具有在活性材料结构上的导电网格的电极制造技术

本发明专利技术涉及具有在活性材料结构上的导电网格的电极。本发明专利技术涉及一种用于电化学电池和/或电池组的电极。为了提高电池和/或电池组的导电能力，所述电极具有以在集流体（2）上的凸起和/或凹陷为形式的活性材料结构（1），其中所述活性材料结构（1）用导电网格（3）来涂层，而且其中在所述活性材料结构（1）之间的中间空隙用至少一种电解质（4）来填充。此外，本发明专利技术还涉及一种这样的电池和/或电池组以及一种用于此的制造方法。

【技术实现步骤摘要】
具有在活性材料结构上的导电网格的电极
本专利技术涉及一种用于电化学电池和/或电池组的电极和一种电化学电池和/或电池组以及一种用于此的制造方法。
技术介绍
电化学电池和电池组（如锂电池和/或锂电池组）如今被应用在大量产品中作为蓄能器。出版文献US2015/0004480A1涉及一种用于蓄能器的电极，所述电极包括具有大量在表面上敞开的沟道的多孔硅。在此，在所述沟道中沉淀有进行结构稳定的材料。出版文献DE102012215921A1涉及一种具有电极层的电池组，凹陷被引入到所述电极层中。出版文献WO2011/123135A1涉及一种电荷存储器，所述电荷存储器具有第一导电结构和第二导电结构。在此，所述导电结构中的至少一个包括具有如下沟道的多孔结构，所述沟道具有在所述多孔结构的表面上的开口。
技术实现思路
本专利技术的主题是一种电极、例如一种阴极或阳极，用于电化学电池和/或电池组、例如用于锂电池和/或锂电池组、例如用于锂离子电池和/或锂离子电池组。所述电极尤其包括以在集流体上的凸起和/或凹陷为形式的活性材料结构。在此，所述活性材料结构尤其用导电网格来涂层。在此，在所述活性材料结构之间的中间空隙尤其用至少一种电解质来填充、尤其是填满。有利地，通过以凸起和/或凹陷为形式的活性材料结构以及在所述活性材料结构之间用所述至少一种电解质来填充的中间空隙，电解质相的有效的离子传导能力例如在不同地构造的电极的类似的电解质体积百分含量的情况下可以被提高、例如被最大化，而通过以在活性材料结构上的导电网格的形式的涂层，导电添加物（例如整体上和/或在活性材料结构中）的量可以被降低、例如最小化。这样，可以有利地提高电极的离子传导能力和导电能力和比能量以及能量密度。这样，整体上可以提高配备有所述电极的电池和/或电池组的工作能力。在一个实施方式的范围内，导电网格覆盖活性材料结构的表面的≥25%至≤75%，尤其是≥40%至≤60%、例如约50%。这样，有利地，同时通过导电网格可以实现高导电能力，而且通过导电网格的网孔可以实现高离子传导能力、尤其是在电解质与活性材料之间的高离子传导能力。尤其是，导电网格和集流体可以电接触。在一个实施方式的范围内，导电网格与集流体直接导电连接，或导电网格直接接触集流体。集流体的如下表面区段可以位于活性材料结构之间，在所述表面区段内，在活性材料结构之间的中间空隙延伸直至集流体的表面，而且集流体的表面例如没有活性材料。在一个特定的设计方案的范围内，集流体的位于活性材料结构之间的表面区段（尤其是所述表面区段）（同样）用导电网格来涂层。这样，可以有利地实现特别高的导电能力。在另一实施方式的范围内，导电网格通过包含至少一种导电添加物的活性材料接触区段与集流体导电连接。例如，所述活性材料接触区段可以包括（必要时被提高的）导电添加物成分，例如碳颗粒和/或碳纤维（例如具有在亚微米范围内的平均颗粒大小的碳颗粒和/或碳纤维）、例如石墨颗粒和/或碳黑颗粒，和/或碳纳米纤维。这样，可以实现足够的导电能力，而且可以有利地实现在活性材料结构的形状和布局方面的更高的造型自由度。在另一实施方式的范围内，导电网格包括碳或者由碳来构造。在另一实施方式的范围内，活性材料结构以点状的凸起和/或凹陷为形式、例如以柱体和/或（例如锥形的）尖部为形式，和/或以细长的凸起和/或凹陷为形式、例如以薄片或坝状物和/或凹槽为形式、例如以（尤其是基本上）多边形的、例如四边形的（尤其是梯形的）或者三角形的横截面来构造。在另一实施方式的范围内，所述活性材料结构和/或在所述活性材料结构之间的中间空隙具有：如下高度或深度（H），所述高度或深度（H）在≥1μm至≤100μm的范围内，例如从≥2μm或≥30μm至≤70μm、例如约为50μm；和/或平均宽度（B），所述平均宽度（B）从≥1μm至≤100μm，例如从≥2μm或≥5μm至≤20μm、例如约为5μm或约为10μm；和/或长度（L），所述长度（L）为几十μm或者更多，例如直至毫米范围或者厘米范围。在另一实施方式的范围内，所述电极是阴极和/或所述活性材料结构包括至少一种阴极活性材料。此外，所述活性材料结构必要时可以包括至少一种粘合剂、尤其是聚合物粘合剂。此外，所述活性材料结构必要时还可以包括至少一种导电添加物。通过导电网格，可以使在所述活性材料结构中的导电添加物的量最小化，或者必要时可以完全省去在所述活性材料结构中的导电添加物。所述至少一种阴极活性材料例如可以包括或者可以是插入材料和/或附着材料和/或转化材料。例如，所述至少一种阴极活性材料可以包括或者可以是：至少一种过渡金属氧化物（例如以层状氧化物的形式），例如镍钴锰氧化物（HE-NCM或NCM，如NCM111、NCM532、NCM622和/或NCM811）和/或镍钴铝氧化物（NCA）和/或锂钴氧化物（LCO）和/或例如以尖晶石的形式、例如锂锰氧化物（LMO），和/或过渡金属磷酸盐、例如以橄榄石的形式、例如磷酸铁锂（LFP）和/或磷酸锰锂（LMP）和/或磷酸钴锂（LCP）；和/或过渡金属氟化物，例如具有面心立方体的过渡金属氟化物、例如富含锂的FCC材料（FCC：英文：FaceCenteredCubic（面心立方体），德文kubischdichtestePackung）、例如锂-过渡金属氟化物，如Li2MO2F（其中M=钒（V）和/或铬（Cr）和/或FeF3）；和/或硫化物，例如硫聚合物复合材料和/或硫碳复合材料（例如硫聚丙烯腈复合材料，如SPAN）和/或其它硫聚合物。在另一实施方式的范围内，所述至少一种电解质包括：至少一种固态电解质、尤其是聚合物固态电解质和/或玻璃状固态电解质和/或陶瓷固态电解质，例如至少一种聚合物电解质、例如至少一种传导单个离子的聚合物电解质和/或至少一种（尤其是传统的）聚合物电解质（由至少一种传导离子的、尤其是传导锂离子的聚合物和至少一种尤其是溶解在其中的导电盐（尤其是锂导电盐）构成）；和/或至少一种无机离子导体，例如至少一种玻璃状离子导体和/或陶瓷离子导体、例如至少一种硫化玻璃；和/或至少一种聚合物凝胶电解质，例如由至少一种聚合物、至少一种尤其是溶解在其中的导电盐（例如锂导电盐）和至少一种软化剂（如离子液体和/或低分子中性茶剂）构成；和/或至少一种液态电解质，例如由至少一种电解质溶剂（所述电解质溶剂必要时也可以是聚合物）和至少一种导电盐（例如锂导电盐）构成，或者所述至少一种电解质由它们来构造。传导单个离子的聚合物电解质尤其可以被理解为如下聚合物、尤其是固态的如下聚合物，在所述聚合物中，仅仅所要传导的离子种类、例如阳离子（例如锂离子）是移动的，其中所述离子种类的对应离子（例如阴离子）是不移动的，尤其是共价键合到聚合物链上。传导离子的、例如传导锂离子的聚合物尤其可以被理解为如下聚合物，所述聚合物本身可以没有所要传导的离子（例如锂离子），然而所述聚合物适合于使所要传导的离子（例如锂离子）和/或所要传导的离子的对应离子（例如锂导电盐阴离子）协调和/或溶剂化，而且例如在加入所要传导的离子（例如锂离子）的情况下变得传导锂离子。所述电极例如可以通过在下文阐述的制造方法来制造。借此，关于按照本专利技术的电极的其它技术特征和优点，明确地参阅与按照本专利技术的方法、按照本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电化学电池和/或电池组（10）、尤其是锂电池和/或锂电池组的电极，所述电极包括以在集流体（2）上的凸起和/或凹陷为形式的活性材料结构（1），其中，所述活性材料结构（1）用导电网格（3）来涂层，而且其中，在所述活性材料结构（1）之间的中间空隙用至少一种电解质（4）来填充。

【技术特征摘要】
2016.10.21 DE 102016220685.01.一种用于电化学电池和/或电池组（10）、尤其是锂电池和/或锂电池组的电极，所述电极包括以在集流体（2）上的凸起和/或凹陷为形式的活性材料结构（1），其中，所述活性材料结构（1）用导电网格（3）来涂层，而且其中，在所述活性材料结构（1）之间的中间空隙用至少一种电解质（4）来填充。2.根据权利要求1所述的电极，其中，所述导电网格（3）覆盖所述活性材料结构（1）的表面的≥25%至≤75%。3.根据权利要求1或2所述的电极，其中，所述导电网格（3）与所述集流体（2）直接导电连接，或者其中，所述导电网格（3）通过包含至少一种导电添加物的活性材料接触区段（1a）与所述集流体（2）导电连接。4.根据权利要求1至3之一所述的电极，其中，所述集流体（2）的在所述活性材料结构（1）之间的表面区段（2a）用所述导电网格（3）来涂层。5.根据权利要求1至4之一所述的电极，其中，所述导电网格（3）包括碳。6.根据权利要求1至5之一所述的电极，其中，所述活性材料结构（1）以点状的凸起和/或凹陷为形式、尤其是以柱体和/或尖部、例如锥形的尖部为形式，和/或以细长的凸起和/或凹陷为形式、尤其是以薄片和/或凹槽为形式来构造。7.根据权利要求1至6之一所述的电极，其中，所述活性材料结构（1）和/或在所述活性材料结构（1）之间的中间空隙具有-在≥1μm至≤100μm的范围内的高度或深度（H），和/或-≥2μm至≤20μm的平均宽度（B）。8.根据权利要求1至7之一所述的电极，其中，所述电极是阴极，和/或其中，所述活性材料结构（1）包括至少一种阴极活性材料。9.根据权利要求1至8之一所述的电极，其中，所述至少一种电解质（4）包括至少一种聚合物固态电解质和/或玻璃状固态电解质和/或陶瓷固态电解质，和/或至少一种液态电解质。10.一种方法，用于制造电化学电池和/或电池组（10）的电极、尤其是根据权利要求1至9之一所述的电极和/或用于制造电化学电池和/或电池组（10）、尤其是根据权利要求15所述的电化学电池和/或电池组（10），其中，在集流体（2）上构造以凸起和/或凹陷为形式的活性材料结构（1），所述活性...

【专利技术属性】
技术研发人员：U绍特，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE