形成能量存储器的方法技术

在各种实施方案中，可提供一种形成能量存储器(200、300、400、500、600)的方法，所述能量存储器(200、300、400、500、600)具有：阳极(1012)和阴极(1022)，所述阳极(1012)具有：具有第一化学势的活性阳极材料(1012a)；所述阴极(1022)具有：包括铝的箔(302)；包括锂的活性阴极材料，其中所述活性阴极材料具有不同于第一化学势的第二电化学势；保护材料(304)，其由气相形成并以流体密封的方式将活性阴极材料与箔(302)隔离，所述方法包含：用包括活性阴极材料和质子性溶剂的混合物涂覆箔(302)；从已涂覆箔(302)的混合物提取溶剂以形成包括活性阴极材料的固体层。

The method of forming energy memory

【技术实现步骤摘要】
形成能量存储器的方法相关申请的交叉引用本申请要求2019年11月16日提交的德国申请102018128902.2和102018128901.4以及2018年8月8日提交的德国申请102018006255.5的优先权，其中每一个的整体都通过引入全部并入本文。
本公开内容涉及一种方法。
技术介绍
在能量存储器(例如蓄电池)中使用的以及例如用于接触连接或者用于传导电流的材料或者部件可能由于从悬浮液中施涂活性材料而遭受化学侵蚀的风险。悬浮液的反应性越高，这种风险越高。在特别侵蚀性的悬浮液例如碱的情况下，可能不再是所有材料都直接适用的情况。常规的锂离子电池(LIB)例如由两个不同的活性电极材料层组成，每个活性电极材料层具有不同的活性材料(来自活性阳极材料和活性阴极材料)。活性电极材料层已各自被施涂到集流体上并通过隔离物彼此隔离，并且已用填充电池中的孔隙的(固体或液体)电解质彼此面对地组装。LIB活性电极材料层通常由所谓的粉浆(slip)(也称为浆料)制备，即由液相制备。为了形成浆料，将活性电极材料层的固体成分(活性材料、粘合剂、导电添加剂等)与溶剂混合在一起，然后将其施涂到用作电池中的集流体的基底上。然后，不得不通过所谓的干燥区将溶剂再次从施涂到集流体上的粉浆中排出(蒸发出)，以使其固化。然而，由于与LIB电极的形成相关的大量需求，可用于形成浆料的溶剂非常有限。因此，溶剂通常应该对电极和基底的成分是惰性的(即，没有化学变化)，并且所用的粘合剂应该在其中具有良好的溶解性，应该理想地具有高蒸气压和低沸点(用于快速蒸发)，并且应该防止浆料中的固体电极成分的团聚和沉降，并且能够在疏水性金属基底上良好地润湿。由于这些需求，特别是对于由含锂活性材料制备LIB阴极，通常使用非质子性的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)作为溶剂。相反，避免不阻止例如锂离子浸出的其它溶剂，例如质子性溶剂。
技术实现思路
在各种实施方案中，已经认识到，NMP具有高毒性和生殖毒性，并怀疑有致癌性，释放易燃气体，并在采购和使用中导致高成本，例如这是由于能够处理NMP的复杂制造环境，例如低水制造环境、在干燥区中的抽气和/或回收蒸发的NMP等。在各种实施方案中，以说明性方式提供了NMP的替代物，例如水或醇。这同样提供了LIB电极的完全干燥生产的替代方案，其成本高且结果较差。在各种实施方案中，如果NMP或水作为溶剂被处理，省去低水制造环境是可能的。在这方面，已经认识到，例如，由于活性材料的浸出(特别是对于阴极，锂的洗出)和基底(例如铝箔)的腐蚀，使用水或醇作为用于制备LIB电极的浆料的溶剂是困难的。另外，与NMP相反，水和醇是质子性溶剂，因此可能存在活性材料颗粒在混合后趋于团聚的风险，并且在疏水性金属集流体箔上的粉浆的润湿会变差。铝确实形成天然氧化物层。然而，使用水和/或醇的效果是，活性材料的成分(例如锂)可转移到水中，然后其变成碱性。由此形成的碱性液相在超过或大于大于约>8.5的pH时侵蚀天然氧化物层，并且在其失效后，碱性水与金属铝反应，从而腐蚀铝。腐蚀可根据以下表达式进行：Al2O3+2OH-+3H2O->2[Al(OH)4]-2Al+2OH-+6H2O->2[Al(OH)4]-+3H2[Al(OH)4]-反应产物可溶于水，这意味着天然氧化物层或铝进一步与水逐渐反应，并且形成的反应产物溶解于其中，这被认为进一步促进腐蚀。说明性地，在各种实施方案中已经认识到，与铝的天然氧化物(例如氧化铝)相比，具有对碱性环境更高的耐化学性的保护层有利于水和/或醇的使用。说明性地，具有保护层的铝箔与碱性液相相比反应性较低，因此其可以用作能量电池(例如高能电池)中的集流体而不会过快腐蚀。在各种实施方案中，可提供一种形成能量存储器的方法，所述能量存储器具有：阳极和阴极，所述阳极具有：具有第一化学势的活性阳极材料(例如电化学活性阳极材料)、任选的包括铜(例如，和/或涂覆有活性阳极材料)的箔；所述阴极具有：包括铝的箔；包括锂的活性阴极材料(例如电化学活性阴极材料)(也称为含锂活性阴极材料)，其中所述活性阴极材料具有不同于第一化学势的第二电化学势；保护材料，其由气相形成并以流体密封的方式将活性阴极材料与箔隔离，所述方法包括：用包括活性阴极材料和质子性溶剂的混合物涂覆箔；从已涂覆箔的混合物提取溶剂以形成包括活性阴极材料的固体层。在各种实施方案中，为了更简单地理解，下文参考活性阴极材料(也称为阴极活性材料)和活性阳极材料(也称为阳极活性材料)。所述活性阴极材料可任选地已提供或提供为层或涂层(或其一部分)(也称为活性阴极材料层)。可选地或额外地，活性阳极材料可已提供或提供为层或涂层(或其一部分)(也称为活性阳极材料层)。相应的活性阳极/阴极材料层可包括合适的活性阳极/阴极材料和任选的粘合剂和/或任选的一种或多于一种导电添加剂。下文给出的关于活性阳极材料的描述可类似适用于活性阳极材料层，且关于活性阴极材料的描述可类似适用于活性阴极材料层。例如，可提供形成能量存储器的方法，所述能量存储器具有：阳极和阴极，所述阳极具有：具有第一化学势的活性阳极材料层、任选的包括铜(例如，和/或涂覆有活性阳极材料)的箔；所述阴极具有：包括铝的箔；包括含锂活性阴极材料的活性阴极材料层，其中所述活性阴极材料层具有不同于第一化学势的第二电化学势；保护材料，其由气相形成并以流体密封的方式将活性阴极材料层与箔隔离，所述方法包括：用包括活性阴极材料和质子性溶剂以及任选的粘合剂和/或任选的一种或多于一种导电添加剂的混合物涂覆箔；从已涂覆箔的混合物提取溶剂以形成包括活性阴极材料的固体层。附图说明在附图中，在所有不同的视图中，类似的附图标记通常指的是相同的部件。附图不一定按比例，而是通常将重点放在说明所公开的实施方案的原理上。在以下描述中，参考以下附图描述了各种实施方案，其中图1A和图1B分别以示意性流程图示出了根据各种实施方案的方法；和图2、图3和图4分别以示意性侧视图和示意性剖视图示出了各种实施方案中的能量存储器；和图5和图6分别以示意性侧视图和示意性剖视图示出了各种实施方案中的能量存储器。具体实施方式在以下详细描述中，参考了附图，所述附图形成本描述的一部分并且其中为了说明的目的示出了其中可以执行本公开内容的具体实施方案。在这方面，方向性术语(例如“在顶部”、“在底部”、“在前部”、“在后部”、“前部”、“后部”等)是参照所描述附图的取向来使用的。由于实施方案的部件可以以多个不同的取向定位，因此方向性术语用于说明的目的而绝不是限制。显然，在不背离本公开内容的保护范围的情况下，可以使用其他实施方案并且可以进行结构或逻辑改变。显然，除非另外特别说明，否则本文通过实施例的方式描述的各种实施方案的特征可以彼此组合。因此，以下详细描述不应以限制性方式解释，且本公开内容的保护范围由所附权利要求书限定。在本描述的过程中，术语“连接”和“耦合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种形成能量存储器(200、300、400、500、600)的方法，所述能量存储器(200、300、400、500、600)具有：/n阳极(1012)和阴极(1022)，/n所述阳极(1012)具有：/n具有第一化学势的活性阳极材料(1012a)；/n所述阴极(1022)具有：/n包括铝的箔(302)；/n包括锂的活性阴极材料，/n其中所述活性阴极材料具有不同于第一化学势的第二电化学势；/n保护材料(304)，其由气相形成并以流体密封的方式将活性阴极材料与箔(302)隔离，/n所述方法包含：/n用包括活性阴极材料和质子性溶剂的混合物涂覆箔(302)；/n从已涂覆箔(302)的混合物提取溶剂以形成包括活性阴极材料的固体层。/n

【技术特征摘要】
20180808 DE 102018006255.5;20181116 DE 102018128901.一种形成能量存储器(200、300、400、500、600)的方法，所述能量存储器(200、300、400、500、600)具有：
阳极(1012)和阴极(1022)，
所述阳极(1012)具有：
具有第一化学势的活性阳极材料(1012a)；
所述阴极(1022)具有：
包括铝的箔(302)；
包括锂的活性阴极材料，
其中所述活性阴极材料具有不同于第一化学势的第二电化学势；
保护材料(304)，其由气相形成并以流体密封的方式将活性阴极材料与箔(302)隔离，
所述方法包含：
用包括活性阴极材料和质子性溶剂的混合物涂覆箔(302)；
从已涂覆箔(302)的混合物提取溶剂以形成包括活性阴极材料的固体层。


2.如权利要求1所述的方法，
其中所述保护材料(304)对碱性环境的化学稳定性大于氧化铝。


3.如权利要求1或2所述的方法，
其中与混合物发生化学反应所处的混合物的pH对于所述保护材料(304)而言大于对于氧化铝。


4.如权利要求1或2所述的方法，
其中所述混合物的pH大于约8。


5.如权利要求1或2所述的方法，
其中所述溶剂是水。


6.如权利要求1或2所述的方法，
其中所述溶剂包含醇类有机化合物。


7.如权利要求1或2所述的方法，
其中所述箔(302)...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克·菲卢夫，马库斯·皮维科，
申请(专利权)人：冯·阿登纳资产股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE