用于制造阴极的方法和电池组电池技术

本发明专利技术涉及一种用于制造用于电池组电池的阴极（22）的方法，该方法包括下列步骤：‑将具有垂直间隙（36）的结构（34）施加到排流体（32）上；‑将涂层（44）施加到结构（34）上；‑用电解质（15）填充结构（34）中的垂直间隙（36）。本发明专利技术还涉及一种电池组电池（2），其包括至少一个按照根据本发明专利技术的方法制造的阴极（22）。

【技术实现步骤摘要】
用于制造阴极的方法和电池组电池
本专利技术涉及一种用于制造用于电池组电池的阴极的方法。本专利技术还涉及一种电池组电池，其包括至少一个按照根据本专利技术的方法制造的阴极。
技术介绍
电能可以借助于电池组来储存。电池组将化学反应能转换成电能。在此，区分一次电池组和二次电池组。一次电池组仅能一次性运行，而亦称蓄电池的二次电池组可以再次充电。在此，电池组包括一个或多个电池组电池。在蓄电池中尤其是使用基于锂的电池组电池、尤其是锂离子电池组电池。它们的特征尤其是在于高能量密度、良好的热稳定性和极小的自放电。在此，此外尤其是将锂离子电池组电池用在机动车辆中、尤其是电动车辆（ElectricVehicle，EV）、混合动力车辆（HybrideElectricVehicle，HEV）以及插电式混合动力车辆（Plug-In-HybrideElectricVehicle，PHEV）中。这样的基于锂的电池组电池具有亦称阴极的正电极和亦称阳极的负电极、以及阳极与阴极之间的隔离物。阴极以及阳极包括各一个导电的排流体，向所述排流体上分别施加活性材料。用于阴极的活性材料例如是一种或多种锂插层金属氧化物、例如镍和/或钴和/或猛氧化物、例如镍钴锰氧化物（NMC）、或者硫-聚丙烯腈复合物或者含硫材料。用于阳极的活性材料是可锂插层的材料、例如石墨和/或例如硅之类的可与锂成合金的材料和/或金属锂。锂原子被换入到阳极的活性材料中。在电池组电池的运行中、即在放电过程中，电子在外部电流回路中从阳极流动到阴极。在此，阳极处的含锂活性材料被氧化。在电池组电池内，锂离子在放电过程中从阳极移动到阴极。在电池组电池的充电过程中，锂离子从阴极移动到阳极。从US2014/0015158A1中公知了一种多层衬底，其具有金属层和由碳纳米管制成的层。该衬底尤其是用于制造用于锂离子电池组电池的电极。CN101891930公开了一种用于阴极的基于硫的、含碳纳米管的复合材料、以及一种相应制造方法。在此，碳纳米管被涂覆聚合物、尤其是用硫处理过的聚丙烯腈。从US2014/0052322A1中得知了一种二次电池组，其正电极具有导电衬底。在衬底的表面上将碳纳米管垂直地布置，使得在碳纳米管之间留下空隙。这些空隙被硫填充。碳纳米管（C纳米管）可以被垂直地定向。例如在文章“Highcapacityverticalalignedcarbonnanotube/sulfurcompositecathodes forlithium-sulfurbatteries”（Chem.Comm.,2012,48,4097页至4099页）中描述了一种用于对碳纳米管进行定向的方法。
技术实现思路
提出了一种用于制造用于电池组电池、尤其是基于锂的电池组电池的阴极的方法。在此，该方法包括多个步骤，这些步骤在下面予以列举和阐述。首先，将一结构施加到排流体上，该结构具有多个垂直间隙。在此，排流体是导电的，并且被实施成扁平膜。排流体例如由碳、铜、铝或镍制成。针对阴极的排流体也可以设想其它导电材料。施加到排流体上的结构也可以是导电的。紧接着，向施加到排流体上的结构上施加涂层。涂层的材料优选是聚合物，并且必要时包含另外的辅助物质、例如以用于改善接触。聚合物本身可以是活性材料、例如氧化还原活性聚合物、如聚噻吩、聚噻吩衍生物、含二硫化物的聚合物、聚吡咯。聚合物还可以是前体，并且在接下来的方法步骤中被进一步加工成活性材料。在涂覆以前，该材料被溶解在有机溶剂中并且在涂覆以后被蒸发。在此，涂层尤其是被施加到结构的垂直间隙中的表面上。接着，用能够传导锂离子的电解质填充施加到排流体上的结构中的垂直间隙。结构中的垂直间隙的表面已经配备有涂层。因此，电解质在填充到结构的垂直间隙中以后与所施加的涂层贴合。根据本专利技术的一个优选扩展方案，施加到排流体上的结构至少很大程度上由碳制成。该结构尤其是具有亦称C纳米管的碳纳米管。根据本专利技术的一个优选改进方案，施加到排流体上的结构中的碳纳米管（C纳米管）在施加涂层以前以垂直方向定向。在此上下文中，将如下方向称为垂直方向：该方向与排流体的表面成直角地定向，该结构被施加到该排流体上。碳纳米管（C纳米管）可以以不同大小、以不同长度和不同直径可用。施加到排流体上的结构中的碳纳米管优选地具有10μm和200μm（微米）之间的长度。另外，施加到排流体上的结构中的碳纳米管优选地具有3nm和100nm（纳米）之间的直径。根据本专利技术的一个优选扩展方案，施加到该结构上的涂层包含聚丙烯腈（PAN）。在此，聚丙烯腈在涂覆以前被溶解在有机溶剂中，并且在涂覆以后被蒸发。根据本专利技术的一个有利的改进方案，施加到该结构上的包含聚丙烯腈的涂层被施加硫蒸气。通过施加硫蒸气，在250°C和550°C之间的提高的温度下发生涂层中包含的聚丙烯腈反应成硫-聚丙烯腈复合物（SPAN）。被施加到具有碳纳米管的结构上的涂层在该反应以后因此包含硫-聚丙烯腈复合物。所述硫-聚丙烯腈复合物是一种用于阴极的阴极活性材料。根据本专利技术的一个有利的扩展方案，电解质在填充施加到排流体上的结构中的垂直间隙时处于液态。液体电解质可以相对简单地被置入到结构的垂直间隙中，并且在填充以后与施加在结构的垂直间隙中的涂层的表面近似完全贴合。可以向电解质附加地添加粘合剂。根据本专利技术的一个优选扩展方案，电解质在填充施加到排流体上的结构中的垂直间隙时作为固体存在，也就是说，间隙用固体电解质填充。在此，电解质例如被实施成传导锂离子的聚合物电解质。作为固体存在的电解质例如在镀层过程中被施加到已施加到该结构上的涂层上，并且在此被置入到该结构的表面已配备有涂层的垂直间隙中。另外提出了一种电池组电池，所述电池组电池包括至少一个根据所描述的根据本专利技术的方法制造的阴极。在此，根据本专利技术的电池组电池优选地还包括锂金属阳极以及隔离物，所述隔离物将根据本专利技术的方法制造的阴极与锂金属阳极隔开。为了制造根据本专利技术的电池组电池，首先通过刮刀将隔离物层施加到根据本专利技术的方法制造的阴极上。隔离物层的材料优选地是聚苯乙烯聚氧化乙烯嵌段共聚物（PS-b-PEO）。隔离物层还包括一种导电盐、例如双三氟甲基磺酰亚胺锂（LiTFSI）。隔离物层在这种情况下也充当电解质。但是也可以使用其它隔离物和液体电解质。一般而言，隔离物可以由下列材料构成：多孔聚合物和由溶剂和锂盐以及必要时另外的辅助物质制成的液体电解质；和/或陶瓷锂离子导体和/或由例如聚环氧乙烷(PEO)、PS-b-PEO之类的聚合物和锂盐以及必要时另外的辅助物质制成的固体导体。接着向被施加到根据本专利技术的方法制造的阴极上的隔离物层上施加阳极。在此，其优选地是锂金属阳极。根据本专利技术的电池组电池有利地应用在电动车辆（EV）中、混合动力车辆（HEV）中、插电式混合动力车辆（PHEV）中或者消费者电子产品中。其它应用也是可设想的。专利技术优点通过将导电并具有垂直间隙的结构施加到排流体上，可以在阴极中预先给定薄片式微结构。所述微结构尤其是可以在该结构具有碳纳米管时以及在该结构的碳纳米管以垂直方向定向时被有利地预先给定。由此可以在结构中实现垂直间隙的垂直和直线形的定向，所述间隙然后被填充电解质。这于是导致垂直方向上的离子传输路径的缩短。由此实现了电解质的更高有效电导率和扩散率。尤其是对于诸如常见聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造用于电池组电池（2）的阴极（22）的方法，该方法包括下列步骤：‑将具有垂直间隙（36）的结构（34）施加到排流体（32）上；‑将涂层（44）施加到所述结构（34）上；‑用电解质（15）填充结构（34）中的垂直间隙（36）。

【技术特征摘要】
2016.06.21 DE 102016211036.51.一种用于制造用于电池组电池（2）的阴极（22）的方法，该方法包括下列步骤：-将具有垂直间隙（36）的结构（34）施加到排流体（32）上；-将涂层（44）施加到所述结构（34）上；-用电解质（15）填充结构（34）中的垂直间隙（36）。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述结构（34）具有碳纳米管（C纳米管）。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述碳纳米管（C纳米管）在施加涂层（44）以前以垂直方向定向。4.根据权利要求2至3之一所述的方法，其中所述碳纳米管（C纳米管）具有10μm和200μm之间的长度以及...

【专利技术属性】
技术研发人员：M韦格纳，MM哈瑙尔，
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