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DE102023110580A1 - SOLID-STATE ENERGY STORAGE CELL AND METHOD FOR PRODUCING A SOLID-STATE ENERGY STORAGE CELL - Google Patents

SOLID-STATE ENERGY STORAGE CELL AND METHOD FOR PRODUCING A SOLID-STATE ENERGY STORAGE CELL Download PDF

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DE102023110580A1
DE102023110580A1 DE102023110580.9A DE102023110580A DE102023110580A1 DE 102023110580 A1 DE102023110580 A1 DE 102023110580A1 DE 102023110580 A DE102023110580 A DE 102023110580A DE 102023110580 A1 DE102023110580 A1 DE 102023110580A1
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DE
Germany
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electrode
solid
coating
active material
energy storage
Prior art date
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Pending
Application number
DE102023110580.9A
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German (de)
Inventor
Franziska Friedrich
Matthias Lachner
Raimund Koerver
Wolfgang Wall
Christoph Schmidt
Stefan Sinzig
Leon Katzenmeier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tumint Energy Res GmbH
TumintEnergy Research GmbH
Bayerische Motoren Werke AG
Technische Universitaet Muenchen
Original Assignee
Tumint Energy Res GmbH
TumintEnergy Research GmbH
Bayerische Motoren Werke AG
Technische Universitaet Muenchen
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Publication date
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Festkörperenergiespeicherzelle, aufweisend: (i) Ein zylindrisches Gehäuse; (ii) einen Elektrodenwickel, der in dem zylindrischen Gehäuse angeordnet ist, wobei zwischen dem Elektrodenwickel und einer Gehäuseinnenwand des zylindrischen Gehäuses ein umlaufender Spalt ausgebildet ist; (iii) wobei der Elektrodenwickel eine erste Elektrode, insbesondere eine Kathode, eine zweite Elektrode, insbesondere eine Anode, eine erste Festkörper-Elektrolytschicht und eine Isolationsschicht aufweist; (iv) wobei die erste Festkörper-Elektrolytschicht zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet ist, wodurch Ionen zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode ausgetauscht werden können, und wobei eine von der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode zwischen der Isolationsschicht und der Festkörper-Elektrolytschicht angeordnet ist; (v) wobei die erste Elektrode eine erste Beschichtung mit einem ersten Aktivmaterial aufweist, und die zweite Elektrode eine zweite Beschichtung mit einem zweiten Aktivmaterial aufweist, und wobei das erste Aktivmaterial und das zweite Aktivmaterial derart ausgebildet sind, dass bei einer ersten Zyklisierung der Festkörperenergiespeicherzelle aufgrund eines Ionenaustausches zwischen der ersten Beschichtung und der zweiten Beschichtung eine Volumenzunahme von einer von der ersten Beschichtung oder der zweiten Beschichtung erfolgt und eine Volumenabnahme von der anderen der ersten Beschichtung oder der zweiten Beschichtung erfolgt, wobei die Volumenzunahme größer ist, als die Volumenabnahme.The invention relates to a solid-state energy storage cell, comprising: (i) a cylindrical housing; (ii) an electrode coil arranged in the cylindrical housing, wherein a circumferential gap is formed between the electrode coil and an inner wall of the cylindrical housing; (iii) wherein the electrode coil has a first electrode, in particular a cathode, a second electrode, in particular an anode, a first solid-state electrolyte layer and an insulation layer; (iv) wherein the first solid-state electrolyte layer is arranged between the first electrode and the second electrode, whereby ions can be exchanged between the first electrode and the second electrode, and wherein one of the first electrode and the second electrode is arranged between the insulation layer and the solid-state electrolyte layer; (v) wherein the first electrode has a first coating with a first active material, and the second electrode has a second coating with a second active material, and wherein the first active material and the second active material are designed such that during a first cyclization of the solid-state energy storage cell, due to an ion exchange between the first coating and the second coating, an increase in volume of one of the first coating or the second coating occurs and a decrease in volume of the other of the first coating or the second coating occurs, wherein the increase in volume is greater than the decrease in volume.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Festkörperenergiespeicherzelle, ein Batteriemodul, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren, insbesondere ein computerimplementiertes Verfahren, zur Herstellung einer Festkörperenergiespeicherzelle.The present invention relates to a solid-state energy storage cell, a battery module, a motor vehicle and a method, in particular a computer-implemented method, for producing a solid-state energy storage cell.

Eine Festkörperbatterie bzw. eine Festkörperenergiespeicherzelle, die einen Elektrolyt aus einem Feststoff aufweist, kann eine hohe Energiedichte, lange Lebensdauer und hohe intrinsische Sicherheit ermöglichen, insbesondere im Vergleich zu einer Lithium-lonen-Batterie mit einem flüssigen Elektrolyt. Dies kann im Hinblick auf die Anwendung in batteriebetriebenen elektrischen Fahrzeugen vorteilhaft sein. Im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien im Rundzellenformat, die einen flüssigen Elektrolyt aufweisen, erfordert eine Umsetzung eines Rundzellenformats für Festkörperbatterien, dass bei einem zu wickelnden Schichtaufbau auch eine darin enthaltende Festkörper-Elektrolytschicht beschädigungsfrei gewickelt werden muss.A solid-state battery or a solid-state energy storage cell that has an electrolyte made of a solid can enable a high energy density, long service life and high intrinsic safety, especially compared to a lithium-ion battery with a liquid electrolyte. This can be advantageous with regard to use in battery-powered electric vehicles. In comparison to lithium-ion batteries in a round cell format that have a liquid electrolyte, implementing a round cell format for solid-state batteries requires that a solid electrolyte layer contained therein must also be wound without damage when a layer structure is to be wound.

Zum zuverlässigen Betreiben einer Festkörperbatterie kann eine hoher externer mechanischer Druck erforderlich sein. Dabei werden elektrochemische Eigenschaften von Komponenten und Grenzflächen in einer Festkörperbatterie von einem vorliegenden mechanischen Druck beeinflusst. Dies kann Grenzflächen zwischen den Elektroden und dem Festkörperelektrolyt, sowie eine Ionenleitung zwischen den Elektroden beeinflussen.High external mechanical pressure may be required for reliable operation of a solid-state battery. The electrochemical properties of components and interfaces in a solid-state battery are influenced by the mechanical pressure present. This can affect interfaces between the electrodes and the solid electrolyte, as well as ion conduction between the electrodes.

Der für einen zuverlässigen Betrieb erforderliche mechanische Druck einer Festkörperbatterie im Pouchzellen-Format kann mittels externer Verspanneinrichtungen, insbesondere mittels Metallplatten, Federn oder Kompressionselementen, von außen auf die Pouchzelle aufgebracht werden. Bei Festkörperbatterien im Pouchzellen-Format kann ein Stapel aus Kathode, Festkörper-Elektrolyt und Anode in einer sogenannten Pouchfolie eingeschweißt werden. Auf die Pouchzelle kann dann von außen ein hoher Druck, insbesondere in einer Größenordnung von 100 bar, ausgeübt werden. Dadurch kann ein Kontakt der festen Materialien (Anode-Elektrolyt, Kathode-Elektrolyt) und somit eine stabile Zyklisierung der Zelle gewährleistet werden.The mechanical pressure required for reliable operation of a solid-state battery in pouch cell format can be applied to the pouch cell from the outside using external bracing devices, in particular using metal plates, springs or compression elements. In solid-state batteries in pouch cell format, a stack of cathode, solid-state electrolyte and anode can be welded into a so-called pouch film. A high pressure, in particular in the order of 100 bar, can then be exerted on the pouch cell from the outside. This ensures contact between the solid materials (anode-electrolyte, cathode-electrolyte) and thus stable cyclization of the cell.

Bei einem vorgegebenen Volumen bzw. Gewicht für die Festkörperbatterie, führt die Verwendung der externen Verspanneinrichtung dazu, dass die hierfür zusätzlichen Bauteile, ein für die Energieumwandlung und Speicherung zur Verfügung stehendes Volumen in der Festkörperbatterie reduziert wird. Dies führt zu einer Verringerung der Energiedichte der Festkörperbatterie. Darüber hinaus entstehen durch die Bereitstellung und Montage der Verspanneinrichtung zusätzliche Material- und Fertigungskosten. Die bei der Verspanneinrichtung verwendeten Bauteile, wie Kompressionselemente und Federelemente, können zudem zu einer Einschränkung der Lebensdauer der Festkörperbatterie führen, da auch der Betrieb der Verspanneinrichtung zuverlässig über eine lange Belastungszeit, bei sich ändernden Umgebungsbedingungen, gewährleistet sein muss. Darüber hinaus ist ein erheblicher technischer Aufwand erforderlich, um eine homogene Druckverteilung bei der Verspannung gestapelter Zellen im Pouch-Format zu erreichen. Beispielsweise können durch die genannten hohen Drücke Deformationen der Metallplatten auftreten.For a given volume or weight for the solid-state battery, the use of the external bracing device leads to the additional components required for this, reducing the volume available for energy conversion and storage in the solid-state battery. This leads to a reduction in the energy density of the solid-state battery. In addition, the provision and assembly of the bracing device results in additional material and manufacturing costs. The components used in the bracing device, such as compression elements and spring elements, can also lead to a reduction in the service life of the solid-state battery, since the operation of the bracing device must also be guaranteed reliably over a long period of load under changing environmental conditions. In addition, considerable technical effort is required to achieve a homogeneous pressure distribution when bracing stacked cells in pouch format. For example, the high pressures mentioned can cause deformation of the metal plates.

Für einen serienmäßigen Einsatz von Festkörperbatterie in mobilen Anwendungen, wie z.B. Fahrzeugen, besteht daher ein Bedarf eine Festkörperbatterie in einem handhabbaren Format bereitzustellen. Hierfür kann eine Festkörperbatterie in einem Rundzellenformat in Frage kommen.For the serial use of solid-state batteries in mobile applications, such as vehicles, there is therefore a need to provide a solid-state battery in a manageable format. A solid-state battery in a round cell format could be suitable for this.

Bei einem Anordnen eines Elektrodenwickels in einem zylindrischen Gehäuse wird ein Spalt zwischen dem Elektrodenwickel und dem zylindrischen Gehäuse ausgebildet, um ein Fügen des Elektrodenwickels in das zylindrische Gehäuse zu ermöglichen. Im Betrieb der Festkörperbatterie kann dieser Spalt nachteilig sein, da hierdurch ein wenigstens teilweises Lösen der zueinander verpressten Schichten des Elektrodenwickels erfolgen kann, bzw. sich der mechanische Druck innerhalb des Elektrodenwickels mit fortdauernder Zeit verringern kann. Dies kann den Betrieb der Festkörperbatterie nachteilig beeinflussen.When arranging an electrode coil in a cylindrical housing, a gap is formed between the electrode coil and the cylindrical housing in order to enable the electrode coil to be fitted into the cylindrical housing. This gap can be disadvantageous during operation of the solid-state battery, as it can cause the layers of the electrode coil pressed together to at least partially separate, or the mechanical pressure within the electrode coil can decrease over time. This can have a detrimental effect on the operation of the solid-state battery.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Festkörperenergiespeicherzelle anzugeben, welche hinsichtlich der vorstehend genannten Probleme verbessert ist.The present invention is based on the object of providing a solid-state energy storage cell which is improved with regard to the above-mentioned problems.

Eine Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Lehre der unabhängigen Ansprüche erreicht. Verschiedene Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved according to the teaching of the independent claims. Various embodiments and developments of the invention are the subject of the subclaims.

Ein erster Aspekt der Lösung betrifft eine Festkörperenergiespeicherzelle, aufweisend: (i) Ein zylindrisches Gehäuse; (ii) einen Elektrodenwickel, der in dem zylindrischen Gehäuse angeordnet ist, wobei zwischen dem Elektrodenwickel und einer Gehäuseinnenwand des zylindrischen Gehäuses ein umlaufender Spalt ausgebildet ist; (iii) wobei der Elektrodenwickel eine erste Elektrode, insbesondere eine Kathode, eine zweite Elektrode, insbesondere eine Anode, eine erste Festkörper-Elektrolytschicht und eine Isolationsschicht aufweist; (iv) wobei die erste Festkörper-Elektrolytschicht zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet ist, wodurch Ionen zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode ausgetauscht werden können, und wobei eine von der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode zwischen der Isolationsschicht und der Festkörper-Elektrolytschicht angeordnet ist; (v) wobei die erste Elektrode eine erste Beschichtung mit einem ersten Aktivmaterial aufweist, und die zweite Elektrode eine zweite Beschichtung mit einem zweiten Aktivmaterial aufweist, und wobei das erste Aktivmaterial und das zweite Aktivmaterial derart ausgebildet sind, dass bei einer ersten Zyklisierung der Festkörperenergiespeicherzelle aufgrund eines Ionenaustausches zwischen der ersten Beschichtung und der zweiten Beschichtung eine Volumenzunahme von einer von der ersten Beschichtung oder der zweiten Beschichtung erfolgt und eine Volumenabnahme von der anderen der ersten Beschichtung oder der zweiten Beschichtung erfolgt, wobei die Volumenzunahme größer ist, als die Volumenabnahme.A first aspect of the solution relates to a solid-state energy storage cell, comprising: (i) a cylindrical housing; (ii) an electrode coil arranged in the cylindrical housing, wherein a circumferential gap is formed between the electrode coil and an inner wall of the cylindrical housing; (iii) wherein the electrode coil has a first electrode, in particular a cathode, a second electrode, in particular an anode, a first solid-state electrolyte layer and an insulation layer; (iv) wherein the first solid-state electrolyte layer is arranged between the first electrode and the second electrode, whereby ions are exchanged between the first electrode and the second electrode and wherein one of the first electrode and the second electrode is arranged between the insulation layer and the solid-state electrolyte layer; (v) wherein the first electrode has a first coating with a first active material, and the second electrode has a second coating with a second active material, and wherein the first active material and the second active material are designed such that during a first cyclization of the solid-state energy storage cell due to an ion exchange between the first coating and the second coating, an increase in volume of one of the first coating or the second coating occurs and a decrease in volume of the other of the first coating or the second coating occurs, wherein the increase in volume is greater than the decrease in volume.

Die hierin gegebenenfalls verwendeten Begriffe „umfasst“, „beinhaltet“, „schließt ein“, „weist auf“, „hat“, „mit“, oder jede andere Variante davon sollen eine nicht ausschließliche Einbeziehung abdecken. So ist beispielsweise ein Verfahren oder eine Vorrichtung, die eine Liste von Elementen umfasst oder aufweist, nicht notwendigerweise auf diese Elemente beschränkt, sondern kann andere Elemente einschließen, die nicht ausdrücklich aufgeführt sind oder die einem solchen Verfahren oder einer solchen Vorrichtung inhärent sind.As used herein, the terms "comprises," "includes," "has," "includes," "comprising," "having," "with," or any other variation thereof are intended to cover non-exclusive inclusion. For example, a method or apparatus that comprises or has a list of elements is not necessarily limited to those elements, but may include other elements not expressly listed or that are inherent in such method or apparatus.

Ferner bezieht sich „oder“, sofern nicht ausdrücklich das Gegenteil angegeben ist, auf ein inklusives „oder“ und nicht auf ein exklusives „oder“. Zum Beispiel wird eine Bedingung A oder B durch eine der folgenden Bedingungen erfüllt: A ist wahr (oder vorhanden) und B ist falsch (oder nicht vorhanden), A ist falsch (oder nicht vorhanden) und B ist wahr (oder vorhanden), und sowohl A als auch B sind wahr (oder vorhanden).Furthermore, unless explicitly stated to the contrary, "or" refers to an inclusive "or" rather than an exclusive "or". For example, a condition A or B is satisfied by one of the following conditions: A is true (or exists) and B is false (or absent), A is false (or absent) and B is true (or exists), and both A and B are true (or exists).

Die Begriffe „ein“ oder „eine“, wie sie hier verwendet werden, sind im Sinne von „ein/eine oder mehrere“ definiert. Die Begriffe „ein anderer“ und „ein weiterer“ sowie jede andere Variante davon sind im Sinne von „zumindest ein Weiterer“ zu verstehen.As used herein, the terms "a" or "an" are defined to mean "one or more". The terms "another" and "another" and any other variation thereof are defined to mean "at least one other".

Der Begriff „Mehrzahl“, wie er hier verwendet wird, ist im Sinne von „zwei oder mehr“ zu verstehen.The term “plurality” as used here is to be understood as meaning “two or more”.

Unter dem Begriff „konfiguriert“ oder „eingerichtet“ eine bestimmte Funktion zu erfüllen, (und jeweiligen Abwandlungen davon) wie er hier verwendet ist zu verstehen, dass die entsprechende Vorrichtung bereits in einer Ausgestaltung oder Einstellung vorliegt, in der sie die Funktion ausführen kann oder sie zumindest so einstellbar - d.h. konfigurierbar - ist, dass sie nach entsprechender Einstellung die Funktion ausführen kann. Die Konfiguration kann dabei beispielsweise über eine entsprechende Einstellung von Parametern eines Prozessablaufs oder von Schaltern oder ähnlichem zur Aktivierung bzw. Deaktivierung von Funktionalitäten bzw. Einstellungen erfolgen. Insbesondere kann die Vorrichtung mehrere vorbestimmte Konfigurationen oder Betriebsmodi aufweisen, so dass das Konfigurieren mittels einer Auswahl einer dieser Konfigurationen bzw. Betriebsmodi erfolgen kann.The term "configured" or "set up" to perform a specific function (and respective variations thereof) as used here is to be understood as meaning that the corresponding device is already in a design or setting in which it can perform the function or that it is at least adjustable - i.e. configurable - so that it can perform the function after the corresponding setting. The configuration can be carried out, for example, by setting parameters of a process sequence or switches or similar to activate or deactivate functionalities or settings. In particular, the device can have several predetermined configurations or operating modes, so that configuration can be carried out by selecting one of these configurations or operating modes.

Unter dem Begriff „Elektrodenwickel“ wie er hier verwendet wird, ist insbesondere eine Einrichtung zu verstehen, welche als Baugruppe einer galvanischen Zelle, insbesondere einer Batteriezelle, auch der Speicherung chemischer Energie und zur Abgabe elektrischer Energie dient. Dazu weist der Elektrodenwickel wenigstens zwei Elektroden, nämlich eine Anode und eine Kathode, und einen Separator, insbesondere einen elektrisch isolierenden Separator, auf, der einen Festkörper-Elektrolyten aufweist. Dabei sind Anode, Separator und Kathode um eine Achse herum zu einem Elektrodenwickel aufgewickelt. Vor der Abgabe von elektrischer Energie wird gespeicherte chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt. Während eines Ladevorgangs der Batteriezelle wird dem Elektrodenwickel zugeführte elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt und abgespeichert. Die Elektroden können einen Stromableiter, insbesondere aus Aluminium (AI) für die Kathode und aus Kupfer (Cu) für die Anode, aufweisen, wobei auf dem Stromableiter beidseitig eine dünne Schicht aus einem Gemisch aus einem Aktivmaterial, Binder (z.B. PVDF, PTFE, CMC, SBR, LiPAA, PAA, etc.), Leitadditiven (Carbon Black, CNTs, Kohlefasern, etc.) und einem Festkörperelektrolyt aufgebracht sein kann. Der Stromableiter kann insbesondere als Folie ausgebildet sein.The term "electrode coil" as used here refers in particular to a device which, as an assembly of a galvanic cell, in particular a battery cell, also serves to store chemical energy and release electrical energy. For this purpose, the electrode coil has at least two electrodes, namely an anode and a cathode, and a separator, in particular an electrically insulating separator, which has a solid electrolyte. The anode, separator and cathode are wound around an axis to form an electrode coil. Before electrical energy is released, stored chemical energy is converted into electrical energy. During a charging process of the battery cell, electrical energy supplied to the electrode coil is converted into chemical energy and stored. The electrodes can have a current conductor, in particular made of aluminum (Al) for the cathode and of copper (Cu) for the anode, wherein a thin layer made of a mixture of an active material, binder (e.g. PVDF, PTFE, CMC, SBR, LiPAA, PAA, etc.), conductive additives (carbon black, CNTs, carbon fibers, etc.) and a solid electrolyte can be applied to both sides of the current conductor. The current conductor can in particular be designed as a film.

Unter dem Begriff „Stromableiter“ wie er hier verwendet wird, ist ein Element zu verstehen, welches aus einem stromleitenden Material hergestellt ist. Es dient zur Leitung von Strom zwischen zwei geometrisch voneinander getrennten Punkten. Im vorliegenden Fall ist ein Stromableiter mit einem Elektrodenstapel verbunden. Insbesondere ist der Stromableiter dabei mit allen gleichartigen Elektroden eines Elektrodenstapels verbunden, d.h. entweder mit den Kathoden oder mit den Anoden. Es ist selbstverständlich, dass ein Stromableiter nicht mit den Kathoden und Anoden eines Elektrodenstapels gleichzeitig verbunden ist, da dies zu einem Kurzschluss führen würde. Jedoch kann ein Stromableiter mit unterschiedlichen Elektroden von unterschiedlichen Elektrodenstapeln verbunden sein, so z.B. bei einer Reihenschaltung der beiden Elektrodenstapel. Wenigstens ein Stromableiter erstreckt sich aus der Umhüllung und kann dabei zum Anschließen der Batteriezellen nach außen dienen. Der Stromableiter kann mit einer oder mehreren Elektroden einstückig ausgebildet sein. Eine Abgrenzung zwischen Stromableiter und Elektrode kann darin gesehen werden, dass der Stromableiter insbesondere nicht mit aktivem Elektrodenmaterial beschichtet ist.The term "current conductor" as used here refers to an element which is made of a current-conducting material. It is used to conduct current between two geometrically separated points. In the present case, a current conductor is connected to an electrode stack. In particular, the current conductor is connected to all similar electrodes of an electrode stack, i.e. either to the cathodes or to the anodes. It goes without saying that a current conductor is not connected to the cathodes and anodes of an electrode stack at the same time, as this would lead to a short circuit. However, a current conductor can be connected to different electrodes of different electrode stacks, for example when the two electrode stacks are connected in series. At least one current conductor extends from the casing and can serve to connect the battery cells to the outside. The current conductor can be integral with one or more electrodes. A distinction between current conductor and electrode can be seen in the fact that the current conductor is not coated with active electrode material.

Unter dem Begriff „Aktivmaterial“ wie er hier verwendet wird ist insbesondere ein Material zu verstehen, das elektro-chemisch aktiv sein kann, und das für eine Be-schichtung von Elektroden für Elektrodenwickel für Batteriezellen geeignet ist, und in das Ionen, insbesondere Lithium-Ionen eingelagert werden können. Dabei kann das Aktivmaterial für die Kathode insbesondere Lithium-Nickel-Mangan-Kobaltoxid (NMC), Lithium-Kobaltoxid (LCO), Lithium-Nickeloxid (LNO), Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminiumoxid (NCA), Lithium-Nickel-Manganoxid (LMR), Lithium-Manganoxid (LMO), Lithium-Eisen-Phosphat (LFP), Lithium-Mangan-Eisen-Phosphat (LMFP), Lithium-Nickel-Manganoxid-Spinell (LNMO), eine Kombination der genannten Materialien oder auch ein anderes Material aufweisen. Das Aktivmaterial für die Anode kann insbesondere Graphit, Silizium (Si), Siliziumoxid (SiOx), Siliziumkarbid (SiC), poröse Anodenstrukturen, insbesondere basierend auf Lithium-Lanthan-Zirkonoxid (LLZO), Lithium (Li), Lithium-Metall, sowie Kombinationen davon oder ein anderes Material aufweisen.The term "active material" as used here refers in particular to a material that can be electrochemically active and that is suitable for coating electrodes for electrode windings for battery cells and in which ions, in particular lithium ions, can be stored. The active material for the cathode can in particular comprise lithium nickel manganese cobalt oxide (NMC), lithium cobalt oxide (LCO), lithium nickel oxide (LNO), lithium nickel cobalt aluminum oxide (NCA), lithium nickel manganese oxide (LMR), lithium manganese oxide (LMO), lithium iron phosphate (LFP), lithium manganese iron phosphate (LMFP), lithium nickel manganese oxide spinel (LNMO), a combination of the materials mentioned or another material. The active material for the anode can in particular comprise graphite, silicon (Si), silicon oxide (SiOx), silicon carbide (SiC), porous anode structures, in particular based on lithium lanthanum zirconium oxide (LLZO), lithium (Li), lithium metal, as well as combinations thereof or another material.

Unter dem Begriff „Elektrolyt“ bzw. „Festkörper-Elektrolyt“ wie er hier verwendet wird ist ein festes Material zu verstehen, durch das Ionen geleitet werden können, wodurch ein Stromtransport zwischen Elektroden einer Batterie, insbesondere zwischen einer Kathode und einer Anode, ermöglicht wird. Anders als bei der elektronischen Leitfähigkeit (durch Elektronen) in den Elektrodenmaterialien, muss der Elektrolyt ionisch leitfähig sein, d. h. den elektrischen Strom durch Transport geladener Atome oder Moleküle (Ionen) leiten. Insbesondere weist der Elektrolyt einen hohen elektrischen Widerstand auf. Der Elektrolyt ist vorteilhaft in einem weiten Temperaturfenster chemisch und in einem möglichst großen Spannungsfenster elektrochemisch stabil gegen Zersetzung. Idealerweise ist er ungiftig und nicht brennbar und besitzt zumindest einen hohen Flammpunkt und eine geringe Verbrennungswärme. Insbesondere kann der Elektrolyt Lithium-Phosphor-Schwefel-Chlorid (LPSCI) (Argyrodit) oder auch eine Kombination von LPSCI mit einem Polymer aufweisen.The term "electrolyte" or "solid-state electrolyte" as used here refers to a solid material through which ions can be conducted, thereby enabling current to be transported between electrodes of a battery, in particular between a cathode and an anode. Unlike electronic conductivity (through electrons) in the electrode materials, the electrolyte must be ionically conductive, i.e. conduct the electrical current by transporting charged atoms or molecules (ions). In particular, the electrolyte has a high electrical resistance. The electrolyte is advantageously chemically stable against decomposition in a wide temperature window and electrochemically stable in the largest possible voltage window. Ideally, it is non-toxic and non-flammable and has at least a high flash point and low heat of combustion. In particular, the electrolyte can comprise lithium phosphorus sulfur chloride (LPSCI) (argyrodite) or a combination of LPSCI with a polymer.

Durch die Festkörperenergiespeicherzelle nach dem ersten Aspekt kann erreicht werden, dass durch den ersten Ladevorgang bzw. die erste Zyklisierung der Festkörperenergiespeicherzelle eine Gesamtvolumenzunahme des Elektrodenwickels erfolgt. Dabei kann die Gesamtvolumenzunahme insbesondere dadurch erfolgen, dass eine Volumenzunahme eines von dem ersten Aktivmaterial oder dem zweiten Aktivmaterial durch lonenaufnahme größer ist als eine Volumenabnahme des anderen von dem ersten Aktivmaterial oder dem zweiten Aktivmaterial durch die entsprechende Ionenabgabe. Ebenso ist es insbesondere denkbar, dass eine Volumenzunahme eines von dem ersten Aktivmaterial oder dem zweiten Aktivmaterial durch Ionenabgabe größer ist als eine Volumenabnahme des anderen von dem ersten Aktivmaterial oder dem zweiten Aktivmaterial durch die entsprechende Ionenaufnahme. Auch hierdurch kann eine Gesamtvolumenzunahme erreicht werden. Durch die Gesamtvolumenzunahme kann erreicht werden, dass der Spalt zwischen dem Elektrodenwickel und dem zylindrischen Gehäuse geschlossen wird, und ein ausreichender Druck zwischen dem Elektrodenwickel und dem zylindrischen Gehäuse ausgebildet wird.The solid-state energy storage cell according to the first aspect can achieve an overall increase in the volume of the electrode coil through the first charging process or the first cycling of the solid-state energy storage cell. The overall increase in volume can occur in particular in that an increase in volume of one of the first active material or the second active material through ion absorption is greater than a decrease in volume of the other of the first active material or the second active material through the corresponding ion release. It is also particularly conceivable that an increase in volume of one of the first active material or the second active material through ion release is greater than a decrease in volume of the other of the first active material or the second active material through the corresponding ion absorption. An overall increase in volume can also be achieved in this way. The overall increase in volume can ensure that the gap between the electrode coil and the cylindrical housing is closed and sufficient pressure is formed between the electrode coil and the cylindrical housing.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Festkörperenergiespeicherzelle beschrieben, die jeweils, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wird oder technisch unmöglich ist, beliebig miteinander sowie mit den weiteren beschriebenen anderen Aspekten kombiniert werden können.Preferred embodiments of the solid-state energy storage cell are described below, which can each be combined with one another and with the other aspects described in any way, unless this is expressly excluded or is technically impossible.

Bei einigen Ausführungsformen weist die erste Beschichtung Silizium, insbesondere Siliziumoxid und/oder Siliziumkarbid, auf. Hierdurch kann eine teilweise irreversible Volumenausdehnung durch eine lonenaufnahme bzw. loneneinlagerung im Silizium im Rahmen des Ionenaustausches bei der ersten Aufladung bzw. Zyklisierung der Festkörperenergiespeicherzelle, insbesondere der Lithiierung, erreicht werden. Insbesondere erfolgt bei siliziumhaltigen Materialien eine stärkere Volumenausdehnung aufgrund einer Einlagerung von Ionen als bei anderen Materialen, wie beispielsweise bei graphithaltigen Materialien. Im Gegensatz dazu wäre bei einem graphithaltigen Material die Volumenausdehnung weitestgehend reversibel.In some embodiments, the first coating comprises silicon, in particular silicon oxide and/or silicon carbide. This makes it possible to achieve a partially irreversible volume expansion through ion uptake or ion storage in the silicon as part of the ion exchange during the first charging or cyclization of the solid-state energy storage cell, in particular lithiation. In particular, silicon-containing materials experience a greater volume expansion due to the storage of ions than other materials, such as graphite-containing materials. In contrast, the volume expansion would be largely reversible in a graphite-containing material.

Bei einigen Ausführungsformen weist die Isolationsschicht eine zweite Festkörper-Elektrolytschicht auf. Durch die zusätzliche Festkörper-Elektrolytschicht kann ein besserer Ionenaustausch innerhalb des Elektrodenwickels ermöglicht werden.In some embodiments, the insulation layer has a second solid electrolyte layer. The additional solid electrolyte layer can enable better ion exchange within the electrode coil.

Ein zweiter Aspekt der Lösung betrifft ein Batteriemodul mit mehreren Festkörperenergiespeicherzellen nach dem ersten Aspekt.A second aspect of the solution concerns a battery module with several solid-state energy storage cells according to the first aspect.

Ein dritter Aspekt der Lösung betrifft Kraftfahrzeug mit einem Elektroantrieb oder einem Hybridantrieb und einem Batteriemodul nach dem zweiten Aspekt.A third aspect of the solution concerns a motor vehicle with an electric drive or a hybrid drive and a battery module according to the second aspect.

Bei einigen Ausführungsformen weist das Kraftfahrzeug eine Mehrzahl von Batteriemodulen auf, die insbesondere zusammen zu einer Hochvoltbatterie ausgebildet sind.In some embodiments, the motor vehicle has a plurality of battery modules, which are in particular formed together to form a high-voltage battery.

Ein vierter Aspekt der Lösung betrifft ein Verfahren, insbesondere ein computerimplementiertes Verfahren, zur Herstellung einer Festkörperenergiespeicherzelle mit folgenden Schritten: (i) Bereitstellen eines Elektrodenwickels, aufweisend eine erste Elektrode, insbesondere eine Kathode, eine zweite Elektrode, insbesondere eine Anode, eine Festkörper-Elektrolytschicht und eine Isolationsschicht; (ii) wobei die Festkörper-Elektrolytschicht zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet wird, wodurch Ionen zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode ausgetauscht werden können; (iii) und wobei eine von der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode zwischen der Isolationsschicht und der Festkörper-Elektrolytschicht angeordnet wird; wobei die erste Elektrode eine erste Beschichtung mit einem ersten Aktivmaterial aufweist, und die zweite Elektrode eine zweite Beschichtung mit einem zweiten Aktivmaterial aufweist, und wobei das erste Aktivmaterial und das zweite Aktivmaterial derart ausgebildet sind, dass bei einer ersten Zyklisierung der Festkörperenergiespeicherzelle eine Volumenzunahme der zweiten Beschichtung aufgrund von einer Aufnahme von Ionen von der ersten Beschichtung erfolgt, die größer ist, als eine Volumenabnahme der ersten Beschichtung aufgrund von einer Abgabe der Ionen; (ii) Anordnen des Elektrodenwickels in einem zylindrischen Gehäuse, wodurch ein umlaufender Spalt zwischen dem Elektrodenwickel und einer Gehäuseinnenwand des zylindrischen Gehäuses ausgebildet wird; (iii) Durchführen einer ersten Zyklisierung der Festkörperenergiespeicherzelle, wodurch aufgrund einer Gesamtvolumenzunahme, die aus der Volumenzunahme der zweiten Beschichtung und der Volumenabnahme der ersten Beschichtung resultiert, der Spalt geschlossen wird.A fourth aspect of the solution relates to a method, in particular a computer-implemented method, for producing a solid-state energy storage cell with the following steps: (i) providing an electrode coil comprising a first electrode, in particular a cathode, a second electrode, in particular an anode, a solid-state electrolyte layer and an insulation layer; (ii) wherein the solid-state electrolyte layer is arranged between the first electrode and the second electrode, whereby ions can be exchanged between the first electrode and the second electrode; (iii) and wherein one of the first electrode and the second electrode is arranged between the insulation layer and the solid-state electrolyte layer; wherein the first electrode has a first coating with a first active material, and the second electrode has a second coating with a second active material, and wherein the first active material and the second active material are designed such that during a first cyclization of the solid-state energy storage cell, an increase in volume of the second coating occurs due to an uptake of ions from the first coating, which is greater than a decrease in volume of the first coating due to a release of the ions; (ii) arranging the electrode coil in a cylindrical housing, whereby a circumferential gap is formed between the electrode coil and an inner housing wall of the cylindrical housing; (iii) carrying out a first cyclization of the solid-state energy storage cell, whereby the gap is closed due to an overall increase in volume resulting from the increase in volume of the second coating and the decrease in volume of the first coating.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Festkörperenergiespeicherzelle beschrieben, die jeweils, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wird oder technisch unmöglich ist, beliebig miteinander sowie mit den weiteren beschriebenen anderen Aspekten kombiniert werden können.Preferred embodiments of the solid-state energy storage cell are described below, which can each be combined with one another and with the other aspects described in any way, unless this is expressly excluded or is technically impossible.

Bei einigen Ausführungsformen wird vor der ersten Zyklisierung unter Verwendung von Materialparametern der ersten Elektrode und/oder der zweiten Elektrode eine Gesamtvolumenzunahme des Elektrodenwickels durch die erste Zyklisierung geschätzt. Dadurch können Materialparameter der ersten Elektrode und/oder der zweiten vor der ersten Zyklisierung angepasst werden, wenn durch die erste Zyklisierung voraussichtlich eine zu geringe oder zu starke Gesamtvolumenzunahme erfolgen würde. Weiterhin kann eine zu geringe oder zu starke Gesamtvolumenzunahme verhindert werden.In some embodiments, a total volume increase of the electrode coil due to the first cyclization is estimated before the first cyclization using material parameters of the first electrode and/or the second electrode. As a result, material parameters of the first electrode and/or the second electrode can be adjusted before the first cyclization if the first cyclization would likely result in an overall volume increase that is too small or too large. Furthermore, an overall volume increase that is too small or too large can be prevented.

Bei einigen Ausführungsformen erfolgt die Schätzung unter Verwendung einer jeweiligen Flächenkapazität der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode und/oder eines Nutzungsgrads der ersten Elektrode, insbesondere der Kathode. Unter einer Flächenkapazität ist insbesondere eine Kapazität pro Fläche zu verstehen, die auch jeweils von einer Schichtdicke der ersten Beschichtung oder der zweiten Beschichtung abhängig ist. Dadurch kann auf Basis der Schätzung eine Anpassung einer Schichtdicke der ersten Beschichtung und/oder der zweiten Beschichtung und darauf basierend eine indirekte Anpassung einer Gesamtvolumenzunahme erfolgen.In some embodiments, the estimation is carried out using a respective surface capacity of the first electrode and the second electrode and/or a degree of utilization of the first electrode, in particular the cathode. A surface capacity is to be understood in particular as a capacity per area, which is also dependent on a layer thickness of the first coating or the second coating. As a result, an adjustment of a layer thickness of the first coating and/or the second coating can be made on the basis of the estimate and, based thereon, an indirect adjustment of an overall volume increase can be made.

Bei einigen Ausführungsformen erfolgt die Schätzung unter Verwendung von vorgegebenen Spannungsgrenzen der Festkörperenergiespeicherzelle im Betrieb. Dadurch kann die Festkörperenergiespeicherzelle für eine jeweilige Anwendung angepasst werden.In some embodiments, the estimation is performed using predetermined voltage limits of the solid-state energy storage cell during operation. This allows the solid-state energy storage cell to be adapted for a particular application.

Bei einigen Ausführungsformen erfolgt unter Verwendung eines Ergebnisses der Schätzung eine Anpassung eines Materialparameters, insbesondere einer Dicke oder eines Volumens der ersten und/oder der zweiten Beschichtung, der ersten Elektrode und/oder der zweiten Elektrode. Dadurch kann die Gesamtvolumenzunahme genauer gesteuert werden.In some embodiments, a material parameter, in particular a thickness or a volume of the first and/or second coating, the first electrode and/or the second electrode, is adjusted using a result of the estimation. This allows the overall volume increase to be controlled more precisely.

Bei einigen Ausführungsformen erfolgt das Bereitstellen des Elektrodenwickels durch ein Wickeln eines Schichtaufbaus aufweisend die erste Elektrode, die zweite Elektrode, die Festkörper-Elektrolytschicht und die Isolationsschicht um eine Achse, wobei während des Wickelns eine vorbestimmte Zugkraft auf einen zu wickelnden Abschnitt des Schichtaufbaus ausgeübt wird, derart, dass eine vorbestimmte Kraft einen zu gewickelten Abschnitt radial in Richtung zur Achse hinwirkt. Durch das Ausüben der Zugkraft während des Wickelns wird ein Elektrodenwickel ausgebildet, bei dem in radialer Richtung in Bezug auf eine Achse, um welche der Schichtaufbau gewickelt wurde, durch die angewandte Zugkraft ein mechanischer Druck innerhalb des Elektrodenwickels ausgebildet wird.In some embodiments, the electrode winding is provided by winding a layer structure comprising the first electrode, the second electrode, the solid electrolyte layer and the insulation layer around an axis, wherein during winding a predetermined tensile force is exerted on a section of the layer structure to be wound such that a predetermined force acts on a section to be wound radially in the direction of the axis. By exerting the tensile force during winding, an electrode winding is formed in which a mechanical pressure is formed within the electrode winding in the radial direction with respect to an axis around which the layer structure was wound by the applied tensile force.

Bei einigen Ausführungsformen wird nach der Bereitstellung des Elektrodenwickels an dem Elektrodenwickel ein Befestigungselement angebracht, insbesondere ein um eine Achse des Elektrodenwickels angeordnetes Klebeband, zur Fixierung des gewickelten Zustands des Elektrodenwickels angebracht. Hierdurch kann eine Lockerung bzw. ein Abwickeln des unter der Zugkraft gewickelten Elektrodenwickels zumindest verringert werden. Dadurch kann der Elektrodenwickel einfach transportiert werden, insbesondere wenn dieser an einem anderen Ort in das zylindrische Gehäuse eingebaut werden soll.In some embodiments, after the electrode coil has been provided, a fastening element is attached to the electrode coil, in particular an adhesive tape arranged around an axis of the electrode coil, to fix the wound state of the electrode coil. This can at least reduce loosening or unwinding of the electrode coil wound under the tensile force. This allows the electrode coil to be easily transported, in particular if it is to be installed at another location in the cylindrical housing.

Die in Bezug auf den ersten Aspekt der Lösung erläuterten Merkmale und Vorteile gelten entsprechend auch für die weiteren beschriebenen Aspekte.The features and advantages explained with regard to the first aspect of the solution also apply to the other aspects described.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen im Zusammenhang mit den Figuren.Further advantages, features and possible applications emerge from the following description of preferred embodiments in connection with the figures.

Dabei zeigt

  • 1 schematisch ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer Ausführungsform eines Verfahrens;
  • 2A schematisch einen ersten Schichtaufbau gemäß einer ersten Ausführungsform;
  • 2B schematisch einen zweiten Schichtaufbau gemäß einer zweiten Ausführungsform;
  • 3 schematisch eine Festkörperenergiespeicherzelle gemäß einer Ausführungsform; und
  • 4A-4C schematisch verschiedene Zustände von Schichten mit Aktivmaterialen.
This shows
  • 1 schematically a flow chart to illustrate an embodiment of a method;
  • 2A schematically shows a first layer structure according to a first embodiment;
  • 2B schematically shows a second layer structure according to a second embodiment;
  • 3 schematically shows a solid-state energy storage cell according to an embodiment; and
  • 4A-4C schematically different states of layers with active materials.

In den Figuren werden durchgängig dieselben Bezugszeichen für dieselben oder einander entsprechenden Elemente verwendet.Throughout the figures, the same reference numerals are used for the same or corresponding elements.

In 1 ist schematisch ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer Festkörperbatteriezelle gezeigt.In 1 is a schematic flow chart illustrating an embodiment of a method for producing a solid-state battery cell.

In einem ersten Schritt S110 des Verfahrens erfolgt ein Bereitstellen eines Elektrodenwickels 310, aufweisend eine Kathode 210, 280, eine Anode 230, 290, eine Festkörper-Elektrolytschicht 250 und eine Isolationsschicht 270; wobei die Festkörper-Elektrolytschicht 250 zwischen der Kathode 210, 280 und der Anode 230, 290 angeordnet wird, wodurch Ionen zwischen der Kathode 210, 280 und der Anode 230, 290 ausgetauscht werden können, und wobei die Kathode 210, 280 zwischen der Isolationsschicht 270 und der Festkörper-Elektrolytschicht 250 angeordnet wird; wobei die Kathode 210, 280 eine erste Beschichtung 220 mit einem ersten Aktivmaterial aufweist, und die Anode 230, 290 eine zweite Beschichtung 240 mit einem zweiten Aktivmaterial aufweist, und wobei das erste Aktivmaterial und das zweite Aktivmaterial derart ausgebildet sind, dass bei einer ersten Zyklisierung der Festkörperenergiespeicherzelle 300 aufgrund eines Ionenaustausches zwischen der ersten Beschichtung 220 und der zweiten Beschichtung 240 eine Volumenzunahme von einer von der ersten Beschichtung 220 oder der zweiten Beschichtung 240 erfolgt und eine Volumenabnahme von der anderen der ersten Beschichtung 220 oder der zweiten Beschichtung 240 erfolgt, wobei die Volumenzunahme größer ist, als die Volumenabnahme.In a first step S110 of the method, an electrode coil 310 is provided, comprising a cathode 210, 280, an anode 230, 290, a solid electrolyte layer 250 and an insulation layer 270; wherein the solid electrolyte layer 250 is arranged between the cathode 210, 280 and the anode 230, 290, whereby ions can be exchanged between the cathode 210, 280 and the anode 230, 290, and wherein the cathode 210, 280 is arranged between the insulation layer 270 and the solid electrolyte layer 250; wherein the cathode 210, 280 has a first coating 220 with a first active material, and the anode 230, 290 has a second coating 240 with a second active material, and wherein the first active material and the second active material are designed such that during a first cyclization of the solid-state energy storage cell 300, due to an ion exchange between the first coating 220 and the second coating 240, an increase in volume of one of the first coating 220 or the second coating 240 occurs and a decrease in volume of the other of the first coating 220 or the second coating 240 occurs, wherein the increase in volume is greater than the decrease in volume.

In einem weiteren Schritt S120 des Verfahrens erfolgt ein Anordnen des Elektrodenwickels 310 in einem zylindrischen Gehäuse 330, wodurch ein umlaufender Spalt 350 zwischen dem Elektrodenwickel 310 und einer Gehäuseinnenwand des zylindrischen Gehäuses 330 ausgebildet wird.In a further step S120 of the method, the electrode coil 310 is arranged in a cylindrical housing 330, whereby a circumferential gap 350 is formed between the electrode coil 310 and an inner wall of the cylindrical housing 330.

In einem weiteren Schritt S130 des Verfahrens erfolgt ein Durchführen einer ersten Zyklisierung der Festkörperenergiespeicherzelle 300, wodurch aufgrund eine Gesamtvolumenzunahme erfolgt, wodurch der Spalt 350 geschlossen wird und ein ausreichender Druck zwischen dem Elektrodenwickel 310 und dem zylindrischen Gehäuse 330 ausgebildet wird.In a further step S130 of the method, a first cyclization of the solid-state energy storage cell 300 is carried out, which results in an overall increase in volume, whereby the gap 350 is closed and a sufficient pressure is formed between the electrode coil 310 and the cylindrical housing 330.

In 2A ist schematisch ein erster Schichtaufbau 200 für einen Elektrodenwickel 310 einer Festkörperenergiespeicherzelle 300 gemäß einer ersten Ausführungsform gezeigt. Der erste Schichtaufbau 200 weist in Bezug auf das schematisch dargestellte Koordinatensystem in y-Richtung aufeinander angeordnete Schichten auf. Dabei erstreckt sich der erste Schichtaufbau 200 in x-Richtung auf einer Schicht-Bahn (hier nicht gezeigt), und der in 2A dargestellte erste Schichtaufbau 200 repräsentiert einen Ausschnitt einer solchen Bahn. Diese Schicht-Bahn kann dann in der Praxis zu dem Elektrodenwickel 310 gewickelt werden.In 2A A first layer structure 200 for an electrode winding 310 of a solid-state energy storage cell 300 according to a first embodiment is shown schematically. The first layer structure 200 has layers arranged one on top of the other in the y-direction with respect to the schematically shown coordinate system. The first layer structure 200 extends in the x-direction on a layer path (not shown here), and the first layer structure 200 extends in the x-direction on a layer path (not shown here), and the first layer structure 200 extends in the x-direction on a layer path (not shown here). 2A The first layer structure 200 shown represents a section of such a path. This layer path can then be wound in practice to form the electrode winding 310.

Der erste Schichtaufbau 200 weist eine Elektrode auf, die als erste Kathode 210, und eine weitere Elektrode, die als erste Anode 230 ausgebildet ist, auf. Zwischen der ersten Kathode 210 und der ersten Anode 230 ist eine Separator-Schicht, die als Festkörper-Elektrolytschicht 250 ausgebildet ist, angeordnet. Die erste Kathode 210 weist einen ersten Stromableiter 215 auf, der beidseitig jeweils eine erste Beschichtung 220 mit einem ersten Aktivmaterial aufweist. Der erste Stromableiter 215 weist insbesondere Aluminium auf. Dabei ist eine der beiden ersten Beschichtungen 220 mit dem ersten Aktivmaterial der Kathode auf einer in Bezug auf die y-Richtung Außenseite des erste Schichtaufbau 200 angeordnet. Die erste Anode 230 weist einen zweiten Stromableiter 235 auf, der beidseitig jeweils eine zweite Beschichtung 240 mit einem zweiten Aktivmaterial aufweist. Der zweite Stromableiter 235 weist insbesondere Kupfer auf. Die erste Anode 230 ist zwischen zwei Festkörper-Elektrolytschichten 250 angeordnet, so dass eine der beiden Festkörper-Elektrolytschichten 250 auf einer anderen Außenseite des ersten Schichtaufbaus 200 angeordnet ist.The first layer structure 200 has an electrode, which is designed as a first cathode 210, and a further electrode, which is designed as a first anode 230. A separator layer, which is designed as a solid-state electrolyte layer 250, is arranged between the first cathode 210 and the first anode 230. The first cathode 210 has a first current conductor 215, which has a first coating 220 with a first active material on both sides. The first current conductor 215 has aluminum in particular. One of the two first coatings 220 with the first active material of the cathode is arranged on an outside of the first layer structure 200 with respect to the y-direction. The first anode 230 has a second current conductor 235, which has a second coating 240 with a second active material on both sides. The second current conductor 235 has copper in particular. The first anode 230 is arranged between two solid electrolyte layers 250, so that one of the two solid electrolyte layers 250 is arranged on another outer side of the first layer structure 200.

In 2B ist schematisch ein zweiter Schichtaufbau 260 für einen Elektrodenwickel 310 einer Festkörperenergiespeicherzelle 300 gemäß einer zweiten Ausführungsform gezeigt. Der zweite Schichtaufbau 260 weist in Bezug auf das schematisch dargestellte Koordinatensystem in y-Richtung aufeinander angeordnete Schichten auf. Analog zu 2A erstreckt sich der zweite Schichtaufbau 260 in x-Richtung auf einer Bahn (hier nicht gezeigt), und der in 2B dargestellte zweite Schichtaufbau 260 repräsentiert einen Ausschnitt einer solchen Schicht-Bahn. Diese Schicht-Bahn kann dann in der Praxis zu einem Elektrodenwickel 310 gewickelt werden.In 2B 1 shows a schematic representation of a second layer structure 260 for an electrode winding 310 of a solid-state energy storage cell 300 according to a second embodiment. The second layer structure 260 has layers arranged one on top of the other in the y-direction with respect to the schematically illustrated coordinate system. Analogous to 2A the second layer structure 260 extends in the x-direction on a path (not shown here), and the 2B The second layer structure 260 shown represents a section of such a layer path. This layer path can then be wound in practice to form an electrode coil 310.

Der zweite Schichtaufbau 260 weist eine zweite Kathode 280 und eine zweite Anode 290 auf. Zwischen der zweiten Kathode 280 und der zweiten Anode 290 ist eine Separator-Schicht, die als Festkörper-Elektrolytschicht 250 ausgebildet ist, angeordnet. Die zweite Kathode 280 weist einen ersten Stromableiter 215 auf, der auf einer Seite eine erste Beschichtung 220 mit einem ersten Aktivmaterial aufweist. Auf einer anderen Seite ist der erste Stromableiter 215 mit einer Isolationsschicht 270 beschichtet, die in y-Richtung auf einer Außenseite des zweiten Schichtaufbaus 260 angeordnet ist. Der erste Stromableiter 215 weist insbesondere Aluminium auf. Die zweite Anode 290 weist einen zweiten Stromableiter 235 auf, der auf einer Seite eine zweite Beschichtung 240 mit einem zweiten Aktivmaterial aufweist. Dabei ist diese zweite Beschichtung 240 mit dem zweiten Aktivmaterial in y-Richtung benachbart zur Festkörper-Elektrolytschicht 250 angeordnet. Der zweite Stromableiter 235 weist insbesondere Kupfer auf.The second layer structure 260 has a second cathode 280 and a second anode 290. A separator layer, which is designed as a solid electrolyte layer 250, is arranged between the second cathode 280 and the second anode 290. The second cathode 280 has a first current conductor 215, which has a first coating 220 with a first active material on one side. On another side, the first current conductor 215 is coated with an insulation layer 270, which is arranged in the y-direction on an outside of the second layer structure 260. The first current conductor 215 has aluminum in particular. The second anode 290 has a second current conductor 235, which has a second coating 240 with a second active material on one side. This second coating 240 with the second active material is arranged in the y-direction adjacent to the solid electrolyte layer 250. The second current conductor 235 comprises copper in particular.

In 3 ist schematisch eine Festkörperenergiespeicherzelle 300 gemäß einer Ausführungsform in einer Draufsicht gezeigt.In 3 , a solid-state energy storage cell 300 according to an embodiment is shown schematically in a plan view.

Die Festkörperenergiespeicherzelle 300 weist einen Elektrodenwickel 310 auf, der gemäß dem in 1 beschriebenen Verfahren hergestellt wurde, und in einem zylindrischen Gehäuse 330 angeordnet wurde. Der Elektrodenwickel 310 wurde um eine Achse, die parallel zur z-Achse des schematischen Koordinatensystems verläuft, herumgewickelt, wodurch ein schichtfreier innerer Kern 340 ausgebildet wurde. Bevorzugt weist der Kern einen Durchmesser von größer als 0,2 cm auf. Der Elektrodenwickel 310 weist einen Durchmesser auf, der geringer ist als ein Innendurchmesser des zylindrischen Gehäuses 330, wodurch zwischen dem Elektrodenwickel 310 und dem zylindrischen Gehäuse 330 ein Spalt 350 ausgebildet wird. Ein Ausschnitt 320 eines Schichtaufbaus des Elektrodenwickels 310 ist in 3 vergrößert dargestellt. Hierbei ist ein erster Schichtaufbau 200 gemäß 2A gezeigt, wobei in Richtung der x-Achse eine Wiederholung des ersten Schichtaufbaus 200 erkennbar ist, da ein erster Stromableiter 215 zweimal dargestellt ist. Diese Wiederholung erklärt sich durch die Wicklung des ersten Schichtaufbaus 200 um die Achse, wodurch sich ausgehend von der Achse in radialer Richtung eine Wiederholung des ersten Schichtaufbaus 200 ergibt.The solid-state energy storage cell 300 has an electrode coil 310 which is formed according to the 1 described method and arranged in a cylindrical housing 330. The electrode coil 310 was wound around an axis that runs parallel to the z-axis of the schematic coordinate system, whereby a layer-free inner core 340 was formed. Preferably, the core has a diameter of greater than 0.2 cm. The electrode coil 310 has a diameter that is smaller than an inner diameter of the cylindrical housing 330, whereby a gap 350 is formed between the electrode coil 310 and the cylindrical housing 330. A section 320 of a layer structure of the electrode coil 310 is shown in 3 Here, a first layer structure 200 according to 2A shown, wherein a repetition of the first layer structure 200 can be seen in the direction of the x-axis, since a first current conductor 215 is shown twice. This repetition is explained by the winding of the first layer structure 200 around the axis, which results in a repetition of the first layer structure 200 starting from the axis in the radial direction.

Alternativ kann der Elektrodenwickel 310 den zweiten Schichtaufbau 260 gemäß 2B oder einen anderen Schichtaufbau aufweisen.Alternatively, the electrode coil 310 may have the second layer structure 260 according to 2B or have a different layer structure.

Ebenso sind sogenannte hybride Systeme denkbar, bei denen der Festkörper-Elektrolytschicht 250 eine geringe Menge eines flüssigen Elektrolyten zugeführt wird.So-called hybrid systems are also conceivable in which a small amount of a liquid electrolyte is added to the solid-state electrolyte layer 250.

In den 4A bis 4C sind schematisch verschiedene Zustände von Schichten mit Aktivmaterialen gezeigt. Dabei ist in jeder der Figuren ein Aufbau mit einer ersten Beschichtung 220 mit einem ersten Aktivmaterial, einer Schicht mit einem zweiten Aktivmaterial 240 und einer dazwischen angeordneten Festkörper-Elektrolytschicht 250 gezeigt. Diese Schichtabfolge ist jeweils auch in dem ersten Schichtaufbau 200 gemäß 2A und dem zweiten Schichtaufbau 260 gemäß 2B enthalten. Dabei weist das zweite Aktivmaterial Silizium auf. Gemäß der Ausführungsbeispiele der 2A und 2B weist die erste Anode 230 bzw. die zweite Anode 290 eine zweite Beschichtung 240 mit dem zweiten Aktivmaterial auf. Die erste Beschichtung 220 mit dem ersten Aktivmaterial kann eines der eingangs beschriebenen Materialien, wie NMC, LCO oder ein anderes genannte Material aufweisen.In the 4A to 4C Different states of layers with active materials are shown schematically. In each of the figures, a structure with a first coating 220 with a first active material, a layer with a second active material 240 and a solid electrolyte layer 250 arranged between them is shown. This layer sequence is also shown in the first layer structure 200 according to 2A and the second layer structure 260 according to 2B The second active material comprises silicon. According to the embodiments of the 2A and 2B the first anode 230 or the second anode 290 has a second coating 240 with the second active material. The first coating 220 with the first active material can have one of the materials described above, such as NMC, LCO or another material mentioned.

Die im Folgenden beschriebenen Zustände 400, 410, 420 des Aufbaus der Schichten betreffen die jeweiligen Dicken der ersten Beschichtung 220 und der zweiten Beschichtung 240 bzw. deren relative Dickenänderungen zueinander, wobei sich die Dicken der ersten Beschichtung 220 und der zweiten Beschichtung 240 in y-Richtung gemäß dem schematischen Koordinatensystem erstrecken.The states 400, 410, 420 of the structure of the layers described below relate to the respective thicknesses of the first coating 220 and the second coating 240 or their relative thickness changes to one another, wherein the thicknesses of the first coating 220 and the second coating 240 extend in the y-direction according to the schematic coordinate system.

In 4A ist ein Aufbau in einem ersten Zustand 400 nach einer Bereitstellung des Schichtaufbaus mit der ersten Beschichtung 220, der zweiten Beschichtung 240 und der dazwischen angeordneten Festkörper-Elektrolytschicht 250 gezeigt.In 4A a structure is shown in a first state 400 after provision of the layer structure with the first coating 220, the second coating 240 and the solid electrolyte layer 250 arranged therebetween.

In 4B ist ein Aufbau in einem zweiten Zustand 410 nach einer ersten Aufladung bzw. nach einem ersten Ladevorgang gezeigt. Durch das Silizium in dem zweiten Aktivmaterial erfolgt eine Ausdehnung des zweiten Aktivmaterials während der ersten Aufladung. Diese Ausdehnung ist teilweise irreversibel. Darüber hinaus ist die Ausdehnung aufgrund des Siliziums, das durch Interkalation bzw. Anlagerung von Lithium-Ionen erfolgt, größer im Vergleich zu anderen Materialen wie Graphit oder Lithium-Metall. Gleichzeitig zur Ausdehnung des zweiten Aktivmaterials erfolgt ein Zusammenziehen des ersten Aktivmaterials aufgrund eines Ionenaustauschs zwischen Anode und Kathode. Dieses Zusammenziehen ist allerdings geringer als die Ausdehnung. Dies ist durch die schematischen Dicken der jeweils ersten Beschichtung 220 mit dem ersten Aktivmaterial und der zweiten Beschichtung 240 mit dem zweiten Aktivmaterial und der hierzu relativen Dicken gemäß 4A gezeigt. Im Ergebnis erfolgt eine Gesamtvolumenzunahme des Elektrodenwickels 310.In 4B a structure in a second state 410 is shown after a first charge or after a first charging process. Due to the silicon in the second active material, the second active material expands during the first charge. This expansion is partially irreversible. In addition, the expansion due to the silicon, which occurs through intercalation or accumulation of lithium ions, is greater compared to other materials such as graphite or Lithium metal. At the same time as the second active material expands, the first active material contracts due to an ion exchange between the anode and cathode. However, this contraction is less than the expansion. This is due to the schematic thicknesses of the first coating 220 with the first active material and the second coating 240 with the second active material and the relative thicknesses according to 4A The result is an overall increase in volume of the electrode coil 310.

In 4C ist ein Aufbau in einem dritten Zustand 420 nach einem Zyklisieren im Anschluss an die erste Aufladung gezeigt. Dabei erfolgte ein Entladungsvorgang, wodurch aufgrund eines Ionenaustauschs von der Anode zur Kathode die Dickenänderung in die andere Richtung erfolgt. Das heißt, dass sich das erste Aktivmaterial und damit die erste Beschichtung 220 ausdehnt und das zweite Aktivmaterial und damit die zweite Beschichtung 220 sich zusammenzieht. Allerdings sind diese Dickenänderungen während des Betriebs geringer als die Dickenänderungen während des ersten Ladevorgangs. Die Dickenänderung von dem ersten Ladevorgang zur ersten Entladung bzw. weiteren Zyklisierung gemäß 4C ist mit d2 gekennzeichnet.In 4C a structure in a third state 420 is shown after cycling following the first charging. A discharge process took place, whereby the change in thickness occurs in the other direction due to an ion exchange from the anode to the cathode. This means that the first active material and thus the first coating 220 expands and the second active material and thus the second coating 220 contracts. However, these changes in thickness during operation are smaller than the changes in thickness during the first charging process. The change in thickness from the first charging process to the first discharge or further cycling according to 4C is marked with d2.

Eine Gesamtdickenänderung in y-Richtung des Elektrodenwickels 310 ist mit d1 gekennzeichnet. Im gewickelten Zustand erstreckt sich diese Gesamtdickenänderung in radialer Richtung zur Achse der Wicklung. Durch diese Gesamtdickenänderung wird der in 3 beschriebene Spalt 350 geschlossen und ein während eines Wickelprozesses aufgebauter intrinsischer Druck in dem Elektrodenwickel 310 bleibt über die nachfolgenden Lade- und Entladezyklen erhalten bzw. wird verstärkt.A total thickness change in the y-direction of the electrode winding 310 is marked with d1. In the wound state, this total thickness change extends in the radial direction to the axis of the winding. This total thickness change determines the 3 described gap 350 is closed and an intrinsic pressure built up in the electrode winding 310 during a winding process is maintained or increased over the subsequent charging and discharging cycles.

Alternativ ist es denkbar, die Gesamtdickenänderung bei einer ersten Entladung der Festkörperenergiespeicherzelle zu erreichen. Hierbei wären die Ionen, insbesondere Lithium-Ionen bereits in dem entsprechenden Aktivmaterial eingelagert, so dass, nachdem der Elektrodenwickel 310 in das zylindrische Gehäuse 330 angeordnet wurde, bei einem Entladevorgang durch Ionenaustausch in das andere Aktivmaterial eine Gesamtdickenänderung erfolgt.Alternatively, it is conceivable to achieve the overall thickness change during a first discharge of the solid-state energy storage cell. In this case, the ions, in particular lithium ions, would already be stored in the corresponding active material, so that after the electrode coil 310 has been arranged in the cylindrical housing 330, an overall thickness change occurs during a discharge process through ion exchange into the other active material.

Während vorausgehend wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben wurde, ist zu bemerken, dass eine große Anzahl von Variationen dazu existiert. Es ist dabei auch zu beachten, dass die beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen nur nichtlimitierende Beispiele darstellen, und es nicht beabsichtigt ist, dadurch den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der hier beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren zu beschränken. Vielmehr wird die vorausgehende Beschreibung dem Fachmann eine Anleitung zur Implementierung mindestens einer beispielhaften Ausführungsform liefern, wobei sich versteht, dass verschiedene Änderungen in der Funktionsweise und der Anordnung der in einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elemente vorgenommen werden können, ohne dass dabei von dem in den angehängten Ansprüchen jeweils festgelegten Gegenstand sowie seinen rechtlichen Äquivalenten abgewichen wird.While at least one exemplary embodiment has been described above, it should be noted that a wide variety of variations thereon exist. It should also be noted that the exemplary embodiments described are merely non-limiting examples and are not intended to limit the scope, applicability, or configuration of the devices and methods described herein. Rather, the foregoing description will provide a guide to those skilled in the art for implementing at least one exemplary embodiment, it being understood that various changes in the operation and arrangement of the elements described in an exemplary embodiment may be made without departing from the subject matter set forth in the appended claims, as well as their legal equivalents.

BEZUGSZEICHENLISTEREFERENCE SYMBOL LIST

100100
Flussdiagrammflow chart
S110S110
Bereitstellen eines ElektrodenwickelsProviding an electrode coil
S120S120
Anordnen des Elektrodenwickels in einem zylindrischen GehäuseArranging the electrode coil in a cylindrical housing
S130S130
Durchführen einer ersten Zyklisierung Performing a first cyclization
200200
Erster Schichtaufbaufirst layer structure
210210
Erste KathodeFirst cathode
215215
Erster StromableiterFirst current conductor
220220
Erste Beschichtung mit erstem AktivmaterialFirst coating with first active material
230230
Erste AnodeFirst anode
235235
Zweiter StromableiterSecond current conductor
240240
Zweite Beschichtung mit zweitem AktivmaterialSecond coating with second active material
250250
Festkörper-Elektrolytschichtsolid-state electrolyte layer
260260
Zweiter Schichtaufbausecond layer structure
270270
Isolationsschichtinsulation layer
280280
Zweite Kathodesecond cathode
290290
Zweite Anode Second anode
300300
Festkörperenergiespeicherzellesolid-state energy storage cell
310310
Elektrodenwickelelectrode wrap
320320
Ausschnitt des Elektrodenwickelssection of the electrode coil
330330
Zylindrisches GehäuseCylindrical housing
340340
Kerncore
350350
Spalt gap
410, 420, 430410, 420, 430
Erste, zweiter und dritter Zustand First, second and third states
d1d1
Gesamtdickenänderung in y-Richtungtotal thickness change in y-direction
d2d2
Dickenänderung zwischen Aufladung und EntladungThickness change between charging and discharging

Claims (12)

Festkörperenergiespeicherzelle (300), aufweisend: Ein zylindrisches Gehäuse (330); einen Elektrodenwickel (310), der in dem zylindrischen Gehäuse (330) angeordnet ist, wobei zwischen dem Elektrodenwickel (310) und einer Gehäuseinnenwand des zylindrischen Gehäuses (330) ein umlaufender Spalt (350) ausgebildet ist; wobei der Elektrodenwickel (310) eine erste Elektrode (210, 280), eine zweite Elektrode (230, 290), eine erste Festkörper-Elektrolytschicht (250) und eine Isolationsschicht (270) aufweist; wobei die erste Festkörper-Elektrolytschicht (250) zwischen der ersten Elektrode (210, 280) und der zweiten Elektrode (230, 290) angeordnet ist, wodurch Ionen zwischen der ersten Elektrode (210, 280) und der zweiten Elektrode (230, 290) ausgetauscht werden können, und wobei eine von der ersten Elektrode (210, 280) und der zweiten Elektrode (230, 290) zwischen der Isolationsschicht (270) und der Festkörper-Elektrolytschicht (250) angeordnet ist; wobei die erste Elektrode (210, 280) eine erste Beschichtung (220) mit einem ersten Aktivmaterial aufweist, und die zweite Elektrode (230, 290) eine zweite Beschichtung (240) mit einem zweiten Aktivmaterial aufweist, und wobei das erste Aktivmaterial und das zweite Aktivmaterial derart ausgebildet sind, dass bei einer ersten Zyklisierung der Festkörperenergiespeicherzelle (300) aufgrund eines Ionenaustausches zwischen der ersten Beschichtung (220) und der zweiten Beschichtung (240) eine Volumenzunahme von einer von der ersten Beschichtung (220) oder der zweiten Beschichtung (240) erfolgt und eine Volumenabnahme von der anderen der ersten Beschichtung (220) oder der zweiten Beschichtung (240) erfolgt, wobei die Volumenzunahme größer ist, als die Volumenabnahme.Solid-state energy storage cell (300), comprising: A cylindrical housing (330); an electrode coil (310) arranged in the cylindrical housing (330), wherein a circumferential gap (350) is formed between the electrode coil (310) and an inner wall of the cylindrical housing (330); wherein the electrode coil (310) has a first electrode (210, 280), a second electrode (230, 290), a first solid-state electrolyte layer (250) and an insulation layer (270); wherein the first solid electrolyte layer (250) is arranged between the first electrode (210, 280) and the second electrode (230, 290), whereby ions can be exchanged between the first electrode (210, 280) and the second electrode (230, 290), and wherein one of the first electrode (210, 280) and the second electrode (230, 290) is arranged between the insulation layer (270) and the solid electrolyte layer (250); wherein the first electrode (210, 280) has a first coating (220) with a first active material, and the second electrode (230, 290) has a second coating (240) with a second active material, and wherein the first active material and the second active material are designed such that during a first cyclization of the solid-state energy storage cell (300) due to an ion exchange between the first coating (220) and the second coating (240) an increase in volume of one of the first coating (220) or the second coating (240) occurs and a decrease in volume of the other of the first coating (220) or the second coating (240) occurs, wherein the increase in volume is greater than the decrease in volume. Festkörperenergiespeicherzelle (300) nach Anspruch 1, wobei das zweite Aktivmaterial Silizium aufweist.Solid-state energy storage cell (300) according to claim 1 , wherein the second active material comprises silicon. Festkörperenergiespeicherzelle (300) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Isolationsschicht (270) eine zweite Festkörper-Elektrolytschicht (250) aufweist.Solid-state energy storage cell (300) according to claim 1 or 2 , wherein the insulation layer (270) has a second solid electrolyte layer (250). Batteriemodul mit mehreren Festkörperenergiespeicherzellen nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Battery module with several solid-state energy storage cells according to one of the preceding claims. Kraftfahrzeug mit einem Elektroantrieb oder einem Hybridantrieb und einem Batteriemodul nach Anspruch 4.Motor vehicle with an electric drive or a hybrid drive and a battery module according to claim 4 . Verfahren (100) zur Herstellung einer Festkörperenergiespeicherzelle (300) mit folgenden Schritten: Bereitstellen (S110) eines Elektrodenwickels (310), aufweisend eine erste Elektrode (210, 280), eine zweite Elektrode (230, 290), eine Festkörper-Elektrolytschicht (250) und eine Isolationsschicht (270); wobei die Festkörper-Elektrolytschicht (250) zwischen der ersten Elektrode (210, 280) und der zweiten Elektrode (230, 290) angeordnet wird, wodurch Ionen zwischen der ersten Elektrode (210, 280) und der zweiten Elektrode (230, 290) ausgetauscht werden können, und wobei eine von der ersten Elektrode (210, 280) und der zweiten Elektrode (230, 290) zwischen der Isolationsschicht (270) und der Festkörper-Elektrolytschicht (250) angeordnet wird; wobei die erste Elektrode (210, 280) eine erste Beschichtung (220) mit einem ersten Aktivmaterial aufweist, und die zweite Elektrode (230, 290) eine zweite Beschichtung (240) mit einem zweiten Aktivmaterial aufweist, und wobei das erste Aktivmaterial und das zweite Aktivmaterial derart ausgebildet sind, dass bei einer ersten Zyklisierung der Festkörperenergiespeicherzelle (300) eine Volumenzunahme der zweiten Beschichtung (240) aufgrund von einer Aufnahme von Ionen von der ersten Beschichtung (220) erfolgt, die größer ist, als eine Volumenabnahme der ersten Beschichtung (220) auf-grund von einer Abgabe der Ionen; Anordnen (S120) des Elektrodenwickels (310) in einem zylindrischen Gehäuse (330), wodurch ein umlaufender Spalt (350) zwischen dem Elektrodenwickel (310) und einer Gehäuseinnenwand des zylindrischen Gehäuses (330) ausgebildet wird; Durchführen (S130) einer ersten Zyklisierung der Festkörperenergiespeicherzelle (300), wodurch aufgrund einer Gesamtvolumenzunahme, die aus der Volumenzunahme der zweiten Beschichtung (240) und der Volumenabnahme der ersten Beschichtung (220) resultiert, der Spalt (350) geschlossen wird.Method (100) for producing a solid-state energy storage cell (300) with the following steps: Providing (S110) an electrode coil (310) comprising a first electrode (210, 280), a second electrode (230, 290), a solid-state electrolyte layer (250) and an insulation layer (270); wherein the solid-state electrolyte layer (250) is arranged between the first electrode (210, 280) and the second electrode (230, 290), whereby ions can be exchanged between the first electrode (210, 280) and the second electrode (230, 290), and wherein one of the first electrode (210, 280) and the second electrode (230, 290) is arranged between the insulation layer (270) and the solid-state electrolyte layer (250); wherein the first electrode (210, 280) has a first coating (220) with a first active material, and the second electrode (230, 290) has a second coating (240) with a second active material, and wherein the first active material and the second active material are designed such that during a first cycling of the solid-state energy storage cell (300), an increase in volume of the second coating (240) occurs due to an absorption of ions from the first coating (220), which is greater than a decrease in volume of the first coating (220) due to a release of the ions; Arranging (S120) the electrode coil (310) in a cylindrical housing (330), whereby a circumferential gap (350) is formed between the electrode coil (310) and an inner housing wall of the cylindrical housing (330); Performing (S130) a first cyclization of the solid-state energy storage cell (300), whereby the gap (350) is closed due to a total volume increase resulting from the volume increase of the second coating (240) and the volume decrease of the first coating (220). Verfahren (100) nach Anspruch 6, wobei vor der ersten Zyklisierung unter Verwendung von Materialparametern der ersten Elektrode und/oder der zweiten Elektrode eine Gesamtvolumenzunahme des Elektrodenwickels (310) durch die erste Zyklisierung geschätzt wird.Procedure (100) according to claim 6 , wherein prior to the first cyclization, a total volume increase of the electrode coil (310) due to the first cyclization is estimated using material parameters of the first electrode and/or the second electrode. Verfahren (100) nach Anspruch 7, wobei die Schätzung unter Verwendung einer jeweiligen Flächenkapazität der ersten Elektrode (210, 280) und der zweiten Elektrode (230, 230) erfolgt.Procedure (100) according to claim 7 , wherein the estimation is carried out using a respective surface capacitance of the first electrode (210, 280) and the second electrode (230, 230). Verfahren (100) nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Schätzung unter Verwendung von vorgegebenen Spannungsgrenzen der Festkörperenergiespeicherzelle (300) im Betrieb erfolgt.Procedure (100) according to claim 7 or 8 , wherein the estimation is carried out using predetermined voltage limits of the solid-state energy storage cell (300) during operation. Verfahren (100) nach Anspruch 7 bis 9, wobei unter Verwendung eines Ergebnisses der Schätzung eine Anpassung eines Materialparameters der ersten Elektrode und/oder der zweiten Elektrode erfolgt.Procedure (100) according to claim 7 until 9 , using a result of the estimation an adjustment of a material parameter of the first electrode and/or the second electrode is carried out. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei das Bereitstellen des Elektrodenwickels durch ein Wickeln eines Schichtaufbaus (200, 260) aufweisend die erste Elektrode (210, 280), die zweite Elektrode (230, 290), die Festkörper-Elektrolytschicht (250) und die Isolationsschicht (270) um eine Achse erfolgt, wobei während des Wickelns eine vorbestimmte Zugkraft auf einen zu wickelnden Abschnitt des Schichtaufbaus (200, 260) ausgeübt wird, derart, dass eine vorbestimmte Kraft durch einen bereits gewickelten Abschnitt radial in Richtung zur Achse hinwirkt.Method according to one of the Claims 6 until 10 , wherein the provision of the electrode winding is carried out by winding a layer structure (200, 260) comprising the first electrode (210, 280), the second electrode (230, 290), the solid electrolyte layer (250) and the insulation layer (270) around an axis, wherein during winding a predetermined tensile force is exerted on a section of the layer structure (200, 260) to be wound, such that a predetermined force acts radially in the direction of the axis through an already wound section. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, wobei nach der Bereitstellung des Elektrodenwickels (310) an dem Elektrodenwickel (310) ein Befestigungselement zur Fixierung des gewickelten Zustands des Elektrodenwickels (310) angebracht.Method according to one of the Claims 6 until 11 , wherein after the provision of the electrode coil (310), a fastening element for fixing the wound state of the electrode coil (310) is attached to the electrode coil (310).
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