制备电极材料的方法技术

本发明专利技术涉及制备电极材料（1）的方法，包括以下步骤：a.提供由粘合剂（5）和溶剂（7）组成的混合物（3），b.在混合装置（11）中预先加入并且搅动粉末状活性材料（9），该活性材料优选包含锂，c.将混合物（3）添加到混合装置（11）中，其中将粉末状活性材料（9）用粘合剂（5）涂覆，从而得到经涂覆的颗粒（13），和d.任选至少部分地从经涂覆的颗粒（13）除去溶剂（7），从而得到电极材料（1）的颗粒。此外，本发明专利技术涉及电池组和该电池组的用途。

Method of preparing electrode materials

【技术实现步骤摘要】
制备电极材料的方法
本专利技术涉及一种制备电极材料的方法，该方法包括提供混合物，在混合装置中预先加入和搅动粉末状活性材料和添加所述混合物。此外，本专利技术涉及包含所述电极材料的电池组和这种电池组的用途。
技术介绍
锂离子电池组的特征尤其在于非常高的比能量和极低的自放电。锂离子电池组具有至少一个正电极和至少一个负电极（阴极和阳极），其中在电池组的充电和放电期间，锂离子从一个电极迁移到另一个电极。对于锂离子的传输，需要所谓的锂离子导体。作为锂离子导体，可以使用液体电解质或固体电解质。锂离子电池组可以封装在包装中。例如，铝复合薄膜可以用作包装。这样包装的电池组由于其软包装也称为软囊或软包。除了软包-包装设计外，坚固金属外壳也用作包装，例如以深拉或压制的外壳部件的形式。在这种情况下，称为坚固外壳或硬壳。锂离子电池组包括电极，锂离子导体和形成电连接的电流导体。电流导体也可以称为集电器，其通常设计为铜箔或铝箔。电极通常基于溶液或分散体（所谓的浆料）来制备。将浆料通过涂覆方法施加到相应的电流导体（该电流导体通常设计为金属箔）上，并且在随后的干燥过程中干燥。这里，所使用的溶剂或分散体的液体通过热输入或在真空方法中降低压力而从施加的浆料中除去，由此也调节电极的孔隙率。基于不同粒度的粉末状原料，可以在不同的混合器和/或搅拌器中制备所述浆料。取决于粉末状物质，这些方法非常耗时。双螺杆挤出机可以用于混合粉末状原料，这缩短混合时间。所述粉末状原料包含用于制备阴极的活性材料，如锂-镍-锰-钴-氧化物（NCM），并且除了活性材料还可以包含各种传导添加剂，如石墨和导电炭黑，以及也可以称为胶粘剂的粘合剂。为了制备阴极材料，根据所使用的粘合剂，使用对健康有害的溶剂。用于制备电极材料的混合方法力图实现由粘合剂组成的颗粒的最佳分布，以便在接下来的涂覆步骤和压制步骤（特别是轧光步骤）中，通过压力和热的作用将电极材料结合在电流导体上并且将电极材料的颗粒彼此结合以形成电极层。因此，混合方法的质量直接影响所制备的电极的机械和电化学性能。除了浆料方法之外，还使用所谓的干燥涂覆方法，在该方法中不使用溶液-和分散液体。这里，将粉末状原料干燥混合，然后在辊制/轧制方法中加工成独立的膜。将该膜层压到电流导体上，该电流导体通常设计为金属箔。US2015/0303481A1涉及一种干燥涂覆方法，并且涉及一种能量存储器装置，其中阴极和/或阳极由聚四氟乙烯（PTFE）-复合材料粘合剂构成，并且包含聚偏氟乙烯（PVDF），一种PVDF共聚物和/或聚氧化乙烯（PEO）。为了解聚（Deagglomerieren）和混合聚合物颗粒，使用喷射磨机。US2013/0295451A1描述了一种固态电池组电极，其由锂离子导体、活性材料和固体电解质形成，其中颗粒包含多个锂离子导体和多个活性材料。此外，公开了一种制备所述颗粒的方法，该方法包括颗粒与固体电解质的混合步骤。US2007/0003836A1的主题是电极的复合材料颗粒，其中在造粒步骤中将传导添加剂和粘合剂与由电极活性材料组成的颗粒紧密接触。
技术实现思路
本专利技术提出了一种制备电极材料的方法，包括以下步骤：a.提供由粘合剂和溶剂组成的混合物，b.在混合装置中预先加入并且搅动粉末状活性材料，该活性材料优选包含锂，c.将所述混合物添加到混合装置中，其中将所述粉末状活性材料用所述粘合剂涂覆，从而得到经涂覆的颗粒，和d.任选至少部分地从经涂覆的颗粒除去所述溶剂，从而得到所述电极材料的颗粒。首先，由粘合剂和溶剂制备混合物，该混合物可以是溶液和/或分散体。在混合装置中预先加入并且搅动（特别是混合）粉末状活性材料，该活性材料以干燥的形式存在，优选其水分含量小于100ppm，特别是水分含量小于20ppm。所述活性材料包括例如锂-镍-锰-钴-氧化物（NCM），锂-镍-钴-铝-氧化物（NCA），锂-锰-氧化物（LMO），磷酸铁锂（LFP），锂-钴（III）-氧化物（LCO），钛酸锂（LTO），硅和/或石墨。所述活性材料优选由NCM111组成。向位于混合装置中的粉末状活性材料添加所述混合物，特别是通过喷入，其中至少使得包含在混合物中的粘合剂位于所述粉末状活性材料的表面上，并且将其至少部分地包覆，这也可以称为涂覆。由此形成的经涂覆的颗粒优选具有薄的粘合剂层。该粘合剂层的厚度优选为1nm至1000nm，更优选1nm至100nm。优选地，将所述溶剂至少部分地在混合装置中从经涂覆的颗粒中除去。该除去可以通过气流或施加负压来实现。优选地，在步骤c）中添加混合物的过程中，在混合装置中存在小于1bar的压力。进一步优选地，在添加混合物时已经至少部分地将溶剂从所述混合物和/或从经涂覆的颗粒中除去，特别是通过在气流中蒸发。通过在与粉末状活性材料接触之前或接触时直接除去溶剂，也可以使用通常表现出与粉末状活性材料的负面相互作用的溶剂。与活性材料位于溶剂中的浆料方法相反，在根据本专利技术的方法中，粉末状活性材料与溶剂（特别是以雾的形式存在）仅仅短时间接触。替代地，可以从混合装置中移出经涂覆的颗粒，然后至少部分地从经涂覆的颗粒中除去溶剂，从而得到电极材料的颗粒。所述溶剂优选是有机溶剂。优选地，所述溶剂包含丙酮，N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP），乙腈，乙醇，碳酸亚丙酯（PC），碳酸亚乙酯（EC），碳酸二乙酯（DEC），碳酸二甲酯（DMC），碳酸甲乙酯（EMC），四氢呋喃（THF）或它们的混合物，以及任选的锂盐如LiPF6，LiTFSI和/或LiClO4。特别优选地，所述溶剂具有电池组电解质的组成。例如，所述溶剂在含有30体积％EC和70体积％EMC的液体中含有1mol/LLiPF6。如果在待制造的电池组中使用的电解质已经用作在制备电极材料时的溶剂，则可以至少部分地不用除去溶剂，或者只需要除去少量的溶剂。在所述溶剂没有包含后来的电池组电解质的所有成分的情况下，在电极的后续制备中可以添加电解质的其他成分（例如导电盐、导电性聚合物或液体电解质）。当使用液体电解质时，在电池组的电解质填充时通过添加其他电解质成分也可以实现最佳的电解质含量。此外，可以将所述电极材料的颗粒和/或经涂覆的颗粒附聚（agglomerieren），优选在混合装置中或在随后的附聚步骤中。电极材料的颗粒和/或经涂覆的颗粒的附聚可以在后续的方法步骤中通过流化层喷雾附聚、流化层喷雾造粒或高剪切造粒进行。在这种情况下，由电极材料的每个颗粒和/或经涂覆的每个颗粒形成附聚物，这些附聚物更适合于在接下来的工艺步骤中输送和在接下来的工艺步骤中处理。所述混合装置可以包括搅拌器。在混合装置包括搅拌器的情况下，根据剪切输入，可以调节粘合剂的形状。例如，PTFE在剪切下表现出薄纤丝（Fibrillen）的形式，其有助于加强电极材料的材料复合。优选地，所述粉末状活性材料以流化层的形式存在于混合装置中，特别是在将混合物喷入时。因此，所述混合装置优选是流化层设备。流化层（其也被称为流化床）是指固体颗粒的料堆（Schüttung），其通过流体向上流动而处于流化状态，其中所述料堆具有类流体的性质。流体可以是例如惰性气体，如氮气，氩气及其混合物，优选干燥气体如纯度大于99.99％的氮气和氩气。通过使用流化层，可以使得粉末状活性材料特别好地充分混合，因为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.制备电极材料（1）的方法，包括以下步骤：a. 提供由粘合剂（5）和溶剂（7）组成的混合物（3），b. 在混合装置（11）中预先加入并且搅动粉末状活性材料（9），该活性材料优选包含锂，c. 将混合物（3）添加到混合装置（11）中，其中将粉末状活性材料（9）用粘合剂（5）涂覆，从而得到经涂覆的颗粒（13），和d. 任选至少部分地从经涂覆的颗粒（13）除去溶剂（7），从而得到电极材料（1）的颗粒。

【技术特征摘要】
2018.01.23 DE 102018200977.51.制备电极材料（1）的方法，包括以下步骤：a.提供由粘合剂（5）和溶剂（7）组成的混合物（3），b.在混合装置（11）中预先加入并且搅动粉末状活性材料（9），该活性材料优选包含锂，c.将混合物（3）添加到混合装置（11）中，其中将粉末状活性材料（9）用粘合剂（5）涂覆，从而得到经涂覆的颗粒（13），和d.任选至少部分地从经涂覆的颗粒（13）除去溶剂（7），从而得到电极材料（1）的颗粒。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，至少部分地将溶剂（7）在混合装置（11）中从经涂覆的颗粒（13）除去。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将溶剂（7）借助气流（17）除去。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，粉末状活性材料（9）在混合装置（11）中以流化层（15）的形式存在。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，活性材料（9），特别是在步骤c）之前，以用电子传导添加剂涂覆的形式存在。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤c）中添加混合物（3）的过程中，在混合装置（11）中的压力为小于1bar。7.根据前述权利要求中任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：C朱斯特，D科赫，L鲍姆盖尔特纳，M巴布林，
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