CN115706208A - 用于制造锂离子电池单池的电极的方法和设备、电极和锂离子电池 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造用于锂离子电池组电池的电极、尤其是阳极的方法，其中，将已涂覆的电极膜(8)引入到电镀槽(14)中，其中，所述电镀槽(14)的电解质(18)具有锂盐(22)和至少一种溶剂(20)，其中，用电解质(18)浸渍的和已涂覆的电极膜(8)随后被压延，其中，所述已涂覆的电极膜(8)随后被加热，使得容纳在所述涂层中的溶剂(20)部分地蒸发，或者使得所述溶剂(20)中的一种至少部分地蒸发。此外，本发明涉及一种用于制造用于锂离子电池单池的电极的设备(2)、一种电极和相应的锂离子电池。

Description

用于制造锂离子电池单池的电极的方法和设备、电极和锂离 子电池

技术领域

本发明涉及一种用于制造用于锂离子电池单池的电极的方法和设备，其中，将已涂覆的电极膜引入到电镀槽中。

背景技术

锂离子电池单池(以下简称为电池单池)包括至少一个阳极和至少一个阴极，其中，在所述阳极和阴极之间布置有隔板。

为了制造这种阳极或这种阴极，通常为箔状和带状基底提供活性材料涂层。该涂层随后通过压延机的至少一个辊对压实。为了形成阳极或阴极，随后将已涂覆的基材截短和/或切割。

通过压延，特别是在涂层的高致密化率(高度降低)的情况下，例如在大于20％的致密化率下，涂层的孔隙度在其外表面的区域中，即在其背离基材的表面上比在基材的区域中更强烈地降低。因此，压延后的孔隙度不是统一的(均匀的)。通常，在这样的压实速率下基本上将涂层的外表面处尺寸为2和5μm之间的相对大的孔封闭。

孔径的减小和/或孔的封闭导致电解质和涂层材料之间的(接触)面积的减小。一方面，由此使得锂离子在电解质和材料之间的转移变得困难。另一方面，这可能不利地有利于所谓的锂电镀，即用于将金属锂沉积在阳极上。

传统的制造方法的另一缺点在电池电芯的形成过程中，即在第一充放电循环的过程中产生。在此，在阳极的表面上形成边界层——所谓的SEI(“固体电解质间相”英文：solid electrolyte interphase)，其中锂离子和电解质的降解产物在阳极的表面上反应。因此，为了形成SEI而消耗的锂不再可用于电荷传输。由此，电池单体的容量不利地不可逆地减小。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，给出一种特别合适的用于制造用于锂离子电池单池的电极的方法。尤其应通过该制造方法避免或至少减少由于SEI的形成而造成的容量损失和/或降低锂电镀的危险。此外，提供一种特别合适的用于制造用于锂离子电池单池的电极的设备，以及提供这种电极和这种锂离子电池单池。

根据本发明，所述技术问题在方法方面通过一种用于制造用于锂离子电池组电池的电极、尤其是阳极的方法解决。所述技术问题在设备方面通过一种用于制造锂离子电池单池的电极的设备、尤其按照上述方法制造电极的设备解决，并且在电极方面通过一种电极、尤其按照上述方法和/或设备制造的电极解决，并且在锂离子电池单池方面通过一种锂离子电池、尤其具有上述电极的锂离子电池单池解决。在此，与所述方法相关联的实施方式也合理地适用于所述设备、电极以及锂离子电池单池，并且反之亦然。

在该方法中，首先提供已涂覆的电极膜。换言之，也称为基材的电极膜设置涂层。优选地，基底在两侧设有涂层。换言之，基材布置在形成涂层的两个层之间。该涂层包括活性材料，例如石墨、石墨烯、所谓的硬碳纳米管或软碳纳米管或氧化钛，锂离子可以嵌合入其中或从其中脱嵌。此外，活性材料可以包含硅。合理地，涂层还包括粘合剂以及导电剂，例如石墨或导电炭黑。

电极膜优选是带状的，使得所述电极膜可以从辊退绕，并且在设备中、尤其按照压延机的类型借助辊输送。因此优选地，使用辊对辊方法来制造电极。然而，替代于此也可行的是，首先将各个电极片从电极膜中取出，尤其是切出，并且随后——类似于以下实施方式——对这些电极片进行加工。

如果电极是阳极，则电极膜例如是金属膜，特别是铜箔。

根据该方法，将已涂覆的电极膜引入(第一)电镀槽中。优选地，电极膜例如借助滚筒和/或辊输送通过电镀槽。在此过程中，电解质渗透到涂层中。换言之，来自电镀槽的电解质被吸收在涂层中，尤其被吸收在涂层的孔中。

在此，该涂层特别优选不被压实，即不被压缩。特别地，电极膜在施加涂层之后并且在引入到电镀槽中之前没有借助压延机被压实，或者至少没有为此目的压实。但可以在输送电极膜时借助压延机、例如借助于其输送辊、转向辊或摩擦辊实现涂层的层厚度的减小，或者可以在卷绕或退绕电极膜时实现涂层的层厚度的减小。然而，这种减小相对较小，因此不能被理解为“基于压延机的压缩”。在此，即在输送电极膜时，涂层的层厚度的减小尤其小于5％，优选小于2％，和/或作用到涂层上的线载荷小于1000N/mm，尤其小于500N/mm，优选小于200N/mm。

因此，涂层的孔未被封闭，和/或涂层的孔隙度相对较大。

有利地，以这种方式易于使电镀槽中的电解质进入涂层中。因此，在电镀槽中，在涂层中吸收相对大量的电解质和/或减少为此所需的时间。

例如，涂覆的电极膜在电镀槽中的持续时间，或者说在滚筒对滚筒过程中涂覆的电极膜在电镀槽中的相应区段的持续时间在0.5分钟至10分钟之间，特别是在1分钟至5分钟之间，合适地在2分钟至3分钟之间。

此外，电解质盐的电解质具有锂盐以及至少一种溶剂，即单一或多于一种的溶剂。换言之，电解质由溶剂或溶液，即由多于一种溶剂的混合物形成，锂盐溶解在其中或其中。

根据该方法，用电解质浸渍和涂覆的电极膜随后被压延，即借助辊对压实。适宜地，为此首先将已涂覆的电极膜从电镀槽中输送出来。换言之，已涂覆的电极膜被施加线负载，所述线负载引起涂层的层厚度的减小，例如在15％至35％之间，特别是在20％至30％之间的减小。例如，线负载为此在1000N/mm和2500N/mm之间，尤其在1300N/mm和2000N/mm之间。

如果电解质在电镀槽中没有完全渗透到基材中，即如果电解质仅被容纳在涂层的(外)表面的区域中，所述表面背离基材，则所述电解质有利地在沉积时被压入到涂层的更深的区域中，即压入到基材附近的区域中。因此，电解质以及随之溶解在其中的锂盐也与涂层的靠近基材的区域接触。此外，有利地，在压延时，由于涂层中的电解质，导致涂层中的相对均匀的压力分布，并且因此导致涂层的相对均匀的变形和压缩。因此，有利地实现了涂层的相对均等的、即均匀的孔隙度。

锂在此溶解在电解质中，即不以其金属形式存在。因此，压延不必在干燥室中进行。

合适地，为了压延(压延过程)，在每种情况下在辊和浸渍的涂层之间引入薄膜。借助薄膜防止或至少减少电解质从涂层中流出和/或流出。

根据该方法，随后加热已涂覆的电极膜，即在时间上加热至固化，使得吸收在涂层中的溶剂部分蒸发。如果将多于一种溶剂的溶液用于电解质，则随后加热涂覆的电极膜，使得仅溶剂中的一种部分或完全蒸发。换言之，在这种情况下，基本上仅溶剂中的一种蒸发。

吸收在涂层的孔中的溶剂的蒸发导致由于溶剂的体积增加而孔径的至少轻微增大和/或导致在压延时封闭的孔的开口。换言之，通过溶剂的部分蒸发或通过溶剂之一的至少部分蒸发有利地提高孔隙度。

与在完成装配的电池单池中使用的电解质相比，在电镀槽的电解质中不需要添加剂并且优选也不存在添加剂，因为该电解质无论如何部分地通过蒸发从涂层中逸出。

概括而言，所述方法用于制造用于锂离子电池单池的电极。在此，其富含锂，尤其富含锂离子。换言之，进行电极的预锂化。

在这种情况下，溶剂的一部分和/或其中一种溶剂被保留。在制造具有电极的电池单池的过程中，有利地用电解质更快地进行润湿，所述电解质被提供到电池单池中。

在形成具有如此制造的电极、尤其阳极的锂离子电池单池的过程中，为了形成SEI，基本上使用借助于电镀槽引入到该电极中的锂或嵌合其中的锂离子。因此，为此不使用锂或来自阴极的活性材料或来自电解质的锂或锂离子，或者仅使用相对少的锂或锂离子。因此，特别有利地避免或至少减小锂离子电池单池的容量由于SEI的形成而减小。

适宜地，电极是阳极，一方面因为SEI在阳极上形成，另一方面因为锂已经以化合物的形式存在于阴极中。然而，该方法原则上也可用于阴极。

根据该方法的一个有利的改进方案，随后，即在时间上在溶剂的部分蒸发之后或在至少部分蒸发电解质的溶剂的其中一种之后，向已涂覆的电极膜加载电压。换言之，已涂覆的电极膜与电压源，适宜地与直流电压源电连接。在两侧涂覆的电极膜的情况下，其中一个涂层例如与其中一个极电接触，并且另一涂层与电压源的另一极电接触。电压在此合适地在0.1V和2.0V之间，尤其在0.2V和1.5V之间，优选在0.4和0.9V之间。

概括而言，这样选择锂盐，使得特别是在涂层中当电极膜被加载电压时，其阴离子形成气体。因此，锂盐的阴离子基于气体的形成从涂层中逸出。这在此和下文中也被称为锂盐的电分解。

为此，合适地使用氯化锂(LiCl)、碳酸锂(Li2CO3)或优选氮化锂(Li3N)作为锂盐，由它们构成氯、二氧化碳或惰性气体氮气。

由氮化锂生成氮气和锂分几个阶段进行：

(1)Li₃N+H₂→Li₂NH+LiH

(2)2LiNH₂→Li₂NH+NH₃

(3)LiH+NH₃→LiNH₂+H₂

(4)2Li₂NH→4Li+H₂+N₂

例如使用氮化锂和氯化锂的混合物，其中氯离子有助于氮化锂的解离。

这种锂盐通常由于有气体生成而不适合用于电池单池中。然而，在该方法中，通过气体生成有利地进一步提高孔隙度，其中，锂盐的阴离子也从电极中除去。

根据一个有利的实施方案，电解质具有至少两种溶剂。在此，碳酸乙烯酯(EC)是溶剂之一，因为锂盐在碳酸乙烯酯中具有相对高的溶解度。

在此，基于电解质的所有溶剂的总体积计，碳酸亚乙酯的比例合适地为15至45体积％，特别是20至40体积％，优选25至35体积％。碳酸乙烯酯的熔点为45℃。虽然碳酸乙烯酯可以用作电解质的唯一溶剂，但是在电极的制造过程中温度必须保持在45℃以上。因此，优选将第二溶剂用于电解质，使得电解质的熔点降低。

特别优选地，选择第二溶剂使得其沸点小于150℃，优选小于100℃，使得在加热涂覆的电极膜时基本上仅第二溶剂蒸发。

例如，使用线性碳酸酯或者说链状碳酸酯，合适地使用碳酸二甲酯(DMC)作为第二溶剂。

根据一种有利的设计方案，已涂覆的电极膜在加热之后被加热以蒸发溶剂或溶剂的一部分。为了至少部分地蒸发所述溶剂中的一种，利用拉伸工具加工。在此，拉伸工具具有在已涂覆的电极膜的输送方向上逐渐变细的，即在该方向上变小的间隙。间隙在此适宜地连续变细。为此，拉伸工具具有两个钳口(或称为颚板)，所述钳口彼此相对置，其中，所述钳口的相对置的表面彼此相对置或彼此相对置。在图1中示出了根据本发明的两个钳口之间的中间平面。在此，已涂覆的电极膜在其输送通过间隙期间贴靠在两个钳口上。拉伸过程尤其按照条带拉伸(英文“Stripdrawing”)的方式进行。有利地，借助条带拉伸工具平整涂层的表面。

优选地，涂覆的电极膜附加地借助于拉伸工具被加载电压以用于由锂盐的阴离子形成气体。例如，每个钳口与直流电压源的极之一连接。拉伸工具不是为了压缩涂层而设置的。因此，不进行压缩或仅进行轻微的压缩。更确切地说，借助于拉伸工具提供大的接触面，在所述接触面上给已涂覆的电极膜加载电压。因此，与借助辊对向已涂覆的电极膜加载电压相比，涂层的区域与拉伸工具接触了相对长的持续时间，并且由此给出了由锂盐的阴离子形成气体的相对长的持续时间。为此，钳口相对于中间平面的倾斜度在0.1°和2°之间，和/或钳口在输送方向上的长度在1m和5m之间。

根据该方法的一个有利的改进方案，为了形成(SEI)固体电解质间相，在加热之后，特别是在加载电压之后，将已涂覆的电极膜置于另一电镀槽中。该电镀槽在下文中称为第二电镀槽。已涂覆的电极膜优选地被输送通过该第二电镀槽。

在第二电镀槽中布置有电极，其中，电压施加在已涂覆的电极膜和该(另外)电极之间。在此，已涂覆的电极膜与直流电压源的正极连接并且该电极与直流电压源的负极连接。该电压提供0.5V至5.0V之间的电压。在此，为了形成固体电解质间相，使用吸收在涂层中的、特别是嵌合在涂层中的锂离子。因此，有利地，对于SEI的形成不需要(另外的)电极具有锂。换言之，所述另外的电极可以是无锂的。

优选地，已涂覆的电极膜被输送通过第二电镀槽的电解质不止一次、特别是两次或三次。例如，在此使用不同的C速率(C因子)或者说充电速率和/或不同的电流强度。例如，在第一次通过时选择0.5C的C速率，在第二次和/或第三次通过时选择1C的C速率。

例如，第二电镀槽的电解质被调温到50℃，从而促进SEI的形成。

由于该电压，SEI在涂层上形成。因此有利地，为了形成SEI，不再需要形成具有如此制造的电极(适宜地阳极)的电池单池。此外，在(设置用于电池单池的)电解质中不需要设置用于(用于形成SEI的)电解质的添加剂。

根据一个有利的设计方案，在第一电镀槽中布置有用于将电解质引入涂层中的辊对。换言之，辊对布置在电解质中。在此，已涂覆的电极膜被引导通过辊对的辊之间的间隙。辊对的辊在此用于输送，即加速到电极膜上的涂层中的电解质吸收。因此，这辊对在此和下文中被称为浸渍辊对。为此，这两个辊发生振动。例如，各个辊的轴是可移动的，其中，所述辊的轴借助压电致动器运动并且使其振动，即发生震颤。适宜地，第一辊和第二辊反相地振动。因此，两个辊彼此相向或远离地运动。

例如，振动的振幅在5μm至50μm之间，尤其在10μm至15μm之间。振动的频率例如为5kHz。

一方面，通过一对浸渍辊将电解质压入电解液浴中的涂层中。另一方面，由于振动，布置在涂层的外表面上的(由涂层的粘合剂组成的)可能存在的带被松动或断裂，使得电解质可以更容易地被吸收到涂层中。

优选地，例如由钛构成的辊在周侧具有由特氟龙、即由聚四氟乙烯构成的涂层。因此避免了涂覆材料在辊上的粘附，或者至少降低了这种粘附的危险。

根据一个有利的设计方案，在电镀槽中，优选借助于浸渍辊对在电极膜的涂层中形成凹部。例如，凹部的深度，即沿垂直于基材的方向、换言之沿层厚度的方向的空间尺寸在5μm至50μm之间，尤其在10μm至30μm之间。凹部的长度，即平行于通过基材展开的面的尺寸例如在0.1mm和10mm之间，尤其在1mm和5mm之间。

例如，浸渍辊对的辊在其表面上设有凸起的结构。有利地，电镀槽中的电解质被吸收并保持在这些凹部中。因此，凹部形成一种用于电解质的储存器。借助于这些凹部中的电解质有利地减小了在压延过程中的摩擦。此外，至少一部分电解质可以在压延时从凹部压入涂层中。

本发明的另一方面涉及一种用于制造用于锂离子电池单池的电极的设备。特别地，所述设备被设置和设立用于执行上述变型方案中的一种所述方法。

所述设备包括浸渍装置，所述浸渍装置具有电镀槽以及用于将设有涂层的电极膜输送通过电镀槽的输送单元。电镀槽中的电解质又包括至少一种溶剂，优选是由两种溶剂组成的溶液以及锂盐。输送装置适宜地包括多个滚筒和/或辊，借助于所述滚筒和/或辊可以将已涂覆的电极膜输送通过电镀槽，尤其输送通过电解质。

浸渍装置优选附加地包括浸渍辊对。特别地，浸渍辊对的辊分别具有如下结构，借助于该结构可以加深地引入到涂层中。

此外，该设备包括用于压实涂层的压延辊对。在此，压延辊对参照涂覆的电极膜的输送方向连接在浸渍装置的下游。压延辊对始终在电解液浴之外。

此外，所述设备具有加热装置，所述加热装置被设置和设立用于，将溶剂的一部分或电解质的溶剂(如果使用多于一种溶剂的溶液)之一的至少一部分蒸发，所述电解质容纳在电极膜的压延的涂层中。因此，关于已涂覆的电极膜的输送方向，加热装置连接在压延机辊对的下游。

优选地，所述设备还包括拉伸工具，借助所述拉伸工具可以对已涂覆的电极膜加载电压。

例如，该设备附加地具有第二电镀槽和用于将已涂覆的电极膜输送通过第二电镀槽的第二输送装置。在此，直流电压源的负极与尤其是无锂的电极连接，所述电极布置在第二电镀槽的电解质中，即在那里浸入。直流电压源的正极例如借助于研磨接触或滚动接触与已涂覆的电极膜连接，从而在该电极膜与电极之间存在电压。

本发明的另一方面涉及一种电极，尤其是阳极，所述电极根据上述变型方案中的所述方法和/或借助上述变型方案中的所述设备制造。

因此，在优选构造为阳极的电极中容纳锂离子。特别地，锂离子嵌合到涂层的活性材料中。根据该方法的实施例，例如还使溶剂、特别是(仅)碳酸亚乙酯被吸收在活性材料的孔中。

此外，与传统制造的电极相比，尤其是在背离基材的表面上的孔隙度——即使在大于20％、合适地在20％和30％之间的相对高的压实率下——也提高了。此外，在该表面上相对多的孔是开放的。

例如，特别是在涂层的外表面的区域中的孔隙度大于0.03cm³/g，例如在0.03至0.07之间，特别是在0.05cm³/g至0.07cm³/g之间，特别是对于0.2μm至5μm之间的孔径而言。

本发明的另一方面涉及一种具有这种电极的锂离子电池。这种锂离子电池组包括一定数量的、即(唯一的)锂离子电池单池或多于一个锂离子电池单池，所述锂离子电池单池又包括至少一个阳极和至少一个阴极。根据本发明，所述电池单池或所述电池单池中的至少一个电池单池具有至少一个电极，尤其是阳极，所述电极根据上述变型方案中的方法和/或借助上述变型方案中的设备制造。

这种锂离子电池可以例如在笔记本电脑中、在移动电话中使用。尤其是，锂离子电池设置用于电驱动的或可电驱动的机动车的牵引电池，该牵引电池提供用于驱动机动车的电能。

附图说明

下面根据附图详细阐述本发明的实施例。在附图中：

图1示意性地示出了用于制造电极的设备的第一区段，所述第一区段包括具有电镀槽的浸渍装置、用于将已涂覆的电极膜输送通过电镀槽的输送单元以及浸渍辊对，

图2示意性地以横截面示出浸渍辊对，其中，浸渍辊对的轴分别与压电致动器耦合，

图3示意性地示出浸渍辊对的侧视图，

图4示意性地示出浸渍辊对的其中一个辊的表面的局部，其中，辊具有用于将凹部引入到涂层中的凸起结构，

图5示出了该设备的第二区段，该第二区段具有用于对浸渍和涂覆的电极膜进行层压的压延辊对以及用于加热压延的涂覆的电极膜的加热装置，

图6示出了所述设备的第三区段，其中，所述设备的所述区段具有拉伸工具，所述拉伸工具具有两个钳口，在所述两个钳口之间形成有渐缩的间隙，其中，所述钳口连接到直流电压源上，

图7示出了所述设备的第四区段，其中所述设备的所述区段包括第二电镀槽，其中，在所述电镀槽中引入无锂电极，所述无锂电极与直流电压源的负极连接，并且其中，所述已涂覆的电极膜能够被输送通过所述电镀槽并且能够与所述电镀槽的正极接触，并且

图8借助流程图示出用于制造电极的方法流程，其中，设有未压缩涂层的电极膜被输送通过电镀槽并且随后被压延。

具体实施方式

彼此相对应的部件和尺寸在所有附图中始终设有相同的附图标记。

在图1至7中示出设备2，所述设备设置和设立用于制造电极，在此为阳极。设备2具有多个模块或区段2a、2b、2c和2d，其中，为了更好的可识别性，这些区段分别在一个图中示出。设备2按照压延装置的类型构造。因此，使用辊对辊的方法来制造电极。

在图1中示出设备2的第一区段2a。在此，提供带状电极膜4，所述带状电极膜在两侧设有涂层6，所述涂层具有活性材料、粘合剂以及导电剂，也可参见图7。例如，电极膜4是金属膜，尤其是由用于制造阳极的铜制成的金属膜，或者是涂覆有金属的塑料薄膜。在此，涂层6首先是未压实的，即未压缩的。这尤其应理解为，涂层尚没有为了压缩的目的利用压延机或类似物加工。因此，这不理解为在已涂覆的电极膜的运输、输送、储存或卷绕/展开过程中进行的可能发生但可相对比的压缩。

已涂覆的电极膜概括地设有附图标记8。已涂覆的电极膜8借助未进一步示出的退绕装置从储备卷9退绕。

可选地，借助于切割装置10在形成所谓的子线圈的情况下在带纵向方向上分割已涂覆的电极膜(英文：“slitting”，“分切”)。随后，以下实施例以类似的方式适用于每个子线圈。例如，通过切割、冲压等在电极膜或相应的子线圈的侧面上同样成形有被称为放电子片的接触区段。

已涂覆的电极膜8借助于转向滚筒(转向辊)或拉伸滚筒(拉伸辊)12被引导通过第一电镀槽14，并且借助于摩擦辊56作为输送装置被输送通过电镀槽14。电镀槽14包括填充有电解质18的罐16。在此，已涂覆的电极膜8被输送通过电解质，并且因此在电镀槽中浸入到电解质18中。概况而言，该设备包括浸渍装置19，该浸渍装置具有电镀槽14和输送装置。

涂覆的电极膜8的输送方向在此借助箭头表示，所述箭头设有附图标记F。

涂覆的电极膜在电镀槽14的电解质18中的相应区段的持续时间在0.5min至10min之间，尤其在1min至5min之间，合适地在2min至3min之间。

电解质18在此由溶剂20形成，或者替代地由多于一种溶剂20的溶液、即混合物形成，锂盐22溶解在所述溶剂或溶液中。图1中所示的电解质18包括例如30体积百分比的碳酸亚乙酯和70体积百分比的碳酸二甲酯，基于电解质18的所有溶剂20的总体积计。在该溶液中溶解有氯化锂(LiCl)、碳酸锂(Li₂CO₃)或优选氮化锂(Li₃N)作为锂盐22。

所述锂盐22在碳酸亚乙酯中具有相对高的溶解度。然而，碳酸亚乙酯在室温下为固体，因此碳酸亚乙酯与碳酸二甲酯混合。因此，形成即使在室温下也是液态的电解质。

电解质18在电镀槽14中渗入涂层6的孔中。因为涂层6未压缩，所以电解质18在孔中的吸收更容易。为了改善电解质吸收到涂层6中，在电镀槽14中布置有浸渍辊对24。在此，浸渍辊对24的辊26浸入电解质18中，换言之，辊26布置在电解质18中。

在图2至4中比较详细地示出了浸渍辊对24及其工作原理。

浸渍辊对24的辊26分别具有轴28。一个辊的轴28可朝向和远离另一个辊26移动，反之亦然。在此，两个辊26的轴分别与压电致动器30耦联并且能够被引起振动。为此，压电致动器30分别借助电压源32被供给能量。在此，辊26优选反相地振动。因此，两个辊26彼此相向或彼此相离地运动。两个与它们的轴固定耦合的辊26的反相运动尤其可以在图3中看到。在那里，借助设有附图标记V的箭头来表示振动相对于彼此的反相运动。

振动的振幅例如在5μm至50μm之间，尤其在10μm至15μm之间。振动的频率例如为5kHz。

例如由钛形成的辊26涂覆有特氟龙，以避免涂层粘附。此外，在每个辊的表面上垂直地竖立有结构。换言之，该结构在关于轴28的径向方向上突出超过相应的辊26的圆柱形的周面29。在图4中示例性地示出了作为椭圆形突起34的结构的可能的设计方案。突起34的高度，即结构在径向方向上关于轴28的延伸尺寸的范围在5μm至50μm之间，尤其在10μm至30μm之间。相应的突起34在与之垂直的方向上的延伸尺寸例如在0.1mm和10mm之间，尤其在1mm和5mm之间。在涂层6中借助于结构引入相应的凹部。

概括而言，浸渍辊对24满足多个功能：一方面，借助于辊26将电解质18压入涂层6的孔隙中。另一方面，借助凹部形成一种储存器，电解质18保持在该储存器中。此外，借助于辊26并且尤其借助于突起34，可能存在的由粘结剂构成的带在涂层6的面向辊26的(外)表面上松动或断裂。

可选地，关于涂覆的电极膜8的输送方向F，清洁辊对布置在罐16中，适宜地布置在电解质18上方。其滚子或辊36由弹性的橡胶状材料制成。它们用于从已涂覆的电极膜8的表面去除多余的电解质18。去除的电解液18回落到电解液浴14中。

为此，辊36例如以与浸渍辊对的辊26类似的方式振动。在此，振幅和/或频率可以选择得小于浸渍辊对24的两个辊26。

在图5中示出设备2的第二区段2b。这包括第一压延辊对38和可选的第二压延辊对40。用电解质18浸渍和涂覆的电极膜8被供应给第一压延辊对38并且任选地随后供应给第二压延辊对40。第二压延辊对40优选地被设置用于补偿在通过第一压延辊对38压延之后也被称为回弹(英文“Springback”)的弹性回弹。借助于压延辊对38或借助于压延辊对38和40，涂层6被压实，即被压缩。在此，涂层6例如以20％和30％之间、尤其在23％和27％之间的程度被压实。

换言之，涂层6被挤压并且其层厚度减小相应的份额。为此，浸渍和涂覆的电极膜8例如借助第一压延辊对38被加载1000N/mm至2500N/mm之间、尤其1300N/mm至2000N/mm之间的线负载。设备2还包括用于检测已涂覆的电极膜8的厚度的装置41。在此，该装置为此包括超声波传感器，光传感器或激光传感器。优选地，第一压延辊对38的间隙宽度和/或线负载和/或基于第二压延辊对40的线负载可根据由装置41检测的厚度来调节或调节。

此外，设备2还包括加热装置42，该加热装置42连接到压延辊对38并且必要时连接到压延辊对38。第二压延辊对40关于已涂覆的电极膜8的所设置的输送方向F连接在下游。加热装置42在此适当地构造为干式干燥器。该加热装置42设置和设立用于蒸发溶剂20的一部分，或者—只要容纳在涂层6中的电解质18，即电镀槽14的电解质18具有至少两种溶剂20的溶液—蒸发电解质18的溶剂20中的至少一部分。如果电解质18如在图1中示例性地示出的那样具有由碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯构成的溶液，则已涂覆的电极膜8以及与此相关地容纳在涂层6中的电解质18被加热至约100℃。该温度大于碳酸二甲酯的沸点，且明显小于碳酸亚乙酯的沸点。结果，碳酸二甲酯基本上蒸发。

由于蒸发，孔隙增大，并且在压延时封闭的孔隙的至少一部分被打开。因此，通过蒸发有利地提高孔隙度，特别是在与压延辊接触的涂层6的外表面的区域中的孔隙度。

如在图5中示出的那样，加热装置42布置在一种(炉)壳体44中，已涂覆的电极膜8被输送通过该壳体44。因此，电解质18在该壳体44内蒸发，使得电解质例如可以借助抽吸装置46收集以用于再使用。

根据未进一步示出的替代方案，加热装置42具有一个或多个加热辊，其中，浸渍和涂覆的电极膜8与这些加热辊接触，尤其在这些加热辊上引导。在此，加热辊被加热，使得溶剂20借助于加热辊被加热并且蒸发。适宜地，加热辊被引入(烘箱)壳体中，该(烘箱)壳体以类似的方式设有用于蒸发的溶剂20的抽吸装置46。

参照输送方向F，在下游在加热装置42和用于检测厚度的装置41之间连接有冷却的滚筒或辊48，用于将已涂覆的电极膜8冷却至例如室温。

概括而言，在加热之后，一部分溶剂20或电解质18的溶剂20之一以及锂盐22保留在涂层中。在根据图1的电解质18的设计方案中，碳酸二甲酯蒸发并且碳酸亚乙酯留在涂层中。这在借助冷却的滚子或滚子48冷却之后被固定。

此外，设备2包括检查单元50，所述检查单元例如构造为相机。这用于检查已涂覆的电极膜8的缺陷。

设备2包括整平辊52，特别是宽幅辊，所述宽幅辊具有如下结构，所述结构用于产生横向拉伸应力，即拉伸应力，所述拉伸应力垂直于输送方向F并且在由电极膜展开的平面中延伸到涂覆的电极膜8上。根据横向拉伸应力有利地减小或甚至去除电极膜8的波纹和/或电极膜8中的褶皱，所述波纹和/或褶皱尤其在第一次压延时可以是这样的。因此，已涂覆的电极膜8被整平。

设备2包括未进一步示出的卷绕装置，用于卷绕到储备辊54上。

图6示出设备2的第三区段2c。其包括未进一步示出的退绕装置，借助于所述退绕装置将已涂覆的电极膜8从储存辊54退绕，在所述电极膜的涂层中容纳锂盐22和在加热之后剩余的溶剂20。借助摩擦辊56通过拉伸工具58拉伸涂覆的电极膜8。

参照输送方向F，在拉伸工具58之前，即在储备辊54和拉伸工具58之间布置有另外的(第二)加热装置42，所述另外的(第二)加热装置被设置和设置用于使容纳在涂层中的电解质18(在此为碳酸乙烯酯)液化。例如，为此将已涂覆的电极膜8加热至40℃至45℃。

拉伸工具58具有两个钳口60，所述钳口彼此相对置，其中，所述钳口的相对置的表面在形成沿输送方向F连续变细的间隙的情况下相对于输送方向F倾斜。在此，间隙具有首先大于电极膜的厚度的延伸尺寸，即大于其垂直于根据该电极膜展开的面的延伸尺寸。间隙尺寸连续减小，其中，间隙参照输送方向F的延伸尺寸在端侧小于已涂覆的电极膜8在通过拉伸工具58加工之前的厚度。因此，已涂覆的电极膜8在其输送通过间隙期间贴靠在两个钳口上。

拉伸工具58的钳口60与直流电压源62连接。在这种情况下，钳口60中的一个与直流电压源62的正极电连接，并且两个钳口中的另一个与直流电压源62的负极电连接。电压在此合适地在0.1V和2.0V之间，尤其在0.2V和1.5V之间，优选在0.4和0.9V之间。

钳口60的彼此相对的表面的倾斜度在0.1°和2°之间，和/或钳口60在输送方向F上的长度在1m和5m之间。因而借助于拉伸工具58实现涂层6的层厚度的轻微减小。然而，该拉伸工具的目的尤其在于，实现与连接至直流电压源62的钳口60的、适当地尽可能大的和/或均匀的接触面。为此，钳口具有沿输送方向F布置在端侧的区段64，其中钳口的彼此对置的面彼此平行地布置。

以这种方式，已涂覆的电极膜8以及与之相伴的电解质在输送通过拉伸工具58时被电压加载相对长的持续时间。这样选择锂盐22，(特别是在涂层6中)使得其阴离子形成气体G。换言之，由于电压而由锂盐22的阴离子形成气体G。该气体G从涂层6中逸出。这在此和下文中也被称为锂盐的电分解。

如果使用例如氯化锂(LiCl)、碳酸锂(Li2CO3)或氮化锂(Li3N)作为锂盐，则氯、二氧化碳或氮气形成为气体G。这通过引入到钳口60中的通道65从涂层6中逸出并且可以被抽吸。

概括而言，锂盐22的阴离子从涂层6中去除。此外，锂离子—只要这还没有进行—嵌入到涂层6的活性材料中，其中溶剂20，在此碳酸亚乙酯进一步保留在涂层6中。由电解质18的阴离子形成的气体分子比较大，使得由于这种气体形成而进一步增加孔隙度。

以未进一步示出的方式，钳口60被调温，从而避免了由于欧姆损耗而导致的过热。

在气体G在溶剂蒸发的过程中逸出时并且在利用拉伸工具加工的过程中在涂层6的表面上产生不平整度。设备2包括例如由钛制成的第二拉伸工具66。第二拉伸工具66参照输送方向F连接在第一拉伸工具58下游。这有助于补偿这些不平整性。在图2中为了更好的可识别性而过度地示出了借助于拉伸工具58和第二拉伸工具66的层厚度的减小。两个拉伸工具58和66不用于压实涂层6，而是用于提供尽可能大的接触面或补偿不平整性。

可选地，设备2的第三区段2c包括用于检测已涂覆的电极膜的厚度的另外的装置41。以与设备的第二区段2b类似的方式，第三区段2c包括用于在已涂覆的电极膜8上产生横向拉伸应力的整平辊52以及第二储备辊54，已涂覆的电极膜8卷绕到第二储备辊54上。

借助于未进一步示出的切割装置从已涂覆的电极膜8中切出用于电池单池的各个电极。作为对此的替代方案，已涂覆的电极膜8事先根据图7借助第四区段2d加工。

在图7中示出设备2的可选的第四区段2d。所述壳体包括外部壳体68，所述外部壳体例如由钢构成。壳体的壁厚在此例如为5mm至10mm，从而即使在爆炸的情况下也采取足够的安全措施。外壳体68具有入口69，氮气可以通过该入口作为惰性气体泵入外壳体68中。优选地，氮气以1.0bar和1.5bar之间的压力，尤其以1.15bar输送到外壳68中。

在外壳69中布置有第二电镀槽70。例如，其包括未进一步示出的、适宜地在盖侧的用于氮气的通孔。在第二电镀槽70的例如由不锈钢构成的罐16中填充电解质18’。例如，电解质18’包括碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯作为溶剂20’和锂盐22’。例如，使用六氟磷酸锂(LiPF6)作为锂盐22’。优选地，第二电镀槽70的电解质18’附加地包括添加剂，例如碳酸亚乙烯酯(VC)，其促进SEI的形成。有利地，于是可以节省在灌注到电池单池中的电解质中的这种添加剂，或者仅需要较小量的这些添加剂。

已涂覆的并且利用拉伸工具58加工的电极带18通过第二电镀槽70的外壳68和罐16的开口被引导到电镀槽70中并且被输送通过电解质18’。在此，开口具有硅酮密封件72。

在第二电镀槽70中，更准确地在电解质18’中布置无锂电极74。如在图7中仅示意性示出的那样，该电极74与直流电压源76的负极连接。直流电压源76的正极例如借助于未进一步示出的研磨接触或滚动接触与已涂覆的电极膜8电接触，从而在该电极膜与电极之间存在电压。电压在0.5V和5.0V之间。

基于此，SEI在已涂覆的电极膜8上形成。在此，有利地使用存在于涂层中的锂离子和/或电解液18’的锂离子来形成SEI。如果这样加工的已涂覆的电极膜作为阳极进入到电池单池中，则有利地，用于形成SEI的构成过程不是必需的或者仅相对较短地持续。

在图8中总结地借助流程图示出用于制造尤其构造为阳极的电极的方法流程。特别地，对于所述方法使用根据图1至图6的和必要时根据图7的设备2。

在第一步骤I中，将涂层未压实的已涂覆的电极膜8引入电镀槽14中并且输送通过该电镀槽。例如在此借助于浸渍辊对24来输送将电镀槽的电解质18容纳到涂层中。

在随后的第二步骤II中，尤其借助于压延辊对38压延已涂覆的电极膜8。因此，涂层6被压实。

在时间上随后在第三步骤III中加热压延的涂覆的电极膜18，使得电解质18的溶剂20部分地蒸发，或者如果电解质18具有多于一种溶剂20的溶液，则至少部分地蒸发溶剂20中的一种，特别是借助加热装置42蒸发，从而提高涂层6的孔隙度。

在随后的第四步骤IV中，利用拉伸工具58加工已涂覆的电极膜18，其中，已涂覆的电极膜18借助于拉伸工具58加载电压。因此，借助于尤其是由电解质18的锂盐22的阴离子形成气体。概括而言，锂盐22的阴离子因此从涂层中去除，其中孔隙度进一步增加。例如，随后借助第二拉伸工具66对涂层的表面进行整平处理。

在时间上跟随第四步骤的可选的第五步骤V中，将已涂覆的电极膜输送通过第二电镀槽70，其中，在第二电镀槽中布置有电极74，所述电极与直流电压源76的负极连接。涂覆的电极膜与直流电压源76的正极连接。

由于在电极74和通过第二电镀槽70输送的已涂覆的电极膜8之间的电势，SEI在所述电极膜上形成，其中，SEI尤其借助于容纳在涂层6中的锂离子形成。

已涂覆的电极膜8在第四步骤之后，或者如果执行第五步骤，则在第五步骤之后被裁剪和/或切断，使得电极或电极片具有适合于电池单池的形状(步骤VI)。

如此制造的电极尤其是阳极。电极设置用于锂离子电池，尤其设置用于锂离子电池的电池单池。该锂离子电池例如是电驱动的机动车的牵引电池。

本发明不限于上述实施例。更确切地说，在不脱离本发明的技术方案的情况下，本领域技术人员也可以从中推导出本发明的其他变型方案。此外，尤其所有结合实施例描述的单个特征也能够以其它方式彼此组合，而不脱离本发明的技术方案。

附图标记列表

2 设备

2a 设备的第一区段

2b 设备的第二区段

2c 设备的第三区段

2d 设备的第四区段

4 基材/薄膜

6 涂层

8 涂覆的电极膜

9 储备辊

10 切割装置

12 导向辊或拉伸辊

14 电解液浴

16 罐

18，18’ 电解质

19 浸渍装置

20，20’ 溶剂

22，22’ 锂盐

24 (浸渍)辊对

26 浸渍辊对的辊

28 辊的轴

29 侧面

30 压电致动器

32 电压源

34 突起

36 滚筒

38 压延辊对

40 第二压延辊对

41 用于检测已涂覆的电极膜的厚度的装置

42 加热装置

44 壳体

46 抽吸装置

48 冷却滚筒或辊

50 检查单元

52 整平辊

54 储备辊

56 摩擦辊/输送单元

58 拉伸工具

60 拉伸工具的钳口

62 电压源

64 钳口的区段

65 通道

66 第二拉伸工具

68 外壳体

60 入口

70 另一/第二电解池

72 硅胶密封件

74 电极

76 直流电压源

F 输送方向

G 气体

V 振动

I 将已涂覆的电极膜引入到电解液浴中

II 压延涂覆的电极膜

III 加热涂覆的电极膜

IV 利用拉伸工具加工涂覆的电极膜

V 形成SEI

VI 切割涂覆电极膜。

Claims (10)

1.一种用于制造用于锂离子电池单池的电极的方法，该电极尤其是阳极，

-其中，将已涂覆的电极膜(8)引入到电镀槽(14)中，其中，所述电镀槽(14)的电解质(18)具有锂盐(22)和至少一种溶剂(20)，

-其中，用电解质(18)浸渍的和已涂覆的电极膜(8)随后被压延，并且

-其中，所述已涂覆的电极膜(8)随后被加热，使得容纳在所述涂层中的溶剂(20)部分地蒸发，或者使得所述溶剂(20)中的一种至少部分地蒸发。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在时间上在所述溶剂(20)部分蒸发之后或在时间上在所述电解质(18)的溶剂(20)中的一种至少部分蒸发之后，向所述已涂覆的电极膜(8)加载电压，其中借助电压、特别是由所述锂盐(22)的阴离子形成气体(G)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述电解质(18)具有至少两种溶剂(20)，其中，所述溶剂(20)中的一种是碳酸乙烯酯，和/或其中，碳酸乙烯酯的比例为基于所述电解质(18)的所有溶剂(20)的总体积计的15至45体积百分比，特别是20至40体积百分比，优选25至35体积百分比。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述已涂覆的电极膜(8)利用拉伸工具(58)加工，其中，所述拉伸工具(58)具有沿所述已涂覆的电极膜(8)的输送方向(F)逐渐变细的间隙，和/或其中，所述已涂覆的电极膜(8)借助所述拉伸工具(58)被加载电压。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，为了形成固体电解质间相，在加热之后，特别是在加载电压之后，将所述已涂覆的电极膜(8)置于另外的电镀槽(70)中，其中，在第二电镀槽(70)中布置有优选无锂的电极(74)，并且其中，所述已涂覆的电极膜(8)与直流电压源(76)的正极连接，并且所述电极(74)与直流电压源(76)的负极连接。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，在所述电镀槽(14)中布置有浸渍辊对(24)，所述浸渍辊对的辊(26)发生振动以促进电解质吸收到所述电极膜(8)的涂层中。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，在所述电镀槽(14)中，尤其借助于所述浸渍辊对(24)在所述电极膜(8)的涂层中引入凹部。

8.一种用于尤其按照根据权利要求1至7中任一项所述的方法制造用于锂离子电池单池的电极的设备(2)，所述设备具有：

-浸渍装置(19)，所述浸渍装置具有电镀槽(14)和输送单元(56)，所述电镀槽具有电解质(18)，所述电镀槽具有锂盐(22)和至少一种溶剂(20)，所述输送单元用于将设有涂层的电极膜(8)输送通过所述电镀槽(14)，

-至少一个压延辊对(38)，用于压延已浸渍和已涂覆的电极膜(8)，以及

-加热装置(42)，所述加热装置被设置和设立用于蒸发所述溶剂(20)的一部分或所述电解质(18)的溶剂(20)中一种的至少一部分，所述溶剂(20)容纳在所述电极膜(8)的已压延的涂层中。

9.一种电极，尤其是阳极，其根据权利要求1至7中任一项所述的方法制造和/或借助根据权利要求8所述的设备(2)制造。

10.一种锂离子电池，尤其是用于电驱动的机动车的牵引电池，所述锂离子电池具有根据权利要求9所述的电极。

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