用于制造锂离子蓄电池的电极的方法与流程

本发明涉及用于制造锂离子蓄电池的电极的方法。

此外，说明了用于制造锂离子蓄电池的方法，以及按照所述方法能够制造的电极和锂离子蓄电池。

背景技术：

在下文中，正如在一般的惯用语中那样，将概念“电池”通常也用于指代蓄电池。概念“单池”涉及“电池单池”或“蓄电池单池”。

为了获得在电动车辆方面的较高的有效行程，需要带有高能量材料的新的电池。在此，增多地使用基于锂的蓄电池单池，因为尤其相比于基于镍或铅的蓄电池，这些蓄电池单池此时具有在最小的重量的情况下的最大的可供支配的能量密度。尤其应用在锂电池的阳极处的高能量材料的大有前途的候选者尤其是硅以及硅复合材料。

但是，在硅作为阳极材料时示出的是，在电池单池的成形期间，也即在其电化学的第一充电期间，降解产物从电解质中沉积到硅的表面上。此层也称为SEI层（SEI，固体电解质界面膜）。SEI层导致容量的损失，因为来自活性材料中的和/或来自电解质中的锂在这些层中不可逆地化合。容量的损失也称为"第一周期损失"并且能够计为直到30%。容量的损失消极地影响电极的性能。

从DE 10 2011109 134 Al中已知一种方法，其中从老的单池中回收无损的电化学的活性材料，以便将其再次使用在新的单池中，从而使得用过的单池进行循环。在此，介绍了一种电池单池，该电池单池具有带有电化学的活性材料的电极，该活性材料通过预先确定的措施从外部来处理，例如通过SEI层的革新和/或新构造。预先确定的措施能够是：SEI层的通过机械的力作用的部分的变小，在使用溶解剂的情况下的SEI层的部分的去除或者利用带有至少一种电解质或添加剂的形成SEI层的物质的对活性材料的处理。

本发明所针对的任务在于，提供电极和锂离子蓄电池，在该电极和锂离子蓄电池中减小第一循环损失。

技术实现要素：

按照第一方面，用于制造锂离子蓄电池的电极的根据本发明的方法包括步骤：

（a）提供带有电极活性材料和LiF的前体，

（b）提供金属膜，并且

（c）将前体和金属膜拼接。

所述电极能够例如并且优选地是锂离子蓄电池的阳极。所述阳极在本发明的框架中也称为负电极。在连接至耗件、例如电动马达时，所述阳极输出电子。

所述阳极能够从任意的、对于制造锂离子阳极公知的材料来构造，该材料在成形时构造了SEI层。该阳极具有例如石墨作为阳极活性材料以及由铜形成的集电器。但是，阳极活性材料能够包括这样的每种材料，该材料输出电子并且能够产生离子流，尤其例如是锂、镁、铁、镍、铝、锌或此中的组合。作为阳极活性材料也有利的是硅、锗、其它的含碳的材料或无定形的碳或金属合金。 带有锂合金成分的混合式电极也是常用的。能够例如公知地给所述电极添加导电性添加剂和接合剂。

按照一个尤其优选的实施方式，阳极的电极活性材料包含硅或带有硅和碳的复合材料。

锂离子蓄电池的阴极在连接至耗件、例如电动马达时接收电子。所述阴极在本发明的框架中也称为正电极。所述阴极能够由任意的对于制造锂离子阳极公知的材料构造而成。所述阴极例如具有锂钴二氧化物（LiCoO₂）作为阴极活性材料和由铝形成的集电器。作为阴极活性材料合适的是氧化的材料、尤其是锂钴二氧化物（LiCoO₂）、磷酸铁锂（LiFePO₄）、锂锰氧化物尖晶石（LiMn₂O₄）或包含镍的混合氧化物。也使用镍/锰/钴/铝混合氧化物、锂-金属-磷酸化物、锰酸锂尖晶石或硫以及硫化合物。也能够并且使用从中的任意的混合物。

优选地，在根据本发明的方法中，在步骤（a）中首先提供干质量，该干质量至少包含电极活性材料和LiF。所述干质量被加工为前体（英语是precursor前体）。将干质量加工为前体优选地通过干质量的借助第一膜压延机（Folienkalander）进行的层压来进行。

优选地，在根据本发明的方法的步骤（c）中，进行借助第二膜压延机进行的前体和金属膜的层压。

按照本发明的另一个方面，用于制造锂离子蓄电池的方法包括：第一步骤，在该步骤中，执行这里所描述的用于制造锂离子蓄电池的电极的方法中的一个方法；将电极连同配合电极和电解质进一步加工为锂离子蓄电池的第二步骤；以及带有锂离子蓄电池的成形的第三步骤，在该成形中，至少部分地在加工在电极中的LiF的积聚下构造出SEI层（固体电解质界面膜Solid Electrolyte Interface）。

按照本发明的另一个方面，说明了锂离子蓄电池的电极，该电极按照之前所描述的方法中的一个方法能够被制造或已经被制造。

按照本发明的另一个方面，根据本发明的锂离子蓄电池具有这里所描述的电极中的一个。

按照本发明的另一个方面，说明了锂离子蓄电池，该锂离子蓄电池按照之前所描述的方法中的一个方法能够被制造或已经被制造。

优选地，锂离子蓄电池具有少于30%的、尤其优选地少于10%的、并且还进一步优选地少于5%的第一循环损失。

根据本发明的锂电池单池的工作方式在此以公知的方式基于由于锂在两个电极中的不同的电化学的电位而产生的源电压。在单池反应的进程中，锂离子阳极被从一个电极推移到另外的电极中。在充电过程中，带有正电荷的锂离子（Li+离子）穿过电解质地从正电极游移到负电极的阳极活性材料中，而充电电流经过外部的接线来提供电子。在硅作为阳极活性材料的情况中，锂离子与硅形成了合金Li₄Si。在放电时，锂离子往回地游移到阴极活性材料中，并且电子能够经过外部的接线而流动到正电极。

发明优势

使用根据本发明的包含LiF的前体避免了在成形时的来自电解质和/或来自单池的活性材料的锂的损失和不可逆的降解。利用根据本发明的方法和装置能够强烈地减小或甚至避免第一循环损失。经此，锂离子蓄电池尤其被提供为应用在电动车辆中。

本发明的一个优选的实施形式是以硅电极为形式的。不同于备选的电极，在根据本发明的硅电极情况下在硅颗粒上的盖层更加均匀。根据本发明的电极的硅颗粒上的盖层包含比在备选的电极的情况下的更多的LiF的质量分数和更少的其它成分，在所述备选的电极中，LiF来自电解质的分解。

附图说明

本发明的实施例在附图中表明并且在后面的说明中作进一步解释。

图示：

图1是第一膜压延机的侧视图，

图2是第二膜压延机的侧视图，并且

图3是锂离子蓄电池的制造方法的示意性展示。

具体实施方式

图1示意地在侧视的剖视图中示出了第一膜压延机1。

膜压延机1在此包括例如四个压延辊3，所述压延辊如此地彼此布置，使得干质量2能够加工为自立的电极膜，该电极膜在本发明的框架中称为前体4。离开第一膜压延机1的前体4能够由于其强度而称为自立的。

干质量2在此首先借助两个经加热的压延辊3加工为膜。另外的两个所示的压延辊3用于前体4的进一步的压缩和偏转。

在图1中展示的方法也称为利用LiF进行的电极活性材料的干的涂层。干涂层或干的涂层是用于制造前体4的没有溶解剂的办法。

干质量2例如包括硅或硅-碳-复合物作为电极活性材料，以及能够形成干的预混物的接合剂和导电性添加剂。此外，干质量2包括化学材料LiF，该化学材料能够混合到干的预混物中。LiF在此作为盐存在。在压延辊3的压力和温度下，构造了接合剂的纤维状的网络，该网络保证了前体4的机械的稳定性。

在图2中示意地在侧视的剖视图中展示了通过第二膜压延机5进行的前体4的进一步加工。

第二膜压延机5在此例如包括两个另外的压延辊6，该压延辊彼此布置在经定义的间距中。从第一方向中给第二膜压延机5提供前体4，其中，前体4例如能够利用在图1中展示的和关于该图所说明的第一膜压延机1制造。从第二方向中，给第二膜压延机5提供金属膜7，例如铝膜或铜膜。前体4和金属膜7在两个另外的压延辊6之间拼接，尤其例如是层压。在输出侧，电极膜8离开所述第二膜压延机5。

图3在示意性展示中示出了锂离子蓄电池的根据本发明的制造方法。

在两个步骤S1和S2中，正如参照图1和2说明的那样，执行用于制造电极的方法。在此，在第一步骤S1中，按照图1制造前体4，并且在第二步骤S2中，按照图2制造电极膜8。

在第三步骤S3中，为了应用在电池单池中来进一步加工所述电极膜8，典型地切割并且卷绕并且连同相应的配合电极和电解质而进一步加工为锂离子蓄电池。

在第四步骤S4中，进行锂离子蓄电池的成形，该成形也称为条件作用（Konditionierung）。在成形中，至少部分地在加工在电极中的LiF的积聚下构造SEI层。以这种方式来避免第一循环损失。由此，在成形时避免了锂的不可逆的损失。

如果硅应用为阳极材料，则在成形期间，在硅颗粒上形成了盖层，其中，尤其被加工到电极中的LiF被积聚。

本发明不限于这里所描述的实施例和此处所强调的方面。其实，在通过权利要求所给出的范围内，位于本领域技术人员的实践中的多个变型方案是可行的。