DE102022112656A1 - Method and device for producing a solid-state separator for a battery cell - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Festkörperseparators (46) für eine Batteriezelle, welches Folgendes umfasst:- kontinuierliches Zuführen eines bandförmigen oder folienförmigen Substrates (40),- Auftragen einer ersten Schicht (48) eines Schlickers eines Festkörperseparators (46), umfassend einen Feststoffelektrolyten, einen Polymerbinder und ein Lösungsmittel, auf das Substrat (40),- Auftragen einer zweiten Schicht (50) eines Schlickers eines Festkörperseparators (46) auf die erste Schicht (48), wobei die zweite Schicht (50) eine höhere Dichte und/oder eine geringere Porosität als die erste Schicht (48) aufweist, und- Sintern des beschichteten Substrates (42), wobei ein keramischer Festkörperseparator (46) entsteht, welcher eine dem Substrat (40) zugewandte erste keramische Schicht (60) mit hoher Porosität und eine mit dieser ersten keramischen Schicht (60) stoffschlüssig verbundene zweite keramische Schicht (62) mit niedriger Porosität aufweist.Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung (10) zur Herstellung eines solchen Festkörperseparators (46) für eine Batteriezelle sowie einen Festkörperseparator (46), der mit einem solchen Verfahren hergestellt ist.The invention relates to a method for producing a solid-state separator (46) for a battery cell, which comprises the following: - continuously feeding a band-shaped or film-shaped substrate (40), - applying a first layer (48) of a slip of a solid-state separator (46), comprising a solid electrolyte, a polymer binder and a solvent, on the substrate (40), - applying a second layer (50) of a slurry of a solid separator (46) to the first layer (48), the second layer (50) having a higher density and / or has a lower porosity than the first layer (48), and - sintering the coated substrate (42), creating a ceramic solid-state separator (46) which has a first ceramic layer (60) facing the substrate (40) with high porosity and a second ceramic layer (62) with low porosity which is materially connected to this first ceramic layer (60). The invention further relates to a device (10) for producing such a solid-state separator (46) for a battery cell and to a solid-state separator (46) which is produced using such a process.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung eines Festkörperseparators für eine Batteriezelle gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.The invention relates to a method and a device for producing a solid-state separator for a battery cell according to the preamble of the independent claims.

Lithium-Ionen-Batterien haben in den letzten zwei Jahrzehnten für eine Vielzahl von Anwendungen in tragbaren elektronischen Geräten wie Mobiltelefonen und Laptops große Aufmerksamkeit erregt. Aufgrund der schnellen Marktentwicklung der Elektrofahrzeuge und der Energiespeicherung im Netz sind leistungsstarke, kostengünstige Lithium-Ionen-Batterien derzeit eine der vielversprechendsten Optionen für groß angelegte Energiespeicher.Lithium-ion batteries have attracted significant attention over the past two decades for a variety of applications in portable electronic devices such as cell phones and laptops. Due to the rapid market development of electric vehicles and grid energy storage, high-performance, low-cost lithium-ion batteries are currently one of the most promising options for large-scale energy storage.

Eine Lithium-Ionen-Batterie besteht im Allgemeinen aus einem Separator, einer Kathode und einer Anode. Derzeit werden die Elektroden durch Dispergieren von feinen Pulvern eines aktiven Batterieelektrodenmaterials, eines leitenden Mittels und eines Bindemittels in einem geeigneten Lösungsmittel hergestellt. Die Dispersion kann auf einen Stromkollektor, z. B. eine Kupfer- oder Aluminiummetallfolie, aufgetragen werden und dann bei erhöhter Temperatur getrocknet werden, um das Lösungsmittel zu entfernen. Die Kathoden- und Anodenblätter werden anschließend gestapelt oder gerollt, wobei der Separator die Kathode und die Anode trennt, um eine Batterie zu bilden.A lithium-ion battery generally consists of a separator, a cathode and an anode. Currently, the electrodes are manufactured by dispersing fine powders of a battery electrode active material, a conductive agent and a binder in a suitable solvent. The dispersion can be applied to a current collector, e.g. B. a copper or aluminum metal foil can be applied and then dried at elevated temperature to remove the solvent. The cathode and anode sheets are then stacked or rolled, with the separator separating the cathode and anode to form a battery.

Die Herstellung von Separatoren für Festkörperelektrolyten ist zeitaufwendig, energieintensiv und damit teuer. In der Regel werde solche Separatoren auf einzelnen Blättern hergestellt, wobei ein Trägermaterial mit Feststoffseparator beschichtet wird. Anschließend wird der Verbund aus Trägermaterial und Feststoffseparator getrocknet und das Trägermaterial entfernt, wodurch ein Grünling des Feststoffseparators entsteht. Dieser Grünling wird anschließend in einem Sinterprozess zum fertigen Feststoffseparator weiterverarbeitet. Da die Herstellung aus einzelnen Blättern erfolgt, ist zudem ein erhöhter Handhabungsaufwand beim Beschichten, Trocknen und Sintern des Feststoffseparators notwendig.The production of separators for solid electrolytes is time-consuming, energy-intensive and therefore expensive. As a rule, such separators are manufactured on individual sheets, with a carrier material being coated with solid separator. The composite of carrier material and solids separator is then dried and the carrier material is removed, resulting in a green compact of the solids separator. This green compact is then further processed in a sintering process to create the finished solids separator. Since the production takes place from individual sheets, increased handling effort is also necessary when coating, drying and sintering the solids separator.

Aus der US 2018 / 0 233 729 A1 sind ein Verfahren zur Beschichtung poröser Separatorfolien von Lithium-Batterien und eine durch das jeweilige Herstellungsverfahren hergestellte beschichtete Separatorfolie bekannt. Bei dem Verfahren wird die Laserablation zum Ablösen von Partikeln vom Target eingesetzt und der durch Laserpulse verdampfte Partikelstrom auf das zu beschichtende Grundmaterial geleitet, auf dem das Material aufgebracht wird. Bei dem Verfahren kann das so genannte Rolle-zu-Rolle-Prinzip angewendet werden, bei dem das zu beschichtende Grundmaterial von einer Rolle auf eine zweite Rolle geleitet wird und die Beschichtung im Bereich zwischen diesen Rollen erfolgt.From US 2018/0 233 729 A1 a process for coating porous separator films of lithium batteries and a coated separator film produced by the respective manufacturing process are known. In the process, laser ablation is used to detach particles from the target and the stream of particles evaporated by laser pulses is directed onto the base material to be coated, onto which the material is applied. The so-called roll-to-roll principle can be used in the process, in which the base material to be coated is passed from one roll to a second roll and the coating takes place in the area between these rolls.

Die US 2019/0 344 214 A1 beschreibt Batterieseparatoren, die Dendritenwachstum verhindern, und/oder interne Kurzschlüsse aufgrund von Dendritenwachstum verhindern sollen. Die US 2019/0 344 214 A1 beschreibt ferner Batterien, die solche Separatoren enthalten und Systeme, die solche Batterien enthalten. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Batterieseparators offenbart.The US 2019/0 344 214 A1 describes battery separators designed to prevent dendrite growth and/or to prevent internal short circuits due to dendrite growth. The US 2019/0 344 214 A1 further describes batteries containing such separators and systems containing such batteries. In addition, a method for producing such a battery separator is disclosed.

Ferner sind aus der US 2020/0 388 811 A1 Separatorsysteme für elektrochemische Systeme bekannt, die elektronische, mechanische und chemische Eigenschaften aufweisen, die für eine Vielzahl von Anwendungen einschließlich elektrochemischer Speicherung und Umwandlung nützlich sind. Die Ausführungsformen bieten strukturelle, physikalische und elektrostatische Eigenschaften, die für die Steuerung und Kontrolle der Dendritenbildung und für die Verbesserung der Zykluslebensdauer und der Ratenkapazität elektrochemischer Zellen nützlich sind.Furthermore, from the US 2020/0 388 811 A1 Separator systems are known for electrochemical systems that have electronic, mechanical and chemical properties useful for a variety of applications including electrochemical storage and conversion. The embodiments provide structural, physical and electrostatic properties useful for directing and controlling dendrite formation and for improving the cycle life and rate capacity of electrochemical cells.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Fertigung eines Festkörperseparators für eine Batteriezelle zu vereinfachen und die Energieeffizienz der Produktion sowie die Produktionsgeschwindigkeit zu erhöhen.The invention is based on the object of simplifying the production of a solid-state separator for a battery cell and increasing the energy efficiency of production and the production speed.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines Separators für eine Batteriezelle gelöst, das Folgendes umfasst:

  • - kontinuierliches Zuführen eines bandförmigen oder folienförmigen Substrates,
  • - Auftragen einer ersten Schicht eines Schlickers eines Festkörperseparators, umfassend einen Feststoffelektrolyten, einen Polymerbinder und ein Lösungsmittel, auf das Substrat,
  • - Auftragen einer zweiten Schicht eines Schlickers eines Festkörperseparators auf die erste Schicht, wobei die zweite Schicht eine von der ersten Schicht unterschiedliche Dichte und/oder von der ersten Schicht unterschiedliche Porosität aufweist, und
  • - Sintern des getrockneten beschichteten Substrates, wobei ein keramischer Festkörperseparator entsteht, welcher zwei stoffschlüssig miteinander verbundene keramische Schichten mit unterschiedlicher Dichte und/oder unterschiedlich hoher Porosität aufweist.
This task is solved by a method for producing a separator for a battery cell, which comprises the following:
  • - continuous feeding of a band-shaped or film-shaped substrate,
  • - applying a first layer of a slurry of a solid-state separator, comprising a solid electrolyte, a polymer binder and a solvent, to the substrate,
  • - Applying a second layer of a slurry of a solid separator to the first layer, the second layer having a different density from the first layer and/or a different porosity from the first layer, and
  • - Sintering the dried coated substrate, creating a ceramic solid separator which has two ceramic layers with different densities and/or different levels of porosity that are cohesively connected to one another.

Unter einem Schlicker ist dabei ein flüssiges, breiiges bis zähflüssiges Lösungsmittel-Mineralgemisch zur Herstellung von Keramikerzeugnissen zu verstehen. Unter Trocknung ist im Rahmen dieser Erfindung die vollständige oder teilweise Entfernung von Flüssigkeit aus einem feuchten Schlicker durch Verdunsten oder Verdampfen zu verstehen. Unter einem Sintern ist in diesem Zusammenhang das Erhitzen eines feinkörnigen keramischen Stoffes zu verstehen, wobei die Temperaturen des Sinterprozesses jedoch unterhalb der Schmelztemperatur der Hauptkomponenten bleiben, so dass die Form des Werkstückes bis auf eine prozessbedingte Schrumpfung erhalten bleibt.A slip is understood to mean a liquid, mushy to viscous solvent-mineral mixture for the production of ceramic products. Under drying is within this Invention to understand the complete or partial removal of liquid from a moist slip by evaporation or evaporation. In this context, sintering is understood to mean the heating of a fine-grained ceramic material, whereby the temperatures of the sintering process remain below the melting temperature of the main components, so that the shape of the workpiece is retained except for process-related shrinkage.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine besonders einfache, schnelle und kostengünstige Herstellung eines flexiblen Festkörperseparators. Dabei wird durch die poröse keramische Schicht ein Biegen der Keramik ermöglicht, sodass diese als Bandmaterial oder Folienmaterial auf einer Aufnahme aufgerollt werden kann. Zudem ermöglicht die poröse Schicht eine verbesserte Kontaktfläche mit einer Anode oder Kathode eines Zellstapels der Batteriezelle, wodurch der Übergangswiderstand zwischen der Anode oder Kathode und dem Festkörperseparator verringert wird. Dadurch sinkt der Innenwiderstand der Batteriezelle, wodurch diese leistungsfähiger wird. Zudem erhöht die poröse keramische Schicht die Toleranz des Festkörperseparators gegen Partikelkontamination oder unterschiedliche Druckprozesse, da bei auf dem Festkörperseparator einwirkenden Druck zunächst die poröse keramische Schicht verdichtet wird und die niederporöse Schicht unverändert bleibt. Unter einer porösen Schicht ist in diesem Zusammenhang eine Schicht mit einer Porosität von mindestens 20%, vorzugsweise mindestens 30%, besonders bevorzugt von mindestens 40% zu verstehen. Unter einer niederporösen Schicht ist in diesem Zusammenhang eine Schicht mit einer Porosität von weniger als 10%, vorzugsweise von weniger als 5%, besonders bevorzugt weniger als 1 %, zu verstehen.The method according to the invention enables a particularly simple, quick and cost-effective production of a flexible solid-state separator. The porous ceramic layer allows the ceramic to be bent so that it can be rolled up on a holder as strip material or film material. In addition, the porous layer enables an improved contact surface with an anode or cathode of a cell stack of the battery cell, whereby the contact resistance between the anode or cathode and the solid-state separator is reduced. This reduces the internal resistance of the battery cell, making it more powerful. In addition, the porous ceramic layer increases the tolerance of the solid-state separator against particle contamination or different printing processes, since when pressure acts on the solid-state separator, the porous ceramic layer is first compacted and the low-porous layer remains unchanged. In this context, a porous layer is to be understood as meaning a layer with a porosity of at least 20%, preferably at least 30%, particularly preferably at least 40%. In this context, a low-porous layer is to be understood as meaning a layer with a porosity of less than 10%, preferably less than 5%, particularly preferably less than 1%.

Die unterschiedlichen Porositäten der ersten und zweiten keramischen Schicht können durch den Einsatz von engen beziehungsweise breiten Partikelgrößenverteilungen erreicht werden. Dabei wird für die dichtere Schicht eine breite Verteilung oder multimodale Verteilung der Partikel und für die poröse Schicht eine monomodal, enge Verteilung der Partikel angestrebt. Ferner lässt sich die Porosität der keramischen Schichten durch den Anteil des Feststoffgehaltes, durch die primäre Partikelgröße, den Binder, das Lösungsmittel sowie den Trocknungsprozess des jeweiligen Schlickers beeinflussen.The different porosities of the first and second ceramic layers can be achieved by using narrow or wide particle size distributions. A broad or multimodal distribution of the particles is sought for the denser layer and a monomodal, narrow distribution of the particles for the porous layer. Furthermore, the porosity of the ceramic layers can be influenced by the proportion of solids content, the primary particle size, the binder, the solvent and the drying process of the respective slip.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten zusätzlichen Merkmale sind vorteilhafte Verbesserungen und Weiterentwicklungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens zur Herstellung eines Separators für eine Batteriezelle möglich.The additional features listed in the dependent claims make advantageous improvements and further developments of the method for producing a separator for a battery cell specified in the independent claim possible.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung eines Festkörperseparators für eine Batteriezelle ist vorgesehen, dass die zweite Schicht des Schlickers auf die erste Schicht aufgetragen wird, wobei die zweite Schicht eine höhere Dichte und/oder eine geringere Porosität als die erste Schicht aufweist. Dabei entsteht nach dem Sintern ein keramischer Festkörperseparator, welcher eine dem Substrat zugewandte erste keramische Schicht mit hoher Porosität und eine mit dieser ersten keramischen Schicht stoffschlüssig verbundene zweite keramische Schicht mit niedriger Porosität aufweist.In an advantageous embodiment of the method for producing a solid-state separator for a battery cell, it is provided that the second layer of the slip is applied to the first layer, the second layer having a higher density and/or a lower porosity than the first layer. After sintering, a ceramic solid-state separator is created which has a first ceramic layer with high porosity facing the substrate and a second ceramic layer with low porosity that is cohesively connected to this first ceramic layer.

Dabei wird durch die poröse erste keramische Schicht ein Biegen der Keramik ermöglicht, sodass diese als Bandmaterial oder Folienmaterial auf einer Aufnahme aufgerollt werden kann. Zudem ermöglicht die poröse erste Schicht eine verbesserte Kontaktfläche mit einer Anode oder Kathode eines Zellstapels der Batteriezelle, wodurch der Übergangswiderstand zwischen der Anode oder Kathode und dem Festkörperseparator verringert wird. Dadurch sinkt der Innenwiderstand der Batteriezelle, wodurch diese leistungsfähiger wird. Zudem erhöht die poröse erste keramische Schicht die Toleranz des Festkörperseparators gegen Partikelkontamination oder unterschiedliche Druckprozesse, da bei auf dem Festkörperseparator einwirkenden Druck zunächst die poröse erste keramische Schicht verdichtet wird und die niederporöse zweite Schicht unverändert bleibt.The porous first ceramic layer enables the ceramic to be bent so that it can be rolled up on a holder as strip material or film material. In addition, the porous first layer enables an improved contact surface with an anode or cathode of a cell stack of the battery cell, whereby the contact resistance between the anode or cathode and the solid-state separator is reduced. This reduces the internal resistance of the battery cell, making it more powerful. In addition, the porous first ceramic layer increases the tolerance of the solid-state separator against particle contamination or different printing processes, since when pressure acts on the solid-state separator, the porous first ceramic layer is first compacted and the low-porosity second layer remains unchanged.

Alternativ kann es für andere Anwendungsfälle vorteilhaft sein, wenn die dichte keramische Schicht auf das Substrat aufgetragen wird und die poröse keramische Schicht auf die dichte keramische Schicht aufgetragen wird. Dies kann insbesondere bei der Ausbildung von in-Situ gebildeten Anoden und beim Ionentransport durch den Festkörperseparator vorteilhaft sein, um eine größere Menge an Lithium an der in-Situ gebildeten Anode abzuscheiden.Alternatively, for other applications it may be advantageous if the dense ceramic layer is applied to the substrate and the porous ceramic layer is applied to the dense ceramic layer. This can be particularly advantageous when forming anodes formed in-situ and during ion transport through the solid-state separator in order to deposit a larger amount of lithium on the anode formed in-situ.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine dritte Schicht eines Schlickers eines Festkörperseparators auf die zweite Schicht aufgetragen wird, wobei die dritte Schicht eine geringere Dichte und/oder eine höhere Porosität als die zweite Schicht aufweist. Durch eine dritte Schicht kann eine Sandwich-Bauweise für den Festkörperseparator realisiert werden, bei dem eine dichte Mittelschicht von zwei porösen äußeren Schichten eingebettet wird. Dadurch ist eine besonders günstige Anbindung des Festkörperseparators in einem Zellstapel einer Batteriezelle möglich, da die äußeren porösen Schichten mit einer Anode oder einen Kathode verbunden werden können und die dichte mittlere Schicht eine entsprechend gute Isolationswirkung bietet. Zudem ermöglicht eine solche Sandwich-Bauweise des Festkörperseparators einen flexiblen und biegsamen Festkörperseparator, welcher auf einfache Art und Weise als Bandmaterial aufgerollt und dem weiteren Herstellungsprozess der Batteriezelle zugeführt werden kann.In a preferred embodiment of the invention it is provided that a third layer of a slurry of a solid separator is applied to the second layer, the third layer having a lower density and/or a higher porosity than the second layer. A third layer can be used to create a sandwich construction for the solid-state separator, in which a dense middle layer is embedded in two porous outer layers. This enables a particularly favorable connection of the solid-state separator in a cell stack of a battery cell, since the outer porous layers can be connected to an anode or a cathode and the dense middle layer offers a correspondingly good insulation effect. In addition, a sol The sandwich construction of the solid-state separator provides a flexible and flexible solid-state separator, which can be easily rolled up as strip material and fed to the further manufacturing process of the battery cell.

Besonders bevorzugt ist dabei, wenn die dritte Schicht des Schlickers nach einem Sinterprozess eine dritte keramische Schicht ausbildet, welche stoffschlüssig mit der zweiten keramischen Schicht verbunden ist, wobei die dritte keramische Schicht eine höhere Porosität als die zweite keramische Schicht aufweist. Durch die höhere Porosität der ersten und dritten keramischen Schicht kann der Übergangswiderstand von einer Anode oder Kathode zu dem Festkörperseparator reduziert werden. Somit sinkt der Innenwiderstand der Batteriezelle, wodurch die Batteriezelle bei gleicher Größe leistungsfähiger wird. Zudem ermöglichen die porösen äußeren Schichten eine Kompensation von Druck- und Zugspannungen, wodurch die Gefahr einer mechanischen Beschädigung des Festkörperseparators verringert wird.It is particularly preferred if the third layer of the slip forms a third ceramic layer after a sintering process, which is cohesively connected to the second ceramic layer, the third ceramic layer having a higher porosity than the second ceramic layer. Due to the higher porosity of the first and third ceramic layers, the contact resistance from an anode or cathode to the solid-state separator can be reduced. This reduces the internal resistance of the battery cell, making the battery cell more powerful for the same size. In addition, the porous outer layers enable compression and tensile stresses to be compensated, which reduces the risk of mechanical damage to the solid separator.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass nach dem Auftragen der ersten Schicht des Schlickers und vor dem Auftragen der zweiten Schicht des Schlickers ein erster Trocknungsprozess zur Fixierung der ersten Schicht des Schlickers durchgeführt wird. Durch einen zwischengeschalteten Trocknungsprozess kann das Lösungsmittel aus dem ersten Schlicker verdampfen, wodurch die auf das Substrat aufgetragenen zweite Schicht stabilisiert oder fixiert wird. Zudem wird die Gefahr einer Durchmischung der unterschiedlichen Schlicker beim Auftragen der zweiten Schicht des Schlickers verringert. Dadurch kann sichergestellt werden, dass der Festkörperseparator die gewünschten Eigenschaften hat.In an advantageous embodiment of the method it is provided that after the application of the first layer of the slip and before the application of the second layer of the slip, a first drying process is carried out to fix the first layer of the slip. An intermediate drying process allows the solvent to evaporate from the first slip, thereby stabilizing or fixing the second layer applied to the substrate. In addition, the risk of mixing the different slips when applying the second layer of slip is reduced. This can ensure that the solid separator has the desired properties.

In einer vorteilhaften Weiterentwicklung des Verfahrens ist vorgesehen, dass nach dem Auftragen der zweiten Schicht des Schlickers und vor dem Auftragen der dritten Schicht des Schlickers ein zweiter Trocknungsprozess zur Fixierung der zweiten Schicht des Schlickers durchgeführt wird. Durch einen weiteren Trocknungsprozess kann auch die zweite Schicht des Schlickers vor Auftragen einer weiteren Schicht stabilisiert oder fixiert werden. Zudem wird die Gefahr einer Durchmischung der unterschiedlichen Schlicker beim Auftragen der dritten Schicht des Schlickers verringert. Dadurch kann sichergestellt werden, dass der Festkörperseparator die gewünschten Eigenschaften hat.In an advantageous further development of the method it is provided that after the application of the second layer of the slip and before the application of the third layer of the slip, a second drying process is carried out to fix the second layer of the slip. Through a further drying process, the second layer of the slip can also be stabilized or fixed before another layer is applied. In addition, the risk of mixing the different slips when applying the third layer of slip is reduced. This can ensure that the solid separator has the desired properties.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Trocknen bei einer Beharrungstemperatur unterhalb einer Sintertemperatur des Schlickers erfolgt. Dadurch kann bei der Trocknung die Porosität eines Grünlings, d.h. des beschichteten Substrates vor dem Sinterprozess, eingestellt werden, um die gewünschten mechanischen und elektrochemischen Eigenschaften zu erreichen.According to an advantageous embodiment of the method, it is provided that drying takes place at a steady-state temperature below a sintering temperature of the slip. This allows the porosity of a green compact, i.e. the coated substrate before the sintering process, to be adjusted during drying in order to achieve the desired mechanical and electrochemical properties.

Zum Trocknen des beschichteten Substrates kann neben der Erwärmung durch ein Heizelement zusätzlich eine Zufuhr von trockener Luft und/oder einem Prozessgas erfolgen. Dabei wird in einem Prozessraum eine Atmosphäre geschaffen, welche weitgehend frei von Wasserdampf ist, um Nebenreaktionen beim Trocknen und Sintern des Schlickers zu vermeiden. Unter einer Atmosphäre, welche weitgehend frei von Wasser ist, ist dabei eine Atmosphäre mit einem Taupunkt von weniger als -20 °C, vorzugsweise von weniger als -40 °C, besonders bevorzugt von weniger als -65 °C zu verstehen. Alternativ oder zusätzlich kann die Atmosphäre auch Prozessgase, insbesondere inerte Gase wie Stickstoff umfassen, welche eine Reaktion von Wasserdampf mit dem Schlicker beim Temperprozess unterbinden. Alternativ können auch reaktive Prozessgase eingesetzt werden, welche ein Diffusionsgleichgewicht herstellen und ein Herausdiffundieren des Lithiums aus dem Schlicker verhindern.To dry the coated substrate, in addition to heating by a heating element, dry air and/or a process gas can also be supplied. An atmosphere is created in a process room that is largely free of water vapor in order to avoid side reactions when drying and sintering the slip. An atmosphere that is largely free of water is understood to mean an atmosphere with a dew point of less than -20 °C, preferably less than -40 °C, particularly preferably less than -65 °C. Alternatively or additionally, the atmosphere can also include process gases, in particular inert gases such as nitrogen, which prevent a reaction of water vapor with the slip during the tempering process. Alternatively, reactive process gases can also be used, which create a diffusion equilibrium and prevent the lithium from diffusing out of the slip.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass auf das Substrat vor der Beschichtung mit der ersten Schicht des Schlickers ein Trennmittel aufgetragen wird, welches im Sinterprozess eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Festkörperseparator und dem Substrat unterbindet. Dadurch ist ein einfaches und zerstörungsfreies Ablösen des Festkörperseparators von dem Substrat nach dem Sintern möglich und die Weiterverarbeitung des Festkörperseparators beim Herstellen einer Batteriezelle erleichtert.According to a preferred embodiment of the method, it is provided that a release agent is applied to the substrate before coating with the first layer of the slip, which prevents a cohesive connection between the solid-state separator and the substrate in the sintering process. This makes it possible to easily and non-destructively remove the solid-state separator from the substrate after sintering and facilitates further processing of the solid-state separator when producing a battery cell.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das bandförmige oder folienförmige Substrat in einem kontinuierlichen Prozess mit mindestens zwei Schichten eines Schlickers beschichtet, getrocknet und die auf das Substrat aufgetragenen Beschichtungen gesintert werden. Durch einen kontinuierlichen Prozess kann die Ausbringung erhöht und die Fertigungszeit verringert werden, da unproduktive Standzeiten beziehungsweise zusätzliche Handlingschritte vermieden werden. Zudem wird die Gefahr von Beschädigungen durch den Entfall von zusätzlichen Handlingschritten im Herstellungsprozess minimiert und das Auftragen der unterschiedlichen Schichten des Schlickers auf das Substrat vereinfacht, da auch diese Prozess kontinuierlich verlaufen und eine gleichmäßige Beschichtung des Substrats ermöglichen.In an advantageous embodiment of the method it is provided that the band-shaped or film-shaped substrate is coated with at least two layers of a slip in a continuous process, dried and the coatings applied to the substrate are sintered. Through a continuous process, output can be increased and production time reduced because unproductive downtime or additional handling steps are avoided. In addition, the risk of damage is minimized by eliminating additional handling steps in the manufacturing process and the application of the different layers of slip to the substrate is simplified, since this process also runs continuously and enables a uniform coating of the substrate.

In einer vorteilhaften Ausführung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Substrat mit der gesinterten Beschichtung als Bandmaterial abgeführt wird. Dadurch ist eine besonders einfache Prozessführung bei Beschichten, Trocknen und Sintern möglich, wobei das Substrat mit der gesinterten Beschichtung auf eine Aufnahmevorrichtung, insbesondere eine Rolle, eine Hülse oder eine Trommel aufgewickelt werden kann, um auf einfache Art und Weise einem weiteren Fertigungsschritt bei der Herstellung der Batterie zugeführt werden zu können. Alternativ kann das gesinterte Substrat auch nach dem Sinterprozess in die Form der gewünschten Separatoren geschnitten werden und als stapelbares Stückgut einem nächsten Prozessschritt bei der Herstellung der Batterie zugeführt werden.In an advantageous embodiment of the method it is provided that the substrate with the sintered coating is removed as strip material. This makes the process particularly easy In coating, drying and sintering, the substrate with the sintered coating can be wound onto a receiving device, in particular a roll, a sleeve or a drum, in order to be easily fed to a further production step in the production of the battery can. Alternatively, the sintered substrate can also be cut into the shape of the desired separators after the sintering process and fed as stackable piece goods to the next process step in the production of the battery.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Substrat eine Kupferfolie, eine Nickelfolie oder eine Verbundfolie aus mehreren metallischen Schichten ist. Eine Kupferfolie oder eine Nickelfolie sind auch bei den für einen Sinterprozess üblichen Temperaturen thermisch stabil. Insbesondere liegt die Schmelztemperatur einer Nickelfolie über der Temperatur eines Sinterprozesses der typischen für einen Festkörperseparator verwendeten Keramiken, sodass ein Schmelzen der Nickelfolie im Sinterprozess nicht zu befürchten ist.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the substrate is a copper foil, a nickel foil or a composite foil made of several metallic layers. A copper foil or a nickel foil is thermally stable even at the temperatures usual for a sintering process. In particular, the melting temperature of a nickel foil is above the temperature of a sintering process of the typical ceramics used for a solid-state separator, so that there is no fear of melting of the nickel foil in the sintering process.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die erste und die zweite Schicht des Schlickers zur Herstellung des Festkörperseparators ein oxidisches, ionenleitendes Material, vorzugsweise eine oxidische, Lithium-Ionen leitende Keramik oder Glaskeramik, insbesondere ein Lithium-Lanthan-Zirkoniumoxid, ein Lithium-Aluminium-Titan-Phosphat, ein Lithium-Lanthan-Titanat oder ein Derivat umfasst. Lithium-Lanthan-Zirkoniumoxid bietet gegenüber elementarem Lithium und anderen Lithiumverbindungen den Vorteil, dass es chemisch und mechanisch besonders stabil ist.In an advantageous embodiment of the method, it is provided that the first and second layers of the slip for producing the solid-state separator are an oxidic, ion-conducting material, preferably an oxidic, lithium-ion-conducting ceramic or glass ceramic, in particular a lithium-lanthanum zirconium oxide, a lithium -Aluminum titanium phosphate, a lithium lanthanum titanate or a derivative. Lithium lanthanum zirconium oxide offers the advantage over elemental lithium and other lithium compounds that it is particularly chemically and mechanically stable.

Ein weiterer Teilaspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines Separators für eine Batteriezelle, umfassend

  • - Mittel zum kontinuierlichen Zuführen eines bandförmigen oder folienförmigen Substrates,
  • - Mittel zum Auftragen einer ersten Schicht eines Schlickers eines Festkörperseparators auf das Substrat,
  • - Mittel zum Auftragen einer zweiten Schicht eines Schlickers eines Festkörperseparators auf die erste Schicht, wobei die zweite Schicht eine von der ersten Schicht unterschiedliche Dichte und/oder eine von der ersten Schicht unterschiedliche Porosität aufweist,
  • - Mittel zum Sintern des mit mindestens zwei unterschiedlichen Schichten eines Schlickers beschichteten Substrates, wobei ein Festkörperseparator mit zwei stoffschlüssig miteinander verbundenen keramischen Schichten mit unterschiedlicher Dichte und/oder unterschiedlich hoher Porosität entsteht, sowie
  • - ein Steuergerät mit einer Speichereinheit und einer Recheneinheit, wobei in der Speichereinheit ein maschinenlesbarer Programmcode abgelegt ist, welcher das erfindungsgemäßes Verfahren ausführt, wenn der maschinenlesbare Programmcode durch die Recheneinheit ausgeführt wird.
A further partial aspect of the invention relates to a device for producing a separator for a battery cell, comprising
  • - Means for continuously feeding a band-shaped or film-shaped substrate,
  • - means for applying a first layer of a slurry of a solid separator to the substrate,
  • - Means for applying a second layer of a slurry of a solid separator to the first layer, the second layer having a density that is different from the first layer and/or a porosity that is different from the first layer,
  • - Means for sintering the substrate coated with at least two different layers of a slip, creating a solid-state separator with two ceramic layers with different densities and/or different levels of porosity that are cohesively connected to one another, and
  • - a control device with a memory unit and a computing unit, a machine-readable program code being stored in the memory unit, which executes the method according to the invention when the machine-readable program code is executed by the computing unit.

Eine solche Vorrichtung ermöglicht auf einfache Art und Weise die Herstellung eines Festkörperseparators für eine Batterie.Such a device enables the production of a solid-state separator for a battery in a simple manner.

Bevorzugt ist dabei wenn die erste Schicht eine geringere Dichte und/oder eine höhere Porosität und die zweite Schicht eine höhere Dichte und/oder eine geringere Porosität aufweist.It is preferred if the first layer has a lower density and/or a higher porosity and the second layer has a higher density and/or a lower porosity.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung zusätzlich Mittel zum Auftragen einer dritten Schicht eines Schlickers eines Festkörperseparators auf die zweite Schicht umfasst, wobei die dritte Schicht eine geringere Dichte und/oder eine höhere Porosität als die zweite Schicht aufweist. Dadurch kann eine Sandwich-Bauart des Festkörperseparators erreicht werden, bei welchen eine dichte mittlere Schicht, welche eine gute Isolations- und Sperrwirkung aufweist, in zwei poröse Randschichten eingebettet ist, welche eine besonders widerstandsarme Anbindung an weitere Elemente einer Batteriezelle, insbesondere an eine Anode, eine Kathode oder einen Stromableiter der Batteriezelle ermöglichen und somit den Innenwiderstand der Batteriezelle reduzieren.In an advantageous embodiment of the device, it is provided that the device additionally comprises means for applying a third layer of a slurry of a solid separator to the second layer, the third layer having a lower density and/or a higher porosity than the second layer. This makes it possible to achieve a sandwich design of the solid-state separator, in which a dense middle layer, which has a good insulation and barrier effect, is embedded in two porous edge layers, which provide a particularly low-resistance connection to other elements of a battery cell, in particular to an anode. enable a cathode or a current collector of the battery cell and thus reduce the internal resistance of the battery cell.

In einer weiteren Verbesserung der Vorrichtung ist vorgesehen, dass stromabwärts der Mittel zum Auftragen der ersten Schicht des Schlickers und stromaufwärts der Mittel zum Auftragen der zweiten Schicht des Schlickers eine erste Trocknungszone mit einem in der Trocknungszone angeordneten Element zur Trocknung des ersten Schlickers ausgebildet ist. Durch entsprechende Trocknungszonen können die Schichten des Schlickers stabilisiert beziehungsweise auf dem Substrat fixiert werden. Ferner kann eine Durchmischung der unterschiedlichen Schichten des Schlickers vor dem Sinterprozess verhindert werden und ein Trocknungsprozess kann dabei unterstützen, die gewünschte Porosität in der entsprechenden Schicht der Keramik des Festkörperseparators auszubilden.In a further improvement of the device it is provided that downstream of the means for applying the first layer of the slip and upstream of the means for applying the second layer of the slip, a first drying zone is formed with an element arranged in the drying zone for drying the first slip. The layers of the slip can be stabilized or fixed on the substrate using appropriate drying zones. Furthermore, mixing of the different layers of the slip can be prevented before the sintering process and a drying process can help to form the desired porosity in the corresponding layer of the ceramic of the solid separator.

Des Weiteren ermöglicht eine Erwärmung eine Migration des Bindungsmittels aus der Mitte des Schlickers heraus an die Oberfläche, wodurch die elektrochemischen Eigenschaften des Separators verbessert werden können.Furthermore, heating allows the binding agent to migrate from the center of the slip to the surface, which can improve the electrochemical properties of the separator.

In einer weiteren Verbesserung der Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Mittel zum Trocknen des beschichteten Substrates Düsen zur Zufuhr von trockener Luft oder einem Prozessgas aufweisen. Dadurch kann verhindert werden, dass der Schlicker mit Wasserdampf in der Luft reagiert und die keramische Schicht versprödet.In a further improvement of the device it is provided that the means for drying the coated substrate have nozzles for supplying dry air or a process gas. This can prevent the slip from reacting with water vapor in the air and causing the ceramic layer to become brittle.

Die Vorrichtung zur Herstellung eines Festkörperseparators für eine Batteriezelle kann eine Schlitzdüse zum Auftragen einer oder mehrerer Schichten des Schlickers umfassen. Insbesondere können die Mittel zum Auftragen der Schlicker auf das Substrat eine Doppelschlitzdüse zur gleichzeitigen Mehrlagenbeschichtung des Substrats aufweisen. Durch eine solche Doppelschlitzdüse können zwei verschiedene Schlicker gleichzeitig auf das Substrat aufgebracht werden. Die Trennung der zwei Schichten kann durch die unterschiedlichen Partikelgrößen sichergestellt werden, wodurch sich nach dem Sintern zwei keramische Schichten mit unterschiedlichen Porositäten ausbilden.The device for producing a solid-state separator for a battery cell can include a slot nozzle for applying one or more layers of the slip. In particular, the means for applying the slip to the substrate can have a double slot nozzle for simultaneous multi-layer coating of the substrate. With such a double slot nozzle, two different slips can be applied to the substrate at the same time. The separation of the two layers can be ensured by the different particle sizes, which results in the formation of two ceramic layers with different porosities after sintering.

Ein weiterer Teilaspekt der Erfindung betrifft einen Festkörperseparator für eine Batteriezelle mit einer ersten porösen keramischen Schicht und einer dichten zweiten keramischen Schicht, welche stoffschlüssig mit der ersten keramischen Schicht verbunden ist, wobei der Festkörperseparator mit einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.Another partial aspect of the invention relates to a solid-state separator for a battery cell with a first porous ceramic layer and a dense second ceramic layer, which is cohesively connected to the first ceramic layer, the solid-state separator being produced using a method according to the invention.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Festkörperseparators ist vorgesehen, dass der Festkörperseparator drei keramische Schichten aufweist, wobei ein dichte zweite keramische Schicht von einer porösen ersten keramischen Schicht und einer porösen dritten keramischen Schicht eingebettet ist.In an advantageous embodiment of the solid-state separator it is provided that the solid-state separator has three ceramic layers, with a dense second ceramic layer being embedded by a porous first ceramic layer and a porous third ceramic layer.

Besonders bevorzugt ist dabei, wenn die porösen keramischen Schichten zur Senkung des Übergangswiderstands zu einer Anode oder Kathode einer Batteriezelle angeraut sind.It is particularly preferred if the porous ceramic layers are roughened to reduce the contact resistance to an anode or cathode of a battery cell.

Die verschiedenen, in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.The various embodiments of the invention mentioned in this application can be advantageously combined with one another, unless stated otherwise in individual cases.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

  • 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines Separators für eine Batteriezelle;
  • 2 einen erfindungsgemäßen Feststoffseparator mit mehreren keramischen Schichten unterschiedlicher Dichte und unterschiedlicher Porosität; und
  • 3 ein Ablaufdiagramm zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Festkörperseparators für eine Batteriezelle.
The invention is explained below in exemplary embodiments using the associated drawings. Show it:
  • 1 a device according to the invention for producing a separator for a battery cell;
  • 2 a solids separator according to the invention with several ceramic layers of different densities and different porosities; and
  • 3 a flowchart for carrying out a method according to the invention for producing a solid-state separator for a battery cell.

1 zeigt eine Vorrichtung 10 zur Herstellung eines Festkörperseparators 46 für eine Batteriezelle. Die Vorrichtung 10 umfasst Mittel 12, 14 zum Zuführen eines vorzugsweise metallischen, elektrisch leitenden Substrates 40, welche eine erste Aufnahmevorrichtung 12, insbesondere eine Rolle, einen Dorn auf einer Spannhülse oder eine Trommel, umfassen, auf welcher das Substrat 40 in Form eines Bandmaterials aufgewickelt ist und den weiteren Komponenten der Vorrichtung 10 zugeführt wird. Die Mittel 12, 14 zum Zuführen umfassen ferner eine erste Umlenkrolle 14, mit welcher das Substrat 40 umgelenkt und einer Beschichtungszone B und einer Trocknungszone T zum Beschichten des Substrates 40 mit mehreren Schichten 48, 50, 52 eines Schlickers und anschließendem Trocknen des beschichteten Substrates 42 zugeführt wird. Die Trocknungszone T kann wie in 1 dargestellt zumindest teilweise überlappend mit der Beschichtungszone B ausgebildet sein. 1 shows a device 10 for producing a solid-state separator 46 for a battery cell. The device 10 comprises means 12, 14 for feeding a preferably metallic, electrically conductive substrate 40, which comprise a first receiving device 12, in particular a roller, a mandrel on a clamping sleeve or a drum, on which the substrate 40 is wound in the form of a strip material is and is supplied to the other components of the device 10. The means 12, 14 for feeding further comprise a first deflection roller 14, with which the substrate 40 is deflected and a coating zone B and a drying zone T for coating the substrate 40 with several layers 48, 50, 52 of a slip and then drying the coated substrate 42 is supplied. The drying zone T can be as in 1 shown at least partially overlapping with the coating zone B.

Die Vorrichtung 10 umfasst ferner Mittel 20, 22, 24 zum Auftragen eines Schlickers 38 eines Feststoffseparators auf das Substrat 40. Dazu ist in der Beschichtungszone B eine erste Auftrageeinheit 20 vorgesehen, um eine erste Schicht 48 eines Schlickers auf das Substrat 40 aufzutragen. Stromabwärts der ersten Auftrageeinheit 20 ist in der Beschichtungszone B eine zweite Auftrageeinheit 22 vorgesehen, um eine zweite Schicht 50 eines Schlickers auf die erste Schicht 48 des Schlickers aufzutragen. Stromabwärts der zweiten Auftrageeinehit 22 ist in der Beschichtungszone B eine dritte Auftrageeinheit 24 zum Auftragen einer dritten Schicht 52 eines Schlickers vorgesehen. Stromabwärts der ersten Auftrageeinheit 20 und stromaufwärts der zweiten Auftrageeinheit 22 ist eine erste Trocknungszone 26 vorgesehen, in welcher die erste Schicht 48 des Schlickers auf dem Substrat 40 durch ein Heizelement 58 getrocknet wird. Stromabwärts der zweiten Auftrageeinheit 22 und stromaufwärts der dritten Auftrageeinheit 24 ist eine zweite Trocknungszone 28 ausgebildet, um die zweite Schicht 50 des Schlickers nach dem Auftragen auf die erste Schicht 48 durch ein weiteres Heizelement 58 zu trocknen. Stromabwärts der dritten Auftrageeinheit 24 ist eine dritte Trocknungszone 30 ausgebildet, um die auf die getrocknete zweite Schicht 50 des Schlickers aufgetragene dritte Schicht 52 des Schlickers vor dem Sinterprozess zu trocknen und insbesondere ein Lösungsmittel aus der dritten Schicht des Schlickers vor dem Sinterprozess zu verdampfen. Die Trocknungszonen 26, 28, 30 können zusätzlich eine oder vorzugsweise mehrere Düsen 36 umfassen, mit welchen trockene Luft oder ein Prozessgas 38 in die jeweilige Trocknungszone 26, 28, 30 eingeblasen wird. Ferner kann die Vorrichtung 10 ein Element zum Auftragen eines Trennmittels 56 auf das Substrat 40 umfassen, welches vor dem Auftragen der ersten Schicht 48 des Schlickers auf das Substrat 40 aufgetragen wird, um im späteren Prozess eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Substrat und der ersten Schicht 48 des Schlickers zu vermeiden.The device 10 further comprises means 20, 22, 24 for applying a slurry 38 of a solids separator to the substrate 40. For this purpose, a first application unit 20 is provided in the coating zone B in order to apply a first layer 48 of a slurry to the substrate 40. Downstream of the first application unit 20, a second application unit 22 is provided in the coating zone B in order to apply a second layer 50 of a slip to the first layer 48 of the slip. Downstream of the second application unit 22, a third application unit 24 is provided in the coating zone B for applying a third layer 52 of a slip. A first drying zone 26 is provided downstream of the first application unit 20 and upstream of the second application unit 22, in which the first layer 48 of the slip on the substrate 40 is dried by a heating element 58. A second drying zone 28 is formed downstream of the second application unit 22 and upstream of the third application unit 24 in order to dry the second layer 50 of the slip after application to the first layer 48 by a further heating element 58. Downstream of the third application unit 24, a third drying zone 30 is formed in order to dry the third layer 52 of the slip applied to the dried second layer 50 of the slip before the sintering process and in particular to evaporate a solvent from the third layer of the slip before the sintering process. The drying zones 26, 28, 30 can additionally include one or preferably several nozzles 36 with which dry air or a pro cess gas 38 is blown into the respective drying zone 26, 28, 30. Furthermore, the device 10 can comprise an element for applying a release agent 56 to the substrate 40, which is applied to the substrate 40 before the first layer 48 of the slip is applied in order to create a cohesive connection between the substrate and the first layer 48 in the later process to avoid the slip.

Die unterschiedlichen drei Schichten 48, 50, 52 des Schlickers des Festkörperseparators 46 umfassen jeweils ein Lösungsmittel, einen Feststoffelektrolyten sowie einen Polymerbinder. Durch das Auftragen der ersten, zweiten und dritten Schicht 48, 50, 52 des Schlickers auf das Substrat 40 wird das Substrat 40, insbesondere eine Kupferfolie, eine Aluminiumfolie oder eine Verbundfolie, welche eine Kupferfolie und/oder eine Aluminiumfolie sowie zusätzlich weitere metallische Schichten umfasst, mit keramischen Schichten 60, 62, 64 unterschiedlicher Dichte und/oder unterschiedlicher Porosität beschichtet.The different three layers 48, 50, 52 of the slurry of the solid separator 46 each comprise a solvent, a solid electrolyte and a polymer binder. By applying the first, second and third layers 48, 50, 52 of the slip to the substrate 40, the substrate 40, in particular a copper foil, an aluminum foil or a composite foil, which comprises a copper foil and/or an aluminum foil as well as additional metallic layers , coated with ceramic layers 60, 62, 64 of different density and / or different porosity.

Die Vorrichtung 10 umfasst ferner Mittel zum Sintern 32 des getrockneten beschichteten Substrates 42 in einer Sinterzone S, welche sich in Prozessrichtung an die Beschichtungszone B und die Trocknungszone T anschließt. Die Mittel zum Sintern 32 sind insbesondere dazu eingerichtet, die Temperatur des getrockneten, beschichteten Substrates 42 ausgehend von einer Beharrungstemperatur TB zum Trocknen weiter auf eine Sintertemperatur TS von vorzugsweise 1000 °C bis 1200 °C aufzuheizen. In der Sinterzone S können weitere Düsen 36 und weitere Heizelemente 58 angeordnet sein, um auch der Sinterzone S trockene Luft oder ein Prozessgas zur Optimierung des Sinterprozesses zuzuführen. Die Mittel zum Sintern 32 können ferner dazu eingerichtet sein, das Substrat 40 mit der gesinterten Beschichtung 44 nach dem Sintern kurzfristig auf eine Temperatur TL oberhalb der Sintertemperatur, insbesondere auf eine Temperatur von mehr als 1200 °C zu erhitzen, um kurzfristig ein Anschmelzen an der Verbindungsstelle zwischen dem Substrat 40 und dem Festkörperseparator 46 zu bewirken, wodurch Eigenspannungen in dem Substrat 40 mit der gesinterten Beschichtung 44 verringert und der Übergangswiderstand zwischen dem Substrat 40 und dem Feststoffseparator 46 reduziert werden kann.The device 10 further comprises means for sintering 32 the dried coated substrate 42 in a sintering zone S, which adjoins the coating zone B and the drying zone T in the process direction. The means for sintering 32 are in particular designed to further heat the temperature of the dried, coated substrate 42 from a steady-state temperature T B for drying to a sintering temperature T S of preferably 1000 ° C to 1200 ° C. Further nozzles 36 and further heating elements 58 can be arranged in the sintering zone S in order to also supply dry air or a process gas to the sintering zone S in order to optimize the sintering process. The means for sintering 32 can also be set up to briefly heat the substrate 40 with the sintered coating 44 after sintering to a temperature T L above the sintering temperature, in particular to a temperature of more than 1200 ° C, in order to short-term melting the connection point between the substrate 40 and the solid separator 46, whereby internal stresses in the substrate 40 with the sintered coating 44 can be reduced and the contact resistance between the substrate 40 and the solid separator 46 can be reduced.

Die Mittel zum Sintern 32 können insbesondere einen Durchlaufofen umfassen, in welchem die Schichten 48, 50, 52 des Schlickers in keramische Schichten 60, 62, 64 überführt werden. The means for sintering 32 can in particular comprise a continuous furnace in which the layers 48, 50, 52 of the slip are converted into ceramic layers 60, 62, 64.

Stromabwärts der Sinterzone S ist eine Abkühlzone A ausgebildet, in welcher das Substrat 40 mit der gesinterten Beschichtung 44 abkühlt wird und seine endgültigen mechanischen Eigenschaften erhält. In der Abkühlzone A können weitere Düsen 36 angeordnet sein, um die Abkühlung der gesinterten Beschichtung 44 zu unterstützen.A cooling zone A is formed downstream of the sintering zone S, in which the substrate 40 with the sintered coating 44 is cooled and acquires its final mechanical properties. Additional nozzles 36 can be arranged in the cooling zone A to support the cooling of the sintered coating 44.

Die Vorrichtung 10 umfasst ferner eine zweite Umlenkrolle 16, mit welcher das Substrat 40 mit der gesinterten Beschichtung 44 aus der Abkühlzone A herausgeführt und einer zweiten Aufnahmevorrichtung 18, insbesondere einer weiteren Rolle, einer Trommel oder einer Hülse auf einem Spanndorn zugeführt wird, auf welcher das Substrat 40 mit der gesinterten Beschichtung 44 zur Weiterverarbeitung aufgerollt werden kann. Alternativ kann auch eine Ablöseeinheit 54 vorgesehen sein, um die gesinterte Beschichtung 44 von dem Substrat 40 abzutrennen, und diese gesinterte Beschichtung 44, in der zweiten Aufnahmevorrichtung 18 aufzunehmen.The device 10 further comprises a second deflection roller 16, with which the substrate 40 with the sintered coating 44 is led out of the cooling zone A and fed to a second receiving device 18, in particular a further roller, a drum or a sleeve on a mandrel on which the Substrate 40 with the sintered coating 44 can be rolled up for further processing. Alternatively, a detachment unit 54 can also be provided in order to separate the sintered coating 44 from the substrate 40 and to receive this sintered coating 44 in the second receiving device 18.

Die Vorrichtung 10 umfasst ferner ein Steuergerät 70 mit einer Speichereinheit 72 und einer Recheneinheit 74. In der Speichereinheit 72 ist ein maschinenlesbarer Programmcode 76 zur Steuerung der Vorrichtung und zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens abgelegt. Dabei ist das Steuergerät 70 dazu eingerichtet, das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Separators 36 mit der beschriebenen Vorrichtung 10 auszuführen, wenn der maschinenlesbare Programmcode 76 durch die Recheneinheit 74 ausgeführt wird.The device 10 further comprises a control device 70 with a memory unit 72 and a computing unit 74. A machine-readable program code 76 for controlling the device and for executing the method according to the invention is stored in the memory unit 72. The control device 70 is set up to carry out the method according to the invention for producing a separator 36 with the device 10 described when the machine-readable program code 76 is executed by the computing unit 74.

2 zeigt einen Festkörperseparator 46, welcher aus der gesinterten Beschichtung 44 des Substrats 40 hergestellt ist. Der Festkörperseparator 46 ist vorzugsweise in einer Sandwich-Bauweise ausgebildet. Dabei weist der Festkörperseparator 46 eine erste poröse keramische Schicht 60 und eine dritte poröse keramische Schicht 64 auf, welche eine dichte zweite keramische Schicht 62 einbettet. Dabei können die poröse erste keramische Schicht 60 und die poröse dritte keramische Schicht 64 den gleichen Aufbau und die gleiche Porosität aufweisen. Die erste und die dritte keramische Schicht weisen eine Porosität von mindestens 20%, vorzugsweise mindestens 30%, besonders bevorzugt von mindestens 40%, auf. Die dichte zweite keramische Schicht 62 weist eine Porosität von maximal 10%, bevorzugt maximal 5% auf. Die poröse erste und dritte Schicht 60, 64 können an ihren äußeren Oberflächen zusätzlich aufgeraut sein, um eine verbesserte Anbindung an eine weitere elektrische Komponente eines Zellstapels einer Batteriezelle, insbesondere an eine Anode, eine Kathode oder einen Stromableiter, zu ermöglichen. Durch die poröse Ausbildung dieser keramischen Schichten 60, 64 weist der Festkörperseparator 46 eine Biegeelastizität auf, welche es erlaubt, den Festkörperseparator 46 als Bandmaterial auf eine Rolle aufzuwickeln. Durch die rauen Oberflächen kann der Übergangswiderstand zu einer Anode, einer Kathode oder einem Stromableiter verringert werden, wodurch der Innenwiderstand der Batteriezelle gesenkt und die Effizienz der Batteriezelle erhöht werden kann. 2 shows a solid separator 46, which is made from the sintered coating 44 of the substrate 40. The solid separator 46 is preferably designed in a sandwich construction. The solid separator 46 has a first porous ceramic layer 60 and a third porous ceramic layer 64, which embeds a dense second ceramic layer 62. The porous first ceramic layer 60 and the porous third ceramic layer 64 can have the same structure and the same porosity. The first and third ceramic layers have a porosity of at least 20%, preferably at least 30%, particularly preferably at least 40%. The dense second ceramic layer 62 has a porosity of a maximum of 10%, preferably a maximum of 5%. The porous first and third layers 60, 64 can be additionally roughened on their outer surfaces in order to enable improved connection to a further electrical component of a cell stack of a battery cell, in particular to an anode, a cathode or a current collector. Due to the porous design of these ceramic layers 60, 64, the solid-state separator 46 has a bending elasticity, which allows the solid-state separator 46 to be wound onto a roll as a strip material. The rough surfaces can increase the contact resistance an anode, a cathode or a current collector can be reduced, which can reduce the internal resistance of the battery cell and increase the efficiency of the battery cell.

3 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Festkörperseparators 46 für eine Batteriezelle. In einem ersten Verfahrensschritt <100> wird ein Substrat 40 einem Beschichtungsprozess zugeführt. Dies erfolgt vorzugsweise in Form eines Bandmaterials, welches von einer ersten Aufnahmevorrichtung 12, insbesondere einer Rolle, der Vorrichtung 10 abgewickelt wird. In einem Verfahrensschritt <110> wird eine erste Schicht 48 eines Schlickers eines Festkörperseparators 46 auf eine Oberfläche des Substrats 40 mithilfe einer ersten Auftrageeinheit 20 aufgetragen. Anschließend wird in einem Verfahrensschritt <120> diese erste Schicht 48 des Schlickers 38 in einem ersten Trocknungsprozess auf der Oberfläche des Substrats 40 getrocknet. In einem Verfahrensschritt <130> wird eine zweite, von der ersten Schicht 48 in ihrer Zusammensetzung unterschiedliche zweite Schicht 50 eines Schlickers mithilfe einer zweiten Auftrageeinheit 22 auf die getrocknete erste Schicht 48 aufgetragen. In einem Verfahrensschritt <140> wird diese zweite Schicht 50 getrocknet. In einem Verfahrensschritt <150> wird eine dritte Schicht 52 des Schlickers durch eine dritte Auftrageeinheit 24 der Vorrichtung auf die zweite Schicht 50 aufgetragen und anschließend getrocknet. In einer vereinfachten Ausführungsform des Verfahrens können auch nur zwei Schichten 48, 50 des Schlickers aufgetragen werden, sodass der Verfahrensschritt <150> entfällt. 3 shows a flow chart for carrying out the method according to the invention for producing a solid-state separator 46 for a battery cell. In a first method step <100>, a substrate 40 is fed to a coating process. This is preferably done in the form of a strip material which is unwound from a first receiving device 12, in particular a roll, of the device 10. In a method step <110>, a first layer 48 of a slurry of a solid separator 46 is applied to a surface of the substrate 40 using a first application unit 20. Subsequently, in a method step <120>, this first layer 48 of the slip 38 is dried on the surface of the substrate 40 in a first drying process. In a method step <130>, a second layer 50 of a slip, which differs in composition from the first layer 48, is applied to the dried first layer 48 using a second application unit 22. In a process step <140>, this second layer 50 is dried. In a method step <150>, a third layer 52 of the slip is applied to the second layer 50 by a third application unit 24 of the device and then dried. In a simplified embodiment of the method, only two layers 48, 50 of the slip can be applied, so that method step <150> is omitted.

In einem Verfahrensschritt <160> wird das mit den mehreren Schichten 48, 50, 52 des Schlickers beschichtete Substrat 42 einer Sinterzone S zugeführt, wobei die unterschiedlichen Schichten des Schlickers zwei oder mehr keramische Schichten 60, 62, 64 mit unterschiedlicher Dichte und/oder unterschiedlicher Porosität ausbilden. In einem Verfahrensschritt <170> kann das Substrat 40 kurzfristig über eine Schmelztemperatur erhitzt werden, wodurch es im Verbindungsbereich zwischen dem Substrat 40 und Feststoffseparator 46 zu einem Anschmelzen kommt, wodurch die Übergangswiderstände sowie die Eigenspannungen reduziert werden können. Dadurch kann sowohl die mechanische Festigkeit als auch die thermische Stabilität des Separators 46 erhöht werden. Alternativ kann dieser Verfahrensschritt auch entfallen. In einem Verfahrensschritt <180> wird die keramische Beschichtung 44 auf dem Substrat 40 abgekühlt, sodass die keramische Beschichtung 44 nach dem Sinterprozess ihre endgültigen mechanischen Eigenschaften erhält und einen Festkörperseparator 46 ausbildet. In einem Verfahrensschritt <190> kann der Festkörperseparator 46 von dem Substrat 40 abgetrennt und einer zweiten Aufnahmevorrichtung 18, insbesondere einer Rolle zum Aufwickeln des Festkörperseparators 46 zugeführt werden.In a method step <160>, the substrate 42 coated with the multiple layers 48, 50, 52 of the slip is fed to a sintering zone S, the different layers of the slip comprising two or more ceramic layers 60, 62, 64 with different densities and/or different Form porosity. In a method step <170>, the substrate 40 can be briefly heated above a melting temperature, which causes melting in the connection area between the substrate 40 and the solid separator 46, whereby the contact resistance and the internal stresses can be reduced. This allows both the mechanical strength and the thermal stability of the separator 46 to be increased. Alternatively, this process step can also be omitted. In a method step <180>, the ceramic coating 44 is cooled on the substrate 40, so that the ceramic coating 44 receives its final mechanical properties after the sintering process and forms a solid separator 46. In a method step <190>, the solid-state separator 46 can be separated from the substrate 40 and fed to a second receiving device 18, in particular a roll for winding up the solid-state separator 46.

BezugszeichenlisteReference symbol list

1010
Vorrichtungcontraption
1212
erste Aufnahmevorrichtungfirst recording device
1414
erste Umlenkrollefirst pulley
1616
zweite Umlenkrollesecond deflection roller
1818
zweite Aufnahmevorrichtungsecond recording device
2020
erste Auftrageeinheitfirst application unit
2222
zweite Auftrageeinheitsecond application unit
2424
dritte Auftrageeinheitthird application unit
2626
erste Trocknungszonefirst drying zone
2828
zweite Trocknungszone second drying zone
3030
dritte Trocknungszonethird drying zone
3232
Mittel zum SinternMeans for sintering
3434
AbkühlzoneCooling zone
3636
Düsejet
3838
Prozessgas Process gas
4040
SubstratSubstrate
4242
beschichtetes Substratcoated substrate
4444
gesinterter Beschichtungsintered coating
4646
FestkörperseparatorSolid separator
4848
erste Schicht des Schlicker first layer of slip
5050
zweite Schicht des Schlickersecond layer of slip
5252
dritter Schicht des Schlickerthird layer of slip
5454
Ablöseeinheitrelief unit
5656
Trennmittelrelease agent
5858
HeizelementHeating element
6060
poröse erste keramische Schichtporous first ceramic layer
6262
dichte zweite keramische Schichtdense second ceramic layer
6464
poröse dritte keramische Schicht porous third ceramic layer
7070
SteuergerätControl unit
7272
SpeichereinheitStorage unit
7474
RecheneinheitComputing unit
7676
maschinenlesbarer Programmcode machine-readable program code
AA
AbkühlzoneCooling zone
Bb
BeschichtungszoneCoating zone
SS
SinterzoneSinter zone
TT
Trocknungszonedrying zone

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 2019/0344214 A1 [0006]US 2019/0344214 A1 [0006]
  • US 2020/0388811 A1 [0007]US 2020/0388811 A1 [0007]

Claims (15)

Verfahren zur Herstellung eines Festkörperseparators (46) für eine Batteriezelle, umfassend: - kontinuierliches Zuführen eines bandförmigen oder folienförmigen Substrates (40), - Auftragen einer ersten Schicht (48) eines Schlickers eines Festkörperseparators (46), umfassend einen Feststoffelektrolyten, einen Polymerbinder und ein Lösungsmittel, auf das Substrat (40), - Auftragen einer zweiten Schicht (50) eines Schlickers eines Festkörperseparators (46) auf die erste Schicht (48), wobei die zweite Schicht (50) eine von der ersten Schicht (48) unterschiedliche Dichte und/oder eine von der ersten Schicht (48) unterschiedliche Porosität aufweist, und - Sintern des beschichteten Substrates (42), wobei ein keramischer Festkörperseparator (46) entsteht, welcher zwei stoffschlüssig miteinander verbundene keramische Schichten mit unterschiedlicher Dichte und/oder unterschiedlich hoher Porosität aufweist.Method for producing a solid-state separator (46) for a battery cell, comprising: - continuously feeding a band-shaped or film-shaped substrate (40), - applying a first layer (48) of a slurry of a solid separator (46), comprising a solid electrolyte, a polymer binder and a solvent, to the substrate (40), - Applying a second layer (50) of a slurry of a solid separator (46) to the first layer (48), the second layer (50) having a different density from the first layer (48) and/or a density from the first layer (48 ) has different porosity, and - Sintering the coated substrate (42), creating a ceramic solid separator (46) which has two ceramic layers with different densities and/or different porosities that are cohesively connected to one another. Verfahren zur Herstellung eines Festkörperseparators (46) für eine Batteriezelle nach Anspruch 1, wobei die zweite Schicht (50) des Schlickers auf die erste Schicht (48) aufgetragen wird, wobei die zweite Schicht (50) eine höhere Dichte und/oder eine geringere Porosität als die erste Schicht (48) aufweist, wobei nach dem Sintern ein keramischer Festkörperseparator (46) entsteht, welcher eine dem Substrat (40) zugewandte erste keramische Schicht (60) mit hoher Porosität und eine mit dieser ersten keramischen Schicht (60) stoffschlüssig verbundene zweite keramische Schicht (62) mit niedriger Porosität aufweistMethod for producing a solid-state separator (46) for a battery cell Claim 1 , wherein the second layer (50) of the slip is applied to the first layer (48), the second layer (50) having a higher density and / or a lower porosity than the first layer (48), wherein after sintering Ceramic solid separator (46) is created, which has a first ceramic layer (60) with high porosity facing the substrate (40) and a second ceramic layer (62) with low porosity that is cohesively connected to this first ceramic layer (60). Verfahren zur Herstellung eines Festkörperseparators (46) für eine Batteriezelle nach Anspruch 2, wobei eine dritte Schicht (52) eines Schlickers eines Festkörperseparators (46) auf die zweite Schicht (50) aufgetragen wird, wobei die dritte Schicht (52) eine geringere Dichte und/oder eine höhere Porosität als die zweite Schicht (50) aufweist.Method for producing a solid-state separator (46) for a battery cell Claim 2 , wherein a third layer (52) of a slurry of a solid separator (46) is applied to the second layer (50), the third layer (52) having a lower density and / or a higher porosity than the second layer (50). Verfahren zur Herstellung eines Festkörperseparators (46) nach Anspruch 3, wobei die dritte Schicht (52) des Schlickers nach einem Sinterprozess eine dritte keramische Schicht (64) ausbildet, welche stoffschlüssig mit der zweiten keramischen Schicht (62) verbunden ist, wobei die dritte keramische Schicht (64) eine höhere Porosität als die zweite keramische Schicht (64) aufweist.Method for producing a solid separator (46). Claim 3 , wherein the third layer (52) of the slip forms a third ceramic layer (64) after a sintering process, which is cohesively connected to the second ceramic layer (62), the third ceramic layer (64) having a higher porosity than the second ceramic Layer (64). Verfahren zur Herstellung eines Festkörperseparators (46) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei nach dem Auftragen der ersten Schicht (48) des Schlickers und vor dem Auftragen der zweiten Schicht (50) des Schlickers ein erster Trocknungsprozess zur Fixierung der ersten Schicht (48) des Schlickers durchgeführt wird.Method for producing a solid separator (46) according to one of Claims 1 until 4 , wherein after applying the first layer (48) of the slip and before applying the second layer (50) of the slip, a first drying process is carried out to fix the first layer (48) of the slip. Verfahren zur Herstellung eines Festkörperseparators (46) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei nach dem Auftragen der zweiten Schicht (50) des Schlickers und vor dem Auftragen der dritten Schicht (52) des Schlickers ein zweiter Trocknungsprozess zur Fixierung der zweiten Schicht (50) des Schlickers durchgeführt wird.Method for producing a solid separator (46) according to one of Claims 3 until 5 , wherein after applying the second layer (50) of the slip and before applying the third layer (52) of the slip, a second drying process is carried out to fix the second layer (50) of the slip. Verfahren zur Herstellung eines Festkörperseparators (46) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei auf das Substrat (40) vor der Beschichtung mit der ersten Schicht (48) des Schlickers ein Trennmittel (56) aufgetragen wird, welches im Sinterprozess eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Festkörperseparator (46) und dem Substrat (40) unterbindet.Method for producing a solid separator (46) according to one of Claims 1 until 6 , wherein a release agent (56) is applied to the substrate (40) before coating with the first layer (48) of the slip, which prevents a cohesive connection between the solid-state separator (46) and the substrate (40) in the sintering process. Verfahren zur Herstellung eines Festkörperseparators (46) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das bandförmige oder folienförmige Substrat (40) in einem kontinuierlichen Prozess mit mindestens zwei Schichten (48, 50, 52) eines Schlickers beschichtet, getrocknet und die auf das Substrat (40) aufgetragene Beschichtungen (48, 50, 52) gesintert werden.Method for producing a solid separator (46) according to one of Claims 1 until 7 , wherein the band-shaped or film-shaped substrate (40) is coated in a continuous process with at least two layers (48, 50, 52) of a slip, dried and the coatings (48, 50, 52) applied to the substrate (40) are sintered. Verfahren zur Herstellung eines Festkörperseparators (46) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die erste und die zweite Schicht (48, 50) des Schlickers (38) zur Herstellung des Festkörperseparators (46) ein oxidisches, ionenleitendes Material, insbesondere ein Lithium-Lanthan-Zirkoniumoxid, ein Lithium-Aluminium-Titan-Phosphat, ein Lithium-Lanthan-Titanat oder ein Derivat umfasst.Method for producing a solid separator (46) according to one of Claims 1 until 8th , wherein the first and second layers (48, 50) of the slip (38) for producing the solid separator (46) are an oxidic, ion-conducting material, in particular a lithium-lanthanum-zirconium oxide, a lithium-aluminum-titanium phosphate, a lithium -Lanthan titanate or a derivative. Vorrichtung (10) zur Herstellung eines Festkörperseparators (46) für eine Batteriezelle, umfassend - Mittel (12, 14) zum kontinuierlichen Zuführen eines bandförmigen oder folienförmigen Substrates (40), - Mittel (20) zum Auftragen einer ersten Schicht (48) eines Schlickers eines Festkörperseparators (46) auf das Substrat (40), - Mittel (22) zum Auftragen einer zweiten Schicht (50) eines Schlickers eines Festkörperseparators (46) auf die erste Schicht (48), wobei die zweite Schicht (50) eine von der ersten Schicht (48) unterschiedliche Dichte und/oder eine von der ersten Schicht (48) unterschiedliche Porosität aufweist, - Mittel (26, 40, 42, 44) zum Sintern des mit mindestens zwei unterschiedlichen Schichten (48, 50) eines Schlickers beschichteten Substrates (42), wobei ein Festkörperseparator (46) mit zwei stoffschlüssig miteinander verbundenen keramischen Schichten (60, 62) mit unterschiedlicher Dichte und/oder unterschiedlich hoher Porosität entsteht, - ein Steuergerät (70) mit einer Speichereinheit (72) und einer Recheneinheit (74), wobei in der Speichereinheit (72) ein maschinenlesbarer Programmcode (76) abgelegt ist, welcher das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausführt, wenn der maschinenlesbare Programmcode (76) durch die Recheneinheit (74) ausgeführt wird.Device (10) for producing a solid-state separator (46) for a battery cell, comprising - means (12, 14) for continuously feeding a band-shaped or film-shaped substrate (40), - means (20) for applying a first layer (48) of a slip a solid-state separator (46) on the substrate (40), - means (22) for applying a second layer (50) of a slurry of a solid-state separator (46) to the first layer (48), the second layer (50) being one of the first layer (48) has a different density and/or a different porosity than the first layer (48), - means (26, 40, 42, 44) for sintering the substrate coated with at least two different layers (48, 50) of a slip (42), whereby a solid-state separator (46) is created with two ceramic layers (60, 62) with different densities and/or different porosities that are cohesively connected to one another, - a control device (70) with a storage unit (72) and a computing unit (74 ), a machine-readable program code (76) being stored in the storage unit (72), which follows the method one of the Claims 1 until 9 executes when the machine-readable program code (76) is executed by the computing unit (74). Vorrichtung (10) nach Anspruch 10, wobei die Vorrichtung (10) zusätzlich Mittel (24) zum Auftragen einer dritten Schicht (52) eines Schlickers eines Festkörperseparators (46) auf die zweite Schicht (50) umfasst, wobei die dritte Schicht (52) eine geringere Dichte und/oder eine höhere Porosität als die zweite Schicht (50) aufweist.Device (10) after Claim 10 , wherein the device (10) additionally comprises means (24) for applying a third layer (52) of a slurry of a solid separator (46) to the second layer (50), wherein the third layer (52) has a lower density and / or a has higher porosity than the second layer (50). Vorrichtung (10) nach Anspruch 10 oder 11, wobei stromabwärts der Mittel (20) zum Auftragen der ersten Schicht (48) des Schlickers und stromaufwärts der Mittel (22) zum Auftragen der zweiten Schicht (50) des Schlickers ein erste Trocknungszone (T) mit einem in der Trocknungszone angeordneten Element (36, 58) zur Trocknung des ersten Schlickers ausgebildet ist.Device (10) after Claim 10 or 11 , wherein downstream of the means (20) for applying the first layer (48) of the slip and upstream of the means (22) for applying the second layer (50) of the slip is a first drying zone (T) with an element (36) arranged in the drying zone , 58) is designed for drying the first slip. Festkörperseparator (46) mit einer ersten porösen keramischen Schicht (60) und einer dichten zweiten keramischen Schicht (62), welche stoffschlüssig mit der ersten keramischen Schicht (60) verbunden ist, wobei der Festkörperseparator (46) mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 hergestellt ist.Solid-state separator (46) with a first porous ceramic layer (60) and a dense second ceramic layer (62), which is cohesively connected to the first ceramic layer (60), the solid-state separator (46) using a method according to one of Claims 1 until 9 is manufactured. Festkörperseparator (46) nach Anspruch 13, wobei der Festkörperseparator (46) drei keramische Schichten (60, 62, 64) aufweist, wobei ein dichte zweite keramische Schicht (62) von einer porösen ersten keramischen Schicht (60) und einer porösen dritten keramischen Schicht (64) eingebettet ist.Solid separator (46). Claim 13 , wherein the solid separator (46) has three ceramic layers (60, 62, 64), a dense second ceramic layer (62) being embedded by a porous first ceramic layer (60) and a porous third ceramic layer (64). Festkörperseparator (46) nach Anspruch 13 oder 14, wobei die porösen keramischen Schichten (60, 64) zur Senkung des Übergangswiderstands zu einer Anode oder Kathode einer Batteriezelle angeraut sind.Solid separator (46). Claim 13 or 14 , wherein the porous ceramic layers (60, 64) are roughened to reduce the contact resistance to an anode or cathode of a battery cell.
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