用于二次电池组的锂离子电池制造技术

用于具有电极的二次电池组的已知锂离子电池具有活性材料层，在所述活性材料层中，包含与非水电解质和粒子状的多孔添加剂接触的活性材料颗粒。为了以此为出发点获得锂离子电池在其重量的和容积的能量密度以及成本低的和可再生的制造方面的改善并且为了尤其确保，活性材料层的期望的特性在压延时通过压缩不或者不以不可接受的方式被改变，按照本发明专利技术建议，多孔的碳粒子被作为添加剂使用，所述碳粒子的孔隙率处于50%和95%之间的范围中，并且所述碳粒子具有以流体方式彼此连接的大孔隙，所述大孔隙由具有5至00nm范围中的平均壁厚的碳壁限制。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于具有电极的二次电池组的锂离子电池，具有活性材料层，在所述活性材料层中包含与非水电解质和粒子状的、多孔的添加剂接触的活性材料颗粒。在移动蓄能器的发展过程中，对可再充电的电池组（“蓄电池”或者“二次电池组”）的需求升高。基本的要求在此是尽可能高的重量的和容积的能量密度。尤其对于商业的应用，电极材料此外应当是便宜的、无毒的、非爆炸性的和易于处理的。二次电池组（也如一次电池组）由一个或由多个电池组成，其中借助于分离器分别地将阴极（正电极）与阳极（负电极）在空间上和在电上彼此分开。存储的化学能到电能的转换基于电化学氧化还原反应和随之出现的在电极之间的离子运输。所述分离器对于所述离子必须是能穿透的。锂二次电池组越来越多地被使用。在所述锂二次电池组中，阳极例如由多孔的碳架组成，所述碳架适用于可逆地存入和调出（嵌入（interkalation）和脱嵌（Deinterkalation））锂离子。所述阴极通常由金属氧化物组成，所述金属氧化物同样地适用于在放电过程中吸附Li-+离子。不仅阳极而且阴极包含金属的电流端子作为与具有活性材料的层接触的集流器或者导电器。所述层这里也被称作“活性材料层”。由塑料（聚乙烯(PE)或者聚丙烯(PP)）或者由陶瓷构成的微孔隙的薄膜经常被用作分离器材料。电解质不仅在分离器中而且在电极本身内用作离子运输介质。因为金属锂的标准电势（-3.04V）小于氢的标准电势（0V），所以必须使用非水电解质。聚合物电解质或者非质子电解液、诸如在由1:1碳酸亚乙酯：碳酸二甲酯构成的混合物中的1摩尔LiPF6溶液是常见的。原则上，这样的电解质的电导率然而小于含水的电解质的电导率，这导致电池的较低的功率。为了阻止所述缺点并且使用于离子运输的路径保持得短并且使内阻保持得小，锂离子电池被装备有比较薄的活性材料层和分离器。电池的总层厚通常小于300μm。但是这随着电池的较小的能量密度而出现。容积的和重量的能量密度可以通过提高活性材料的份额被提高。未被活性材料颗粒占据的空腔容积在锂离子电池中因此仅共计总容积的大约15%至25%。所述比较低的孔隙率又随着较低的离子移动性出现。为了制造电极，由各自的电极材料构成的粉末或者膏作为薄的单层被施加在金属箔上。所述金属用作各自的电极的电流端子。电极材料与金属箔一起被输送给加热的压延机轧辊（Kalanderwalze），并且在此被挤压。在该“压延过程”中，活性材料层的密度被提高。这导致容积的能量密度的优化，但是这也是必要的，以便可再生地保证局部恒定的电极厚度和高的机械强度。所述电极材料层被干燥并且接着要么单独地达到尺度（aufMa?bringen）并且与分离器一起被处理成电池，要么相应的箔被辊层压为阳极-分离器-阴极堆叠，并且然后才被裁剪或者被冲压。最后进行电解质的添加和密封。
技术介绍
大量的方案被建议，所述方案目的在于提高孔隙率和改善离子移动性和因此缩短充电持续时间和避免局部加热。在此首先考虑，利用普遍适用的单涂层方法可实现的均匀的层厚被看作经济上可行的极限并且其优化被促进用于各自的应用（VenkatSrinivasan,JohnNewman;\DesignandOptimizationofaNaturalGraphite/IronPhosphateLithium-IonCell\in\JournalofTheElectrochemicalSociety(09/2004);151(10);A1530-A1538）。出版物最近也才致力于通过多涂层要么在使用不同强度的压延过程情况下（Ramadesigan,Venkatasailanathan等人的\OptimalPorosityDistributionforMinimizedOhmicDropAcrossaPorousElectrode.\JournalofTheElectrochemicalSociety(2010);157(12)A1328-A1334）、要么借助于薄层技术结合3D结构化的压延方法（WO2013/009457A2）产生几何上非均匀的孔隙率。在US2004/0131934A1中推荐，在活性材料层中产生由活性材料颗粒构成的中孔性附聚，所述活性材料颗粒基本上或者仅仅作为纳米粒子存在。由此具有大表面和高电化学动力学的三维网状框架应当被得到。类似的建议由US2008/0038638得到。因此应当通过在多孔的导电基体中封装阳极的活性材料颗粒来实现较高的孔隙率。所述多孔的基体此外用于补偿在充电过程期间在Li离子嵌入时显著的容积提高。出于相同的原因，在US2008/0096110A1中建议，将阳极的对于容积变化特别易受影响的活性材料置入到由导电材料构成的多孔衬底的孔隙中。所述衬底例如是由镍、铜或者钛构成的金属海绵或者碳浸渍的织物或者纸。在此在活性材料层中设置的结构或多或少地是易损的并且不或者仅以受限制的功能性经受住压延。但是不能放弃压延，以便可以在电极制造时遵守期望的高的容积能量密度和预先给定的非常小的制造公差。活性材料层的另一实施在US2010/0035141A1中被描述，从中还已知这种类型的锂离子电池。在此情况下，在活性材料层中，除了活性材料粒子和电解质外还包含其他成分，以下尤其是具有小于20μm的最大尺寸的空心的球形的或者长形的颗粒。所述空心的颗粒被称作“渗滤添加剂”。所述空心的颗粒由空心的微球体或者空心纤维组成，所述空心的微球体或者空心纤维由玻璃、陶瓷或者塑料构成。此外为了改善电导率，活性材料层包含小的碳粒子、所谓的导电炭黑。即使作为渗滤添加剂添加的颗粒具有小的颗粒大小，所述作为渗滤添加剂添加的颗粒使活性材料颗粒的致密堆积松散。此外，颗粒的空腔还可以用作储热器。因此，通过在活性材料层中使用这样的扩散添加剂，可以即使在高份额的活性材料的情况下也维持高的离子移动性，并且可以保证好的吸热。在US2012/0094173A1中描述用于锂离子二次电池组的由大孔石墨构成的电极材料。总表面的微孔隙份额处于0至0.74之间。此外，两个特定的拉曼（Raman）吸收带彼此的面积比被定义，其中所述面积比应当代表石墨化度。大孔的石墨的制造在使用SiO2模板的情况下通过模板方法实现。所述模板通过SiO2颗粒的压制成型，所述SiO2颗粒以湿化学方式被产生。石墨化温度是相对低的；所述石墨化温度处于900和1500℃之间。为了制造锂离子电池组电池的负电极，大孔的石墨与活性材料、胶合剂和导电剂一起被压印在铜箔上。技术任务提出在此作为渗滤添加剂添加的多孔颗粒如活性材料的“稀释”那样起作用；所述多孔颗粒原则上减少容积的能量密度。所述颗粒要么如此地硬，使得所述颗粒容易地在压延时经受住挤压力（例如由玻璃或者陶瓷构成的空心体），要么所述颗粒是软的和可塑地可变形的（例如由塑料构成的空心球体），但是其孔隙率在挤压时降低。对于锂离子电池尤其在其重量的和容积的能量密度和成本低的并且可再生的制造方面存在持续的改善需求。在此确保，活性材料层的期望的特性不以不本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于具有电极的二次电池组的锂离子电池，具有活性材料层，在所述活性材料层中包含与非水电解质和粒子状的多孔添加剂接触的活性材料颗粒，其特征在于，多孔的碳粒子被用作添加剂，所述碳粒子的孔隙率处于50%和95%之间的范围中，并且所述碳粒子具有以流体方式彼此连接的大孔隙，所述大孔隙由具有5至500nm范围中的平均壁厚的碳壁限制。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.06.12 DE 102013106114.11.用于具有电极的二次电池组的锂离子电池，具有活性材料层，在所述活性材料层中包含与非水电解质和粒子状的多孔添加剂接触的活性材料颗粒，其特征在于，多孔的碳粒子被用作添加剂，所述碳粒子的孔隙率处于50%和95%之间的范围中，并且所述碳粒子具有以流体方式彼此连接的大孔隙，所述大孔隙由具有5至500nm范围中的平均壁厚的碳壁限制。
2.按照权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述碳粒子的孔隙率处于70至90%的范围中。
3.按照权利要求1或2所述的锂离子电池，其特征在于，所述碳壁具有在10至100nm范围中的平均壁厚。
4.按照上述权利要求之一所述的锂离子电池，其特征在于，所述多孔的碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：C诺伊曼，J贝克，S皮汉，M奥特，
申请(专利权)人：赫罗伊斯石英玻璃股份有限两合公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE