权利要求8的全部特征、尤其其特征部分的特征的固态电池、尤其锂离子固态电池来解决该任务。

从从属方法权利要求、从属设备权利要求、说明书和附图得出本发明的其他特征和细节。在此，结合按照本发明的方法所描述的特征和细节当然结合按照本发明的固态电池也适用，并且分别反之亦然，使得关于公开内容始终相互地参考或者可以参考各个发明方面。

用于制造固态电池、尤其锂离子固态电池的按照本发明的方法，所述固态电池具有第一导体层和第二导体层和至少一个分离层，其被堆叠成由至少两个第一导体层和至少两个第二导体层组成的层堆叠，其中通过分离层将第一导体层与第二导体层分离，并且其中将第一导体层的通过分离层分离的层和/或第二导体层的通过分离层分离的层逐层地彼此电连接，所述方法包括以下技术教导：导体层中的至少一个由柔性幅面构成，其中柔性幅面作为连续层被放入到层堆叠中，其中所述连续层至少共同地形成两个第一导体层和/或两个第二导体层。

优选地，固体电池组或者固体蓄电池（指的是可再充电电池组）应当被理解为固态电池，所述固体蓄电池在锂离子电池组的情况下使用锂层形式的阳极、或者具有陶瓷或者由玻璃组成而或者由玻璃陶瓷复合物组成的电解质层、以及包括多孔碳层的阴极。阳极和阴极通常通过隔板层与电解质分离，所述隔板层例如包括聚合物陶瓷复合料（verbundstoff）。通过隔板，改善在阳极处的电荷转移，并且将阴极与电解质电化学连接。此外，隔板用于降低电阻。典型地由薄的薄膜来制造阳极和阴极的导体层，所述导体层也被称作导电体或者阳极集流体或阴极集流体）。在阳极侧上在此这例如可以涉及铜或镍薄膜，在阴极侧上，导体层通常是铝薄膜。

与已知的软包堆叠技术不同，为了制造固态电池，按照本发明由柔性幅面构成导体层中的至少一个、也即或者阳极集流体或者阴极集流体而也或者两个集流体，所述柔性幅面作为连续层被放入到层堆叠中。从中得出以下优点，要么用于阳极的导体层或用于阴极的导体层也要么两个导体层不必如通常的那样逐层地被分切来将所述分切物逐层地放入到固态电池的层堆叠中，而是用于阴极和/或阳极的导体层作为连续层以形成层堆叠中的层的方式被放入到层堆叠中。在此，此外有利的是，对于例如两个阳极导体层的电连接，可以取消连接片（接片）的昂贵的构成，因为共同地例如形成两个阳极导体层的层作为柔性幅面连续地被构成。相同内容当然也在对于阴极层所使用的柔性幅面作为连续层的情况下适用。作为由柔性幅面组成的连续层逐层地放入第一导体层或者第二导体层应当也被理解为将导体层卷绕或折叠到层堆叠中。因此有利地将导体层中的至少一个实施为可卷绕的或者可折叠的柔性幅面或薄膜。如果阳极导体层例如被构成为由柔性幅面组成的连续层，那么所述阳极导体层可以在制造固态电池时以软包堆叠技术被绕制（durchgewickelt）或者被放入或折入到层堆叠中，所述阳极导体层例如可以是cu导电体。有利地，仅相应的导体层（阳极或阴极/或分别两者）必须配备有至少一个或刚好仅一个电连接片（接片），以便电连接层堆叠。由此，可以明显地简化固态电池或者相应的层堆叠的制造和构建。

为了简化各个层到固态电池的层堆叠的堆叠，有利地作为组件给至少一个导体层预装配隔板和可选地预装配电解质，所述组件在堆叠固态电池时被放入或者卷入或折入由柔性幅面作为连续层构成的导体层中。

为了在将固态电池构成为锂离子电池组的情况下避免在充电时锂沉积、或者防止固态电池的放电，阳极导体层优选地至少逐段地被构成有覆层（用于电流隔断），所述阳极导体层例如可以被构成为cu薄膜。覆层在此也有利地用于避免短路。

在放入柔性幅面时，有利地在导体层的层之间形成转向部，所述柔性幅面作为连续层被分层到固态电池的层堆叠中。有利地在此转向部分别包围层堆叠的、在导体层的两个层之间分层的层。有利地，在此导体层在转向部的区域中被涂覆。

为了完全地避免对于导体层的耗费的分切，优选地由柔性幅面构成两个导体层、也即被用作阳极集流体或阴极集流体的阳极导体层和阴极导体层，所述柔性幅面作为连续层被放入或者卷绕或折叠到层堆叠中。

为了例如避免在转向部的区域中在第一导体层和第二导体层之间的非故意的电连接，阳极导体层与阴极导体层基本上正交地被放入或者卷绕或折叠到层堆叠中。如果固态电池例如被构成为方形的电池堆叠，那么对于作为连续层由柔性幅面构成的阳极导体层，转向部被布置在长方体的一个平处和长方体的与该面相对的面处，其中于是对于另一导体层，转向部被构成在处于之间的面处。

同样通过固态电池、尤其锂离子固态电池解决本发明的任务，所述固态电池尤其根据按照本发明的方法被制造，所述固态电池具有第一导体层和第二导体层和至少一个分离层，其被堆叠成由至少两个第一导体层和至少两个第二导体层组成的层堆叠，其中第一导体层通过分离层与第二导体层分离，并且其中第一导体层的通过分离层分离的层和/或第二导体层的通过分离层分离的层逐层地彼此电连接。在固态电池情况下，发明实质地规定，导体层中的至少一个由柔性幅面构成，其中柔性幅面作为连续层被放入在层堆叠中，所述连续层至少共同地形成两个第一导体层和/或两个第二导体层。

补充于按照本发明的方法的描述，在按照本发明的固态电池情况下可以在转向部处以中间分接头的形式构成集流体。中间分接头例如可以用于将多个固态电池彼此连接。当然，以中间分接头形式构成的集流体也可以替代在已知的固态电池情况下构成的集流体。

为了在这里避免关于按照本发明的固态电池的其他优点的重复，参照按照本发明的方法的有利构型的描述，并且全面地动用所述描述。

附图说明

从本发明的实施例的随后描述得出改善本发明的其他措施，所述实施例在图中示意性地被示出。来自权利要求、说明书或附图的全部特征和/或优点，包括结构详情、空间布置和方法步骤在内，可以不仅本身、而且以不同的组合是本发明实质的。在此要注意的是，图仅具有描述性质，并且不被认为以任意形式限制本发明。其中：

图1示出按照现有技术的固态电池的一种实施例；

图2示出按照本发明的固态电池的一种实施例，

图3示出按照图2的按照本发明的固态电池的实施例的片段，

图4示出阳极导体层的涂覆，所述涂覆以一个方法步骤利用活性材料施加进行，

图5以示意图示出在装配层堆叠时导体层的转向方向，和

图6示出固态电池的示意性简图，所述固态电池以软包堆叠技术利用两个由柔性幅面（bahn）构成的连续导体层构成。

在不同的图中，相同的部件始终配备有同样的附图标记，因此所述相同的部件通常仅被描述一次。

具体实施方式

图1示出由现有技术已知的固态电池100。固态电池100以软包堆叠技术以形成隔间（kompartiment）20的方式、也即以作为单电池形成层堆叠的方式在多个层2、3、4、5和6中堆叠。上导体层在阴极侧被构造，所述上导体层例如可以是铝薄膜。层3邻接导体层2，所述层3由固体电解质形成。在此，层3可以由陶瓷或由玻璃陶瓷复合物构成。层4邻接形成固体电解质的层3，所述层4作为分离层或者隔板用于将阳极与阴极彼此分离。构成为分离层或者隔板层的层4通常由聚合物陶瓷复合料组成。层4向下、也即在阳极侧有层5，所述层5在锂离固态电池情况下被构成为锂层。阳极集流体邻接层5，所述阳极集流体以导体层6的形式被示出。阳极集流体或者阳极导体层6例如是铜或镍薄膜。如果将层2与层6电连接，那么电压50例如被分接（abgegriffen）用于运行电设备。

图2示出根据按照本发明的方法所制造的固态电池1的片段。在按照本发明的固态电池1情况下是多个层堆叠，所述层堆叠在功能和分层方面对应于如在图1中示出的固态电池100的各个层2、3、4、5和6。然而，不同于由现有技术已知的固态电池100，在按照本发明的固态电池1情况下，由柔性幅面7.1作为连续层7构成导体层2或6之一。当前，阳极集流体、也即导体层6示例性地作为连续层7放入到固态电池1的由多个隔间20或者层堆叠组成的软包或者电池堆叠30中。如在图2中的固态电池1的剖面中示出的，连续层7、也即柔性幅面7.1曲折状地作为连续导体层6放入到固态电池1的隔间20中，所述隔间20由电池堆叠30的导体层6和层2、3、4、5形成。连续层7到电池堆叠30中的曲折状布置也应当被理解为连续层7到软包或者电池堆叠30中的卷绕或者折叠。阴极集流体、也即（如也由现有技术已知的）导体层2在阴极侧作为单分切物（einzelzuschnitte）逐层地被堆叠在电池堆叠30中。在此，将在电池堆叠30中分层的导体层2的单分切物经由电连接元件8、例如导电桥分别彼此电连接。当前，电连接元件8附加地用于在阴极侧向外引出电流。而由连续层7形成的层6连续地彼此电连接。在曲折状地放入连续层7的情况下，在此以堆叠或者隔间的方式并且优选地间歇性地当前左右交替地（如在图2中示出的那样）构造转向部（umlenkungen）9。为了避免短路或者为了阻碍在对固态电池1充电或放电时的锂沉积，优选地在转向部9的区域中用覆层10对构成为连续层7的柔性幅面7.1进行涂覆。覆层10当前在转向部9的内半径处在连续层上被构成。与这里在图2中示出的变型、也即由柔性幅面7.1作为连续层7构成阳极导体层6不同，作为另一变型，由柔性幅面7.1作为连续层7组成的阴极导体层2也可以曲折状地放入或者卷绕或折叠到电池堆叠30中。

图3以细节视图示出图2的电池堆叠30的最上面的隔间20。如在图3中示出的隔间20的构造与由现有技术已知的固态电池100的构造相同，所述固态电池100当前经由导体层2镜像对称地被构建。然而，阳极导体层6当前由作为连续层7的柔性幅面7.1构造，其中这里在细节视图中通过将柔性幅面7.1作为连续层7曲折状地放入在这里示出的隔间20中，第一导体层6.1和第二导体层6.1经由转向部9彼此电连接。在此，转向部9包围两个层5、两个层4、两个层3和一个导体层2，并且利用所述层2形成隔间20。之前提及的层2、3、4和5可以有利地在安装过程中被构成为预制的组件，所述组件在曲折状地安放连续层7时或者在卷绕或折叠柔性幅面7.1时作为共同组件被放入到构造为连续层7的柔性幅面7.1中。

图4示出按照本发明的固态电池1的可替代的构造，其中在导体层2或6之间以层的方式堆叠的所有层3、4、5间歇性地被构建为在导体层2或6之一上的子隔间20.1，所述导体层2或6之一由柔性幅面7.1构成。如果例如在导体层6上有利地在导体层上方或者下方构建层3、4和5作为子隔间20.1，那么可以通过对向地向上、向下并且再向上（如在图5中示出的那样）折叠构成为柔性幅面7.1的导体层6、即具有在其上构建的层3、4和5的连续导体层6，通过叠置各个子隔间20.1在同时放入第二导体层2的情况下制造固态电池1的电池堆叠30。可选地，当在导体层6或2之一上构建层3、4和5时可以同时在构成为子隔间20.1的层3、4和5之间、间歇性地在子隔间20.1之间涂敷覆层10，所述覆层10优选地在转向部9的区域中被构成在导体层2或导体层6上。当前，覆层10在导体层2或导体层6的两侧被构成。

图6示出固态电池1的示意性简图，所述固态电池1以软包堆叠技术利用由柔性幅面7.1作为连续层7所构成的两个导体层2和6构造。在此，连续层7（该连续层7是导体层2）的转向部9与由导体层6的连续层7形成的转向部9彼此正交地放入到电池堆叠中。当前，在导体层2和6的转向部9处以中间分接头11的形式构成集流体，所述中间分接头11例如用于将多个电池堆叠30彼此连接，或者所述中间分接头11用于将固态电池1连接到耗电器上。