CN114223071A - 用于锂电池或锂离子电池的复合电极以及为此的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造用于锂电池或锂离子电池的复合电极的方法，所述方法包括：提供具有主表面的箔状的或板状的集电器；在集电器的主表面上形成第一电极层，其中，在集电器和第一电极层之间沿主表面形成第一附着；在第一电极层上形成第二电极层，其中，第一和第二电极层沿与集电器主表面相对置的接触表面接触，第二电极层与第一电极层沿所述接触表面附着性连接；并且用压实装置压实第一和第二电极层，其中，在压实期间，压实装置的压力元件将压力施加到第二电极层的与接触表面相对置的表面的至少一部分上，并且在该压力元件和第二电极层的被施加压力的部分之间能形成第二附着；其中，第一附着和通过压实产生的第二附着之间的比值大于1。

Description

用于锂电池或锂离子电池的复合电极以及为此的制造方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造用于锂电池或锂离子电池的复合电极的方法。此外，本发明涉及一种用于锂电池或锂离子电池的复合电极以及一种具有这种复合电极的锂电池单体或锂离子电池单体。
背景技术
锂电池或锂离子电池实现了相对高的能量密度。它们可设计成电池单体堆或卷绕电池单体的形式。尤其地，卷绕电池单体可以以高的速度和低的成本来实现。在锂电池或锂离子电池中包含有至少一个正极和至少一个负极，它们通过隔板彼此分开。各电极分别具有含金属的集电器，该集电器通常具有箔状的或板状的形状。在正极中大多使用由铝制成的箔作为集电器并且在负极中大多使用由铜制成的箔作为集电器。
通常通过在箔状的或板状的集电器的主表面上涂覆/施加一层粘性电极材料来制造电极。电极材料可以是包括活性材料、导电添加剂和电极粘合剂/粘结剂的混合物。集电器可作为带或卷提供，其穿过涂层装置，在涂层装置中，电极涂层材料例如借助喷嘴层状地被涂覆到集电器带上。在对涂覆于集电器带上的复合电极材料进行干燥(去除载体溶剂)后，可通过压延将其压实。在此涂覆有电极材料的集电器带穿过由两个旋转辊形成的间隙，该间隙小于涂覆有电极材料的集电器带的初始厚度。通过压延可调整涂层的限定的孔隙率。锂离子技术的一般性说明可在Springer于2013年出版的主编为Reiner Korthauer的《锂离子电池手册》一书的由Thomas
Figure BDA0003502766770000011
撰写的第9章中找到。
在电极材料层与集电器之间的附着通常由电极材料中所含的粘合剂引起。因此，这样选择该粘合剂，使得粘合剂确保电极材料层始终良好地附着在由金属制成的或含金属的集电器上。例如为了使石墨基阳极材料粘合/附着在铜基集电器上，使用PVdF(聚偏二氟乙烯)、SBR(苯乙烯-丁二烯橡胶)、CMC(羧甲基纤维素)或丙烯酸酯作为粘合剂。为了使陶瓷基阴极材料粘合在铝集电器上，例如可将PVdF用作粘合剂。
当用压延辊压实涂覆在集流器带上的电极材料时，部分电极材料会从该层脱离并保持附着在辊上。由此电极失去活性材料，这导致其标称容量以及可靠性降低。此外，在制造过程中需要执行复杂的清洁步骤来清洁压延辊，这使得制造过程更加昂贵或减慢制造过程。在电极制造过程中也可能出现增加的废品率。
恰恰是在高度压实的电极(尤其是阳极)的情况下——在其中使用将电极材料非常牢固地附着到集电器上的粘合剂，部分电极材料可能会在压延过程中从电极材料层脱离并保持附着在压延辊之一上。即，所使用的粘合剂不仅使电极材料层牢固地附着在集电器上，而且也使电极材料牢固地附着在压延辊之一上。如果对压延辊的附着与对集电器的附着相当或对压延辊的附着比对集电器的附着更强，则电极材料会从集电器脱离。
发明内容
因此，本发明的任务在于，提出一种用于制造用于锂电池或锂离子电池的复合电极的方法，该方法可快速且安全地实施，同时保持标称电极负荷(Elektrodenbeladung)、标称电极密度和所需的能量密度和使用寿命方面的标称性能。尤其是该方法应防止在利用压延辊压实复合电极时，部分电极材料从涂覆到集电器上的电极材料层被撕下并保持附着在压延辊上。
所述任务根据权利要求1的教导得以解决。本发明的不同实施方式和扩展方案是从属权利要求2至10的技术方案。
本发明的任务还在于提供一种用于锂电池或锂离子电池的复合电极，所述复合电极可快速且安全地制造，同时保持标称电极负荷、标称电极密度以及所需的能量密度和使用寿命方面的标称特性。
所述任务根据独立权利要求11和12之一的教导得以解决。本发明的不同实施方式和扩展方案是从属权利要求13和14的技术方案。
此外，本发明的另一任务是提供一种具有改进特性的锂电池或锂离子电池。
该任务根据独立权利要求15的教导得以解决。
本发明的第一方面涉及一种用于制造用于锂电池或锂离子电池的复合电极的方法，所述方法包括：
提供具有主表面的箔状的或板状的集电器；
在集电器的主表面上形成第一电极层，其中，第一电极层具有第一活性材料并且在集电器和第一电极层之间沿主表面形成第一附着；
在第一电极层上形成第二电极层，其中，第一电极层和第二电极层沿与集电器的主表面相对置的接触表面相互接触，第二电极层具有第二活性材料并且与第一电极层沿接触表面附着性连接；并且
用压实装置压实第一和第二电极层，其中，在压实期间，压实装置的压力元件对第二电极层的与所述接触表面相对置的表面的至少一部分施加压力，并且在该压力元件和第二电极层的被施加压力的部分之间可形成第二附着；
其中，在第一附着和通过压实产生的第二附着之间的比值大于1。
由此可提供一种制造方法，在该方法中，减少了部分第一电极层在压实期间从集电器脱离并保持附着在压力元件上的概率。复合电极的制造因此可更简单且更快速地实施，同时保持能量密度和使用寿命方面的标称特性。
在本发明意义上，在两个接触的层/相之间的附着/附着强度可理解为(至少部分地)分离两个接触的层/相所需的力。在两个接触的层之间的粘附可有助于附着，但接触的各表面的性质、尤其是粗糙度也有助于附着。“粘附”可理解为将两个接触的层挤压/压紧在一起的力。该力可由在接触表面(界面)中接触的各层之间的分子相互作用引起并且可基本上与接触的表面的粗糙度无关。
用于测量在两个相互接触的层/相之间的附着/附着强度的方法是本领域技术人员已知的，因此不作进一步的详细讨论。根据测量方法测量的附着测量值可取决于所使用的测量方法。因此，在本发明意义上的附着测量值(附着强度)应使用相同的方法来确定/测量。
在一种优选实施方式中，在第一附着和通过压实产生的第二附着之间的比值大于2、优选大于5。
由此可更进一步降低部分第一电极层在压实期间从集电器脱离的概率。
在一种优选实施方式中，第二电极层完全覆盖第一电极层的与集电器的主表面相对置的表面。
由此可防止第一电极层与压力元件接触和在压实期间在第一电极层与压力元件的表面之间形成附着。由于第一电极层没有(直接)附着在压力元件上——该附着可能比第二电极层在压力元件上的附着强得多，因此也可降低部分第一电极层在压实期间从集电器脱离的概率。
在一种优选实施方式中，第一电极层还具有第一导电添加剂和第一粘合剂，其中，第一粘合剂一方面粘合第一活性材料与第一导电添加剂并且另一方面在第一电极层与集电器之间形成第一附着；和/或
第二电极层还具有第二导电添加剂和第二粘合剂，其中，第二粘合剂粘合第二活性材料与第二导电添加剂；
在第一电极层和第二电极层之间沿所述第一电极层和第二电极层的接触表面的附着性连接由第一粘合剂和/或第二粘合剂形成。
由此，一方面可提高第一和/或第二电极层的电导率；并且另一方面可根据需要调整电极层内的活性材料与导电添加剂之间的附着、在各电极层之间的附着和在第一电极层与集电器之间的附着。
在一种优选实施方式中，第一电极层包含以颗粒形式的第一活性材料和第一导电添加剂并且在所述第一活性材料和第一导电添加剂与第一粘合剂之间形成第三附着，
第二电极层包含以颗粒形式的第二活性材料和第二导电添加剂并且在所述第二活性材料和第二导电添加剂与第二粘合剂之间形成第四附着，并且
在所述压力元件与第二电极层之间通过压实产生的第二附着小于所述第三附着、小于所述第四附着并且小于在第一和第二电极层之间的附着性连接。
由此，可在压实期间防止部分电极材料从第一电极层被撕下，部分第二电极层或整个第二电极层从第一电极层脱离，以及部分电极材料从第二电极层被撕下。由此，压力元件可保持没有电极材料的小部分并且不必进行清洁。但尤其是保持了复合电极在能量密度和使用寿命方面的特性。
在一种优选实施方式中，第一粘合剂和第二粘合剂基于不同的物质。例如第一粘合剂基于聚偏二氟乙烯(PVdF)和/或第二粘合剂基于聚四氟乙烯(PTFE)。
由此，第一和第二粘合剂可具有不同的粘附性能，这可使找到适合/最佳用于复合电极的第一和第二粘合剂变得容易。
在一种优选实施方式中，第一粘合剂和第二粘合剂基于相同的物质，然而在第一电极层中的第一粘合剂的浓度高于在第二电极层中的第二粘合剂的浓度。例如第一和第二粘合剂基于聚偏二氟乙烯(PVdF)。
在本发明意义上的粘合剂浓度可理解为该粘合剂在其所属电极层中的份额。该份额可用重量百分比(Gew％)来表示。电极层的任何成分(活性材料、导电添加剂或粘合剂)的浓度表示该成分在其所属电极层中的份额。
由此，可对第一和第二粘合剂使用同一种粘合剂并且不同的附着(在电极层内、在各电极层之间以及在第一电极层与集电器之间)可通过在相应电极层中的粘合剂/粘结剂的不同浓度来实现。
在一种优选实施方式中，形成第一电极层包括：
将第一活性材料、第一导电添加剂和第一粘合剂混合成第一物质混合物，并将第一物质混合物涂覆到集电器的主表面上；并且
形成第二电极层包括：
将第二活性材料、第二导电添加剂和第二粘合剂混合成第二物质混合物，并将第二物质混合物涂覆到第一电极层上，
在涂覆第二物质混合物期间或在涂覆第二物质混合物之后，第一粘合剂和第二粘合剂在第一和第二电极层之间的接触表面上相互流入。
由此，可改善第一和第二电极层之间沿所述第一和第二电极层的接触表面的附着。
在一种优选实施方式中，涂覆于集电器主表面上的第一物质混合物的厚度不同于涂覆于第一电极层上的第二物质混合物的厚度。
由此，可制造根据本发明的具有不同电极层厚度的复合电极。
在一种优选实施方式中，涂覆于集电器主表面上的第一物质混合物的厚度小于涂覆于第一电极层上的第二物质混合物的厚度。
由此，可制造根据本发明的具有提高的能量密度的复合电极。
在一种优选实施方式中，第一活性材料和第二活性材料相同或不同。
由此，可使找到适合复合电极的第一和第二活性材料变得容易。
在一种优选实施方式中，在压实期间将压力施加到第二电极层上的压力元件的表面的粗糙度具有小于1μm的平均粗糙度值Ra，或具有小于2μm的平均粗糙深度Rz。
由此，可减少第二电极层在压力元件上的附着并由此减少/防止在压实期间第一电极层从集电器脱离和/或部分电极材料被撕下。
在一种优选实施方式中，所述压实装置包含压延辊，并且所述压力元件是在压实期间与第二电极层接触的压延辊。
由此可实现压实装置。
本发明的第二方面涉及一种用于锂电池或锂离子电池的复合电极，所述复合电极能通过根据本发明的方法获得。
由此可提供一种复合电极，该复合电极在压实期间不会通过第一电极层从集电器脱离和/或电极材料部分从第一和/或第二电极层被撕下而损坏；并且因此可具有高能量密度和长的使用寿命。
本发明的第三方面涉及一种用于锂电池或锂离子电池的复合电极，所述复合电极包括：
具有主表面并且具有形成该主表面的表面材料的箔状的或板状的集电器，所述主表面具有粗糙度；
形成在集电器主表面上的第一电极层，其中，所述第一电极层包括第一活性材料和第一粘合剂，
第一粘合剂相对于集电器的主表面具有第一附着并且经由该第一附着形成第一电极层在集电器上的附着；
形成在第一电极层的与集电器的主表面相对置的表面上的第二电极层，其中，第二电极层包括第二活性材料和第二粘合剂，
第二粘合剂相对于参考表面具有第二附着，所述参考表面具有集电器主表面的表面材料和粗糙度，并且
第一粘合剂和/或第二粘合剂在第一电极层和第二电极层之间沿所述第一电极层和第二电极层的接触表面形成附着性连接；
其中，在第一粘合剂的第一附着与第二粘合剂的第二附着之间的比值大于1。
由此，可提供一种复合电极，其中，该复合电极具有第一电极层从集电器脱离的位置的概率显著降低。
在一种优选实施方式中，在第一粘合剂的第一附着与第二粘合剂的第二附着之间的比值大于2、优选大于5。
由此，可进一步降低复合电极具有第一电极层从集电器脱离的位置的概率。
在一种优选实施方式中，第一电极层还具有第一导电添加剂并且第一粘合剂粘合第一活性材料与第一导电添加剂；和/或
第二电极层还具有第二导电添加剂并且第二粘合剂粘合第二活性材料和第二导电添加剂。
由此，一方面第一和/或第二电极层可具有提高的电导率；并且另一方面在电极层内在活性材料与导电添加剂之间的附着、在各电极层之间的附着、在第一电极层与集电器之间的附着均符合预设的要求。
在一种优选实施方式中，所述主表面的粗糙度具有大于1μm的平均粗糙度值Ra，和/或所述主表面的粗糙度具有大于2μm的平均粗糙深度Rz。
由此，第一电极层可更牢固地附着在集电器上并且因此同样降低复合电极具有第一电极层从集电器脱离的位置的概率。
在一种优选实施方式中，第一粘合剂和第二粘合剂基于不同的物质。例如第一粘合剂基于聚偏二氟乙烯(PVdF)和/或第二粘合剂基于聚四氟乙烯(PTFE)。
由此，第一和第二粘合剂可具有不同的粘附特性并且电极层内、在各电极层之间以及在第一电极层和集电器之间的希望的附着基本上可通过不同的粘附特性实现。
在一种优选实施方式中，第一粘合剂和第二粘合剂基于相同的物质，然而在第一电极层中的第一粘合剂的浓度高于在第二电极层中的第二粘合剂的浓度。例如第一和第二粘合剂基于聚偏二氟乙烯(PVdF)。
由此，在电极层内、在各电极层之间以及在第一电极层和集电器之间的希望的附着可通过同一种粘合剂/粘结剂的不同浓度实现。
在一种优选实施方式中，复合电极是阴极并且第一粘合剂和/或第二粘合剂是以下一种或组合：极性改性PVdF>聚环氧乙烷(PEO)>聚偏二氟乙烯(PVdF)>聚偏二氟乙烯-六-氟丙烯-共聚物(PVdF-HFP)>聚乙烯吡咯烷酮(PVP)>聚四氟乙烯(PTFE)，其中，符号“>”表示符号“>”之前的粘合剂对铝的附着大于符号“>”之后的粘合剂对铝的附着。因此，在列举中，极性改性PVdF对铝的附着最强并且聚四氟乙烯对铝的附着最弱。
由此，可在制造电极时利用有机粘合剂体系的优点；或者电极本身具有这种体系的优点。
在一种优选实施方式中，复合电极是阳极并且第一粘合剂和/或第二粘合剂是以下一种或组合：聚丙烯酸酯>丁苯橡胶(SBR)>羧甲基纤维素(CMC)>聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，PVdF水性乳液>PVdF-HFP水性乳液>聚四氟乙烯(PTFE)，其中，符号“>”表示符号“>”之前的粘合剂对铜的附着大于符号“>”之后的粘合剂对铜的附着。因此，在列举中，丙烯酸酯对铜的附着最强并且聚四氟乙烯对铜的附着最弱。
由此，可在制造阳极时利用水性粘合剂体系的优点；或者阳极本身具有这种体系的优点。
在一种优选实施方式中，复合电极是阴极并且第一粘合剂和/或第二粘合剂是以下一种或组合：极性改性PVdF>聚环氧乙烷(PEO)>聚偏二氟乙烯(PVdF)>聚偏二氟乙烯-六-氟丙烯-共聚物(PVdF-HFP)>聚乙烯吡咯烷酮(PVP)>>聚四氟乙烯(PTFE)。
由此，可在制造阴极时利用有机粘合剂体系的优点；或者阴极本身具有这种体系的优点。
在一种优选实施方式中，复合电极是阴极并且第一粘合剂和/或第二粘合剂是以下一种或组合：聚丙烯酸酯>丁苯橡胶(SBR)>聚乙烯吡咯烷酮(PVP)>PVdF水性乳液>PVdF-HFP水性乳液>聚四氟乙烯(PTFE)。
由此，可在制造阴极时利用水性粘合剂体系的优点；或者阴极本身具有这种体系的优点。
对集电器表面材料具有较高粘附性的粘合剂/粘结剂可用作第一粘合剂，并且对集电器表面材料具有较低粘附性的粘合剂可用作第二粘合剂。
在一种优选实施方式中，第一电极层的厚度小于第二电极层的厚度。
由此，复合电极可具有提高的能量密度。
本发明的第四方面涉及一种具有根据本发明的复合电极的锂离子电池单体或锂电池单体。
由此，可提供具有高能量密度和长使用寿命的锂离子电池单体或锂电池单体。
附图说明
下面描述本发明的优选实施方式及其扩展方案，它们可任意彼此组合并且与进一步描述的本发明的其它方面组合，除非这被明确排除或在技术上是不可能的。
本发明的其它优点、特征和应用可能性由以下结合附图的详细说明得出。附图如下：
图1示意性示出根据本发明的用于制造复合电极的方法；
图2a示意性示出复合电极的集电器；
图2b示意性示出形成在集电器上的第一电极层；
图2c示意性示出包括集电器、第一电极层和形成于该第一电极层上的第二电极层的电极层堆叠；
图2d示意性示出对电极层堆叠的压实；并且
图3示意性示出根据本发明的复合电极。
具体实施方式
图1示意性示出用于制造用于锂电池或锂离子电池的复合电极的方法并且图2a至2d以示意性方式阐明该方法的各个步骤。
在步骤S101中提供具有主表面102的箔状的或板状的集电器101。集电器101的主表面102优选具有平均粗糙度值Ra至少为1μm的粗糙度或平均粗糙深度Rz至少为2μm的粗糙度。集电器的形成主表面102的表面包含金属。该金属优选是铜或镍(如果要制造的复合电极是阳极)或是铝(如果要制造的复合电极是阴极)。
在步骤S102中，在集电器101的主表面102上形成第一电极层110。第一电极层110可具有：第一活性材料114、第一导电添加剂116以及用于粘合第一活性材料114和第一导电添加剂116的第一粘合剂112。第一活性材料114和第一导电添加剂116可以以颗粒形式包含在第一电极层110中。在第一粘合剂112与第一活性材料114和第一导电添加剂116的颗粒之间可形成第一附着，该第一附着最终导致第一活性材料和第一导电添加剂的粘合。还需要这样选择第一粘合剂112，使得第一粘合剂确保在第一电极层110和集电器101之间形成附着/附着力。
形成第一电极层S102可包括下述子步骤：将第一活性材料114、第一导电添加剂116和第一粘合剂112混合成第一物质混合物；并且将第一物质混合物涂覆/施加到集电器101的主表面102上。为第一物质混合物使用的第一粘合剂可溶解在溶剂中。可在涂层设备中借助喷嘴将第一物质混合物施加到集电器的主表面上。在将第一物质混合物施加到集电器101的主表面102上之后，接着可对第一电极层110进行干燥。在第一电极层110干燥后，第一粘合剂112需要确保第一电极层110附着在集电器101上。
在步骤S103中，在第一电极层110上形成第二电极层120。优选第二电极层120可完全覆盖第一电极层110的与集电器101的主表面102相对置的表面。第二电极层120可具有：第二活性材料124、第二导电添加剂126以及用于粘合第二活性材料124和第二导电添加剂126的第二粘合剂122。第二活性材料124和第二导电添加剂126可以以颗粒形式包含在第二电极层120中。在第二粘合剂122与第二活性材料124和第二导电添加剂126的颗粒之间可形成第二附着，该第二附着最终导致第二活性材料和第二导电添加剂的粘合。还需要这样选择第一粘合剂112和/或第二粘合剂122，使得其确保在第一电极层110和第二电极层120之间沿所述第一电极层和第二电极层的接触表面130形成附着性连接。
形成第二电极层S103可包括下述子步骤：将第二活性材料124、第二导电添加剂126和第二粘合剂122混合成第二物质混合物；并且将第二物质混合物涂覆/施加到第一电极层110的与集电器的主表面相对置的表面上。为第二物质混合物使用的第二粘合剂可溶解在溶剂中。将第二物质混合物施加到第一电极层110上和步骤S102中将第一电极层110施加到集电器101上可几乎同时进行。在此，在涂层设备中利用第一喷嘴首先将第一电极层110涂覆到集电器101上并且随后利用与第一喷嘴以短的距离间隔开的第二喷嘴将第二电极层120涂覆到尚未干燥的第一电极层110上。然后可对第一和第二电极层进行干燥。由于在涂覆第二电极层时第一电极层尚未干燥，因此，这两个电极层可在其接触表面130上相互流入，这导致干燥后在这两层之间的改善的附着。
也可将第二物质混合物施加到已干燥的第一电极层110上。在此情况下，第一电极层110可在接触表面130上与(湿的)第二电极层120溶胀并实现所述两层在接触表面130上相互流入。在施加第二物质混合物并且第一和第二电极层在接触表面130上流动到彼此之中后，可对第二电极层120进行干燥。在干燥后，第一粘合剂112和/或第二粘合剂122需要确保在第一电极层110和第二电极层120之间的附着性连接。
在步骤S104中，利用压延辊103和105压实第一电极层110和第二电极层120。该步骤在下文中也简称为压延。在压延过程中，由集电器101、第一电极层110和第二电极层120形成的层堆叠100被引导通过由压延辊103和105形成的间隙。第一电极层和第二电极层通过所述压延压实并且因此层堆叠300的厚度在压延之后减小。图2c示出层堆叠100在平面A-A中的截面，即在压延前的截面；并且图3示出层堆叠300在平面B-B中的截面，即在压延后的截面。压延的效果在图3中通过如下方式阐明，即在两个电极层中的活性材料和导电添加剂的颗粒被压得更靠近彼此并且相邻颗粒比图2c中的情况更多地接触。
在压延过程中，辊103向层堆叠100的表面106施加压力，该压力会导致在压延辊103和与该压延辊接触的表面106之间的附着。由于层堆叠100的表面106同时也是第二电极层120的(上)表面，因此该附着基本上由第二电极层120促成。通过该附着，部分第一和/或第二电极层可从层状复合材料100被撕下并保持附着在压延辊103上。在压延辊103和第二电极层120之间的附着可取决于压延辊103的材料特性和粗糙度以及第二粘合剂120的粘附特性。然而，部分第一和/或第二电极层是否从层状复合材料100被撕下也取决于各层内的附着、在各层之间的附着以及在第一电极层110与集电器101之间的附着——并且因此也取决于第一粘合剂112。
因此，在根据本发明的用于制造复合电极的方法中这样选择第一粘合剂112和第二粘合剂122，使得在集电器101和第一电极层110之间的附着与在压延辊103和第二电极层120之间的附着之间的比值大于1。该比值越大，部分第一电极层110在压延期间从集电器101脱离的概率就越低。因此，在根据本发明的方法的一种优选实施方式中，在集电器101和第一电极层110之间的附着与在压延辊103和第二电极层120之间的附着之间的比值大于2、尤其是大于5。最佳地是，第二电极层120的在压延期间与压延辊103接触的表面不附着在压延辊103上，即在压延辊103与第二电极层120之间的附着等于零，并且因此在集电器101和第一电极层110之间的附着与在压延辊103和第二电极层120之间的附着之间的比值无穷大。
此外，有利的是，这样选择第一粘合剂和第二粘合剂，使得通过压实产生的在压延辊103与第二电极层120之间的第二附着小于由第一粘合剂112促成的在第一活性材料114和第一导电添加剂116之间的附着(第三附着)，小于由第二粘合剂122促成的在第二活性材料124和第二导电添加剂126之间的附着(第四附着)，并且小于在第一和第二电极层之间的附着性连接。第二附着相对于第三附着、第四附着和在两个电极层之间的附着性连接越小，部分第一和/或第二电极层在压延期间从层状复合材料100被撕下并保持附着在压延辊103上的概率就越小。
第一粘合剂112和第二粘合剂122可基于不同的物质/粘结剂。例如第一粘合剂基于PVdF并且第二粘合剂基于PTFE。
第一粘合剂112和第二粘合剂122也可基于相同的物质/粘结剂，然而它们的浓度如下地不同，即在第一电极层110中的第一粘合剂112的浓度高于在第二电极层120中的第二粘合剂122的浓度。例如第一粘合剂和第二粘合剂基于PVdF。
第一活性材料114和第二活性材料124可以相同或不同。
由于在压延辊103和第二电极层120之间的附着也取决于压延辊103的粗糙度，因此有利的是，压延辊103的粗糙度小于集电器101主表面102的粗糙度。优选压延辊103的粗糙度具有小于1μm的平均粗糙度值Ra，或具有小于2μm的平均粗糙深度Rz。
第一和第二电极层可具有不同的厚度。例如第二电极层120的厚度可大于第一电极层110的厚度。如果第二粘合剂122的浓度小于第一粘合剂112的浓度，则该实施方式可以是特别有利的。即于是在该复合电极上的第一和第二活性材料的份额可高于在第一和第二电极层的厚度相同的复合电极中的份额。
图3示出根据本发明的用于锂电池或锂离子电池的复合电极的横截面图。根据本发明的复合电极300可按照上述根据本发明的用于制造复合电极的方法来制造并且具有集电器101、第一电极层310和形成于该第一电极层上的第二电极层320。
集电器101可以是箔状的或板状的并且具有主表面102和形成该主表面的含金属的表面材料。该金属可以是铜或镍(如果复合电极300是阳极)；或者是铝(如果复合电极300是阴极)。集电器101也可完全由表面材料中所包含的金属制成。有利的是，集电器的主表面的粗糙度具有至少为1μm的平均粗糙度值Ra或具有至少为2μm的平均粗糙深度Rz。
第一电极层310形成于集电器101的主表面102上并且具有第一活性材料114、第一导电添加剂116和第一粘合剂112。第一活性材料114和第一导电添加剂116可以以颗粒形式包含在第一电极层310中。第一粘合剂112可粘合第一活性材料114和第一导电添加剂116并且相对于集电器101的主表面102具有第一附着。经由该第一附着，第一粘合剂112可在第一电极层310与集电器101的主表面之间形成附着。
第二电极层320形成于第一电极层310上，即形成于与集电器101的主表面102相对置的表面上并且具有第二活性材料124、第二导电添加剂126和第二粘合剂122。第二活性材料124和第二导电添加剂126可以以颗粒形式包含在第二电极层320中。第二粘合剂122可粘合第二活性材料124和第二导电添加剂126并且相对于具有集电器101主表面102的表面材料和粗糙度的表面(也称为参考表面)具有第二附着。
第一和第二电极层相互接触并且沿接触表面130附着在彼此上。该附着性连接由第一粘合剂112和/或第二粘合剂122形成。
根据本发明，这样选择第一粘合剂112和第二粘合剂122，使得在第一粘合剂的第一附着和第二粘合剂的第二附着之间的比值大于1、优选大于2、尤其是大于5。如果这样选择第一和第二粘合剂，则在复合电极300的制造过程中、尤其是在其压实期间，第一电极层在某一位置上从集电器脱离的概率非常小。复合电极300在第一和/或第二电极层中具有缺少活性材料和/或导电添加剂的位置的概率也低。
第一粘合剂112和第二粘合剂122可基于不同的物质。例如第一粘合剂基于聚偏二氟乙烯(PVdF)且第二粘合剂基于聚四氟乙烯(PTFE)。
第一粘合剂112和第二粘合剂122也可基于相同的物质，然而于是在第一电极层中的第一粘合剂的浓度高于在第二电极层中的第二粘合剂的浓度。例如第一和第二粘合剂基于聚偏二氟乙烯(PVdF)。
第一活性材料114和第二活性材料124可以相同或不同。
在根据本发明的复合电极中，第一电极层310和第二电极层320可具有不同的层厚度。例如第二电极层320的厚度可大于第一电极层310的厚度。如果第二粘合剂的浓度低于第一粘合剂的浓度，则这种复合电极可以是有利的。即于是该复合电极可比第一和第二电极层的厚度相同的相应复合电极容纳更多的活性材料。
复合电极300可构造为锂电池或锂离子电池的阳极或阴极。
下面所示的实施例涉及根据本发明的用于制造用于锂电池或锂离子电池的复合电极的方法。为制造相应复合电极所使用的材料在表1至4中给出。此外，每个表都给出了活性材料和导电添加剂的平均粒径d50以及每种材料的重量百分比(Gew％)浓度。材料的浓度是指该材料在电极层中的份额。在各表中将电极层简称为层并将集电器简称为导电体。
第一实施例
第一实施例涉及用于锂电池或锂离子电池的阳极。为集电器/导电体所使用的金属、涂覆于集电器主表面上以形成第一电极层的第一物质混合物的成分以及涂覆于第一电极层上以形成第二电极层的第二物质混合物的成分在表1的第一行中给出。从该表可以看出，在第一电极层和第二电极层中使用的粘合剂基于不同的物质(PVdF或PTFE)。在第一和第二电极层中使用的活性材料是相同的(石墨)。导电添加剂也相同(导电炭黑)。
表1
Figure BDA0003502766770000161
第二实施例
第二实施例与第一实施例的不同之处仅在于为集电器所使用的金属。用于第二实施例的材料在表1的第二行中给出。
第三实施例
第三实施例涉及用于锂电池或锂离子电池的阴极。为集电器所使用的金属、涂覆于集电器上以形成第一电极层的第一物质混合物的成分、以及涂覆于第一电极层上以形成第二电极层的第二物质混合物的成分在表2中给出。第一和第二电极层中使用的粘合剂基于不同的物质(PVdF或PTFE)。第一和第二电极层中使用的活性材料是相同的。导电添加剂也相同。
表2
Figure BDA0003502766770000171
第四实施例
第四实施例涉及用于锂电池或锂离子电池的阳极。为集电器所使用的金属、涂覆于集电器上以形成第一电极层的第一物质混合物的成分、以及涂覆于第一电极层上以形成第二电极层的第二物质混合物的成分在表3的第一行中给出。从该表可以看出，第一电极层和第二电极层中使用的粘合剂基于相同的物质(PVdF)，但在相应电极层中具有不同的浓度。第一和第二电极层中使用的活性材料相同(石墨)。导电添加剂也相同(导电炭黑)。
表3
Figure BDA0003502766770000172
Figure BDA0003502766770000181
第五实施例
第五实施例与第四实施例的不同之处仅在于为集电器所使用的金属。用于第五种实施例的材料在表3的第二行中给出。
第六实施例
第六实施例涉及用于锂电池或锂离子电池的阴极。为集电器所使用的金属、涂覆于集电器上以形成第一电极层的第一物质混合物的成分以及涂覆于第一电极层上以形成第二电极层的第二物质混合物的成分在表4中示出。第一电极层和第二电极层中使用的粘合剂基于相同的物质(PVdF)，但在相应电极层中具有不同的浓度。第一和第二电极层中使用的活性材料相同。导电添加剂也相同。
表4
Figure BDA0003502766770000182
附图标记列表
100 电极层堆叠
101 集电器(箔)
102 集电器的主表面
103 第一(上部)压延辊
105 第二(下部)压延辊
106 电极堆叠的与第一压延辊接触的表面
107 电极堆叠的与第二压延辊接触的表面
110 第一电极层
112 第一粘合剂
114 第一活性材料
116 第一导电添加剂
120 第二电极层
122 第二粘合剂
124 第二活性材料
126 第二导电添加剂
130 在第一和第二电极层之间的连接表面
300 复合电极
310 复合电极的第一电极层
320 复合电极的第二电极层
330 在复合电极的两个电极层之间的连接表面

Claims (15)

1.一种用于制造用于锂电池或锂离子电池的复合电极(300)的方法，所述方法包括：
提供具有主表面的箔状的或板状的集电器(101)；
在集电器(101)的主表面上形成第一电极层(110)，其中，所述第一电极层(110)具有第一活性材料(114)，并且在集电器(101)和第一电极层(110)之间沿主表面形成第一附着；
在第一电极层(110)上形成第二电极层(120)，其中，第一和第二电极层沿与集电器(101)的主表面相对置的接触表面(130)接触，第二电极层(120)具有第二活性材料(124)并且与第一电极层(110)沿接触表面(130)附着性连接；以及
用压实装置压实第一和第二电极层，其中，在压实期间，压实装置的压力元件(103)将压力施加到第二电极层(120)的与所述接触表面(130)相对置的表面的至少一部分上，并且在该压力元件和第二电极层(120)的被施加压力的部分之间能形成第二附着；
其中，在第一附着和通过压实产生的第二附着之间的比值大于1。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在第一附着和通过压实产生的第二附着(120)之间的比值大于2、优选大于5。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一电极层(110)还具有第一导电添加剂(116)和第一粘合剂(112)，第一粘合剂(112)一方面粘合第一活性材料(114)与第一导电添加剂(116)并且另一方面在第一电极层(110)与集电器(101)之间形成第一附着；和/或
第二电极层(120)还具有第二导电添加剂(126)和第二粘合剂(122)，其中，第二粘合剂(122)粘合第二活性材料(124)与第二导电添加剂(126)；
其中，在第一电极层(110)和第二电极层(120)之间沿所述第一电极层和第二电极层的接触表面(130)的附着性连接通过第一粘合剂(112)和/或第二粘合剂(122)形成。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第一电极层(110)包含以颗粒形式的第一活性材料(114)和第一导电添加剂(116)并且在所述第一活性材料和第一导电添加剂与第一粘合剂(112)之间形成第三附着，
所述第二电极层(120)具有以颗粒形式的第二活性材料(124)和第二导电添加剂(126)并且在所述第二活性材料和第二导电添加剂与第二粘合剂(122)之间形成第四附着，并且
在所述压力元件(103)与第二电极层(120)之间通过压实产生的第二附着小于所述第三附着、小于所述第四附着并且小于在第一和第二电极层之间的附着性连接。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第一粘合剂(112)和第二粘合剂(122)基于不同的物质。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第一粘合剂(112)和第二粘合剂(122)基于相同的物质，然而在第一电极层(110)中的第一粘合剂(112)的浓度高于在第二电极层(120)中的第二粘合剂(122)的浓度。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的方法，其中，形成所述第一电极层(110)包括：
将第一活性材料(114)、第一导电添加剂(116)和第一粘合剂(112)混合成第一物质混合物，并将所述第一物质混合物涂覆到集电器(101)的主表面上；并且
形成第二电极层(120)包括：
将第二活性材料(124)、第二导电添加剂(126)和第二粘合剂(122)混合成第二物质混合物，并将所述第二物质混合物涂覆到第一电极层(110)上，
其中，在涂覆第二物质混合物期间或在涂覆第二物质混合物之后，第一粘合剂(112)和第二粘合剂(122)在第一和第二电极层之间的接触表面(130)上相互流入。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一活性材料(114)和第二活性材料(124)相同或不同。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，压力元件(103)的在压实期间将压力施加到第二电极层(120)上的表面的粗糙度具有小于1μm的平均粗糙度值Ra，或具有小于2μm的平均粗糙深度Rz。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述压实装置包含多个压延辊(103、105)，并且所述压力元件是在压实期间与第二电极层(120)接触的压延辊(103)。
11.一种用于锂电池或锂离子电池的复合电极(300)，所述复合电极能通过根据权利要求1至10中任一项所述的方法获得。
12.一种用于锂电池或锂离子电池的复合电极(300)，包括：
具有主表面并且具有形成该主表面的表面材料的箔状的或板状的集电器(101)，其中，所述主表面具有粗糙度；
形成在集电器(101)主表面上的第一电极层(310)，其中，第一电极层(310)包括第一活性材料(114)和第一粘合剂(112)，第一粘合剂(112)相对于集电器(101)的主表面具有第一附着并且经由该第一附着形成第一电极层(310)在集电器(101)上的附着；
形成在第一电极层(310)的与集电器(101)主表面相对置的表面上的第二电极层(320)，其中，第二电极层(320)包括第二活性材料(124)和第二粘合剂(122)，第二粘合剂(122)相对于参考表面具有第二附着，所述参考表面具有集电器(101)主表面的表面材料和粗糙度，并且
第一粘合剂(112)和/或第二粘合剂(122)在第一电极层(310)和第二电极层(320)之间沿所述第一电极层和第二电极层的接触表面(130)形成附着性连接；
其中，在第一粘合剂(112)的第一附着与第二粘合剂(122)的第二附着之间的比值大于1。
13.根据权利要求12所述的复合电极(300)，其中，在所述第一粘合剂的第一附着与第二粘合剂的第二附着之间的比值大于2、优选大于5。
14.根据权利要求12或13所述的复合电极(300)，其中，所述主表面的粗糙度具有大于1μm的平均粗糙度值Ra，和/或所述主表面的粗糙度具有大于2μm的平均粗糙深度Rz。
15.一种锂离子电池单体或锂电池单体，具有根据权利要求11至14中任一项所述的复合电极。
CN202080057237.7A 2019-08-19 2020-07-17 用于锂电池或锂离子电池的复合电极以及为此的制造方法 Pending CN114223071A (zh)

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