用于锂离子电池单格的电极制造技术

本发明专利技术涉及一种用于锂离子电池单格(12)的电极(2a,2b)，其具有薄膜式基底(4)、在基底(4)的第一侧(6a)上的第一覆层(8a)和在基底(4)的第二侧(6b)上的第二覆层(8b)，其中，第一覆层(8a)具有比第二覆层(8b)更大的层厚，并且/或者其中，第一覆层(8a)具有比第二覆层(8b)更大的密度。此外，本发明专利技术涉及一种用于制造这样的电极(2a,2b)的方法和装置(32)。此外，本发明专利技术涉及一种具有如此构造的阳极(2a)和如此构造的阴极(2b)的锂离子电池单格(12)，以及一种锂离子电池单格(12)的运行方法。一种锂离子电池单格(12)的运行方法。一种锂离子电池单格(12)的运行方法。

【技术实现步骤摘要】
用于锂离子电池单格的电极


[0001]本专利技术涉及一种用于锂离子电池单格的电极，其基底在两侧分别设有覆层。

技术介绍

[0002]电驱动的机动车通常具有牵引电池(高压电池，HV电池)，该牵引电池以能量供给用于驱动机动车的电动机。在此，电驱动的机动车尤其是指仅将对于驱动必要的能量存储在牵引电池中的电动车辆(BEV，battery electric vehicle)、具有增程器的电动车辆(REEV，range extended electric vehicle)、混合动力车辆(HEV，hybrid electric vehicle)、插电式混合动力车辆(PHEV，plug
‑
in hybrid electric vehicle)和/或将借助于燃料电池产生的电能暂存在牵引电池中的燃料电池车辆(FCEV，fuel cell electric vehicle)。
[0003]牵引电池通常设计为锂离子电池。这样的锂离子电池包括一定数量的锂离子电池单格，所述锂离子电池单格例如联合成电池模块(单格模块)。在此，锂离子电池单格和/或电池模块彼此串联和/或并联地互连，使得牵引电池可提供一定的电压或一定的电池电流。
[0004]锂离子电池单格(其接下来也简称为电池单格)中的每个包括一定数量的阳极和阴极。这些阳极和阴极例如相叠地堆叠，其中，在阴极与阳极之间分别引入有隔板。在此，阳极中的每个和阴极中的每个由薄膜式基底形成，该基底设有具有活性材料的覆层。
[0005]电池单格可满足不同的目的。如此，电池单格可设置和设立成提供或容纳相对较高的电流和/或相对较高的功率。为此，在这些电池单格的阳极和阴极中，施加到相应的基底上的覆层的层厚、其密度相对较小。例如，这样的高功率电池单格具有在80与100Wh/kg之间的能量密度和在2000与4000W/kg之间的功率密度。这样的电池单格也称为高功率电池单格(High
‑
Power
‑
Cell)。与此相比，电池单格可构造为所谓的高能量电池单格(High
‑
Energy
‑
Cell)，其具有相对较大的容量或能量密度，为此但具有相对较小的功率密度。例如，这样的电池单格具有在150与200Wh/kg之间的能量密度和在200与400W/kg之间的功率密度。为此，层厚及其密度相应较大地选择。
[0006]高能量电池单格具有如下缺点，即，相对较高的电流例如在回收过程中有利于所谓的锂电镀(Lithium
‑
Plating)，即用于金属锂在阳极处沉积。而高功率电池单格相对昂贵。此外，高功率电池单格具有比高能量电池单格更小的能量密度，使得机动车的续航里程降低。
[0007]如果机动车既具有高能量电池单格又具有高功率电池单格，则可将高能量电池单格联合成一个模块或多个模块并且将高功率电池单格联合成一个或多个与这些模块分开的模块。然后，电池管理系统根据需求激活不同的模块。例如，当相对较高的电流应由牵引电池提供或供应给该牵引电池时，激活具有高功率电池单格的一个模块或多个模块。不利地，这些模块否则切换为非激活，尤其切断或关掉。

技术实现思路

[0008]本专利技术目的在于，提供一种特别合适的用于锂离子电池单格的电极。尤其地，应借助该电极实现提供相对较高的功率和相对较高的容量。此外，应说明一种用于制造这样的电极的装置和方法。此外，应说明一种具有这样的电极的锂离子电池单格以及一种用于运行具有这样的电极的锂离子电池单格的方法。
[0009]关于电极，该目的通过根据本专利技术的电极来实现，在锂离子电池单格和其用于运行的方法方面通过根据本专利技术的锂离子电池单格或根据本专利技术的用于运行锂离子电池单格的方法来实现。在用于制造电极的方法和装置方面，该目的通过根据本专利技术的用于制造电极的方法和装置来实现。
[0010]电极设置和设立用于锂离子电池单格。为此，电极包括薄膜式基底，该薄膜式基底适宜地构造为金属箔。如果电极是阳极，则适宜地将铜箔用作基底。如果电极是阴极，则适宜地将铝箔用作基底。
[0011]在基底的第一侧上布置、尤其施加有第一覆层。此外，在基底的第二侧上布置、尤其施加有第二覆层。
[0012]因为基底薄膜式地构造，所以该基底具有如下厚度，该厚度显著小于在与此垂直的方向上的延展。例如，基底的厚度介于2μm与50μm之间、尤其5μm与20μm之间、优选地5μm与15μm之间。而基底在与此垂直的方向上的延展为数毫米亦或数厘米。基底的第一侧和基底的第二侧在此和接下来是指垂直于厚度方向定向的这样的侧面。基底的第一侧和第二侧是指基底的具有最大面积的这样的面。第一侧和平行于该第一侧伸延的第二(基底)侧即分别形成基底的底面，第一覆层或第二覆层施加在所述底面上。
[0013]总而言之，基底布置在第一覆层与第二覆层之间。换言之，基底在两侧分别设有两个覆层中的一个。
[0014]第一覆层和第二覆层(即所施加的层)适宜地具有活性材料、粘合剂以及导电剂，例如石墨或导电炭黑。如果电极是阳极，则活性材料例如是石墨、石墨烯、所谓的硬碳纳米管或软碳纳米管，或锂离子可被嵌入到其中或从其中脱嵌的氧化钛。此外，活性材料可包含硅。如果电极是阴极，则活性材料例如是镍钴铝酸锂(NCA)、磷酸铁锂(LFP)、镍锰钴酸锂(NMC)、钛酸锂(LTO)、锰酸锂(LMO)、镍锰酸锂(LMNO)、钴酸锂(LCO)、LiFeSO4F或LiTiS2。
[0015]总而言之，如果电极构造为阳极，则第一覆层和第二覆层借助用于阳极的活性材料构造。与此类似，如果电极构造为阴极，则第一覆层和第二覆层借助用于阴极的活性材料构造。
[0016]根据本专利技术，第一覆层具有比第二覆层更大的层厚。例如，第一覆层的层厚大于第二覆层的层厚的1.2倍、尤其1.5倍。例如，第一覆层的层厚介于第二覆层的层厚的1.2与5倍之间、尤其1.5与3倍之间、适宜地1.8与2.5倍之间。例如，第一覆层的层厚介于50μm与100μm之间、适宜地60μm与75μm之间。第二覆层的层厚例如介于20μm与50μm之间、适宜地30μm与40μm之间。
[0017]备选于第一覆层和第二覆层的不同层厚或优选地附加于此，第一覆层具有比第二覆层更大的密度。
[0018]如果电极构造为阳极，则第一覆层的密度例如介于1.4g/cm3与2.0g/cm3之间，并且/或者第二覆层的密度例如介于0.9g/cm3与1.3g/cm3之间。如果电极构造为阴极，则第一
覆层的密度例如介于2.3g/cm3与4.0g/cm3之间、尤其3.0g/cm3与3.6g/cm3之间。第二覆层的密度例如介于1.9g/cm3与3.0g/cm3之间、尤其2.3g/cm3和2.9g/cm3之间。
[0019]由于第一覆层的相对较高的密度和/或由于其相对较高的层厚，借助该第一覆层实现相对较高的能量密度或容量。此外，由于第二覆层的相对较低的密度和/或由于其相对较小的层厚，实现相对较高的功率密度。总而言之本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于锂离子电池单格(12)的电极(2a,2b)，其具有
‑ꢀ
薄膜式基底(4)，
‑ꢀ
在所述基底(4)的第一侧(6a)上的第一覆层(8a)，和
‑ꢀ
在所述基底(4)的第二侧(6b)上的第二覆层(8b)，
‑ꢀ
其中，所述第一覆层(8a)具有比所述第二覆层(8b)更大的层厚，并且/或者
‑ꢀ
其中，所述第一覆层(8a)具有比所述第二覆层(8b)更大的密度。2.根据权利要求1所述的电极(2a,2b)，其特征在于，所述基底(4)具有用于与第一接触端子(20)接触的第一接触区段(10a)以及用于与第二接触端子(22)接触的第二接触区段(10b)。3.一种锂离子电池单格(12)，其具有根据权利要求1或2中任一项所述的阳极(2a)和具有根据权利要求1或2中任一项所述的阴极(2b)，并且/或者其中，所述阳极(2a)和所述阴极(2b)彼此相邻地布置，其中，其第一覆层(8a)或其第二覆层(8b)彼此相对而置。4. 一种用于运行锂离子电池单格(12)的方法，所述锂离子电池单格具有根据权利要求2所述的阳极(2a)、根据权利要求2所述的阴极(2b)以及具有第三接触区段(10c)的至少一个另外的电极(2c,2d)，
‑ꢀ
其中，所述阳极(2a)的第一接触区段(10a)与第一接触端子(20)连接并且所述阳极(2a)的第二接触区段(10b)与第二接触端子(22)连接，其中，所述阴极(2b)的第一接触区段(10a)与第三接触端子(24)连接并且所述阴极(2b)的第二接触区段(10b)与第四接触端子(26)连接，并且
‑ꢀ
其中，如果所述另外的电极(2c)是阳极，则其第三接触区段(10c)与所述第二接触端子(22)连接，或者其中，如果所述另外的电极(2d)是阴极，则其第三接触区段(10c)与所述第四接触端子(26)连接，
‑ꢀ
在其中，通过所述第一接触端子(20)的电流(I1)、通过所述第二接触端子(22)的电流(I2)、通过所述第三接触端子(24)的电流(I3)和通过所述第四接触端子(26)的电流(I4)尤其根据对电池电流或对单格电流的电流要求(A
I
)来调整。5.一种用于制造根据权利要求1或2所述的电极(2a,2b)的方法，
‑ꢀ
在其中，在薄膜式基底(4)的第一侧(6a)上涂覆第一覆层(8a)，
‑ꢀ
在其中，压缩所述第一覆层(8a)，
‑ꢀ
在其中，在所述薄膜式基底(4)的第二侧(6b)上施加第二覆层(8b)，
‑ꢀ
在其中，压缩所述第二覆层(8b)，
‑ꢀ
其中，在涂覆所述第一覆层(8a)时比在涂覆所述第二覆层(8b)时将更多的覆层材料涂覆到所述基底(4)上，并且/或者
‑ꢀ
其中，使所述第一覆层(8a)比所述第二覆层(8b)更强烈地压密。6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，为了压缩所述第一覆层(8a)和/或所述第二覆层(8b)，使用压延机(62)或拉拔工具(64)，所述拉拔工具具有两个彼此间隔开的鄂部(66,...

【专利技术属性】
技术研发人员：K，
申请(专利权)人：大众汽车股份公司，
类型：发明
国别省市：