CN115842100A - 用于锂离子电池单体的电极以及锂离子电池单体 - Google Patents

用于锂离子电池单体的电极以及锂离子电池单体 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于锂离子电池单体的电极以及锂离子电池单体。这包括带有第一区段(10)且带有第二区段(12)的薄膜状基底(4)，其中基底(4)在其第一侧(6)上在第一区段(10)中设有第一涂层(14)，其中基底(4)在第一侧(6)上第二区段(12)中设有第二涂层(16)，并且其中第一涂层(14)和第二涂层(16)具有对于锂离子不同的扩散速度。此外本发明涉及一种用于制造这种电极(2)的方法、一种具有这种电极(2)的锂离子电池单体(28)以及一种用于其运行的方法。

Description

用于锂离子电池单体的电极以及锂离子电池单体
技术领域
本发明涉及一种用于锂离子电池单体的电极，其基底设有涂层。
背景技术
电驱动机动车通常具有牵引电池(高压电池，HV电池)，其为用于驱动机动车的电马达供应能量。在此，电驱动机动车尤其应理解为，仅将用于驱动所需能量存储在牵引电池中的电动车辆(BEV，电池电动车辆)，带有增程器的电动车辆(REEV，增程电动车辆)，混合动力车辆(HEV，混合动力电动车辆)、插电式混合动力车辆(PHEV，插电式混合动力电动车辆)和/或燃料电池车辆(FCEV，燃料电池电动车辆)，其将借助于燃料电池所产生的电能临时存储在牵引电池中。
牵引电池通常设计为锂离子电池。这种锂离子电池包括多个锂离子电池单体，它们例如组合在电池模块(单体模块)中。锂离子电池单体和/或电池模块在此彼此串联和/或并联，从而牵引电池可以提供特定的电压或特定的电池电流。
每个锂离子电池单体，其以下也简称为电池单体，包括多个阳极和阴极。它们例如相互堆叠，其中在阴极和阳极之间分别引入分隔部。阳极中的每个和阴极中的每个在此由设有带活性材料的涂层的薄膜状基底形成。
电池单体可以满足不同的目的。因此可以设置和安排电池单体以提供或吸收相对较高的电流和/或相对较高的功率。为此，在该电池单体的阳极和阴极情况中，施敷到相应基底上的涂层的层厚度其密度相对较小。例如，这种电池单体具有在80与100Wh/kg之间的能量密度和在2000与4000W/kg之间的功率密度。这种电池单体也被称为高功率电池单体(英语：High-Power-Cell)。与此相反，电池单体可以构造为所谓的高能电池单体(英语：High-Energy-Cell)，其具有相对较大容量或能量密度，对此但具有相对较小的功率密度。例如，这种电池单体具有在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，可视厚度及其密度被选择为相应较大。
高能电池单体具有如下缺点，相对较高的电流，例如在回收过程中，促进所谓的析锂，即助于金属锂在阳极处的离析。相反，高功率电池单体相对较贵。它们还具有比高能电池单体更低的能量密度，从而降低了机动车的续航里程。
如果机动车不仅具有高能电池单体而且具有高功率电池单体，则高能电池单体可以组合成一个或多个模块，而高功率电池单体可以组合成一个或多个与其分隔的模块。然后，电池管理系统会根据需要激活不同的模块。例如，带有高功率电池单体的所述一个或多个模块在应由牵引电池提供相对较高电流或应供应其时激活。不利的是这些模块否则切换为不活动的，尤其是关闭或切断开。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种对于锂离子电池单体特别适用的电极。尤其是，根据电极应使得能够提供相对较高的功率以及相对较高的容量。此外，应给出用于制造这种电极的方法、带有这种电极的锂离子电池单体以及用于运行这种锂离子电池单体的方法。此外，还应给出一种电驱动机动车，其牵引电池包括至少一个这样的锂离子电池单体。
关于电极，该目的根据本发明通过一种用于锂离子电池单体的电极实现，其具有带有第一区段且带有第二区段的薄膜状基底，其中所述基底在其第一侧上在第一区段中设有第一涂层，其中所述基底在所述第一侧上第二区段中设有第二涂层，并且其中所述第一涂层和所述第二涂层具有对于锂离子不同的扩散速度。
在锂离子电池单体及用于其运行的方法的方面，该目的根据本发明通过一种带有电极的锂离子电池单体和一种用于运行锂离子电池单体的方法实现，其中在所述电极的第一电极中，所述涂层在所述基底的两侧中的一侧上具有阳极材料，其中在相邻于所述第一电极的电极中的第二电极中，所述涂层在所述基底的一侧上具有阴极材料，并且其中带有所述第一电极的阳极材料的涂层与带有所述第二电极的阴极材料的涂层相对而置，在方法中电流通过布置在所述第一区段处的接触旗形件和/或电流通过布置在所述第二区段处的接触旗形件，尤其根据到单体电流处的电流需求来调整。
在用于制造电极的方法的方面，该目的根据本发明通过一种用于制造电极的方法，尤其构造为滚轮至滚轮方法来实现，其中在带形电极薄膜的第一侧上作为基底在第一区域中施敷有第一涂层，其中在所述带形电极薄膜的第一侧上在第二区域中施敷第二涂层，其中在施敷所述第一涂层时比施敷所述第二涂层时向所述电极薄膜施敷更多涂层材料，和/或其中在施敷所述第一涂层时相比在施敷所述第二涂层时使用不同的材料。
在电驱动机动车的方面，该目的根据本发明通过一种电驱动机动车来实现，其牵引电池具有至少一个锂离子电池单体。
该电极设置并安排用于锂离子电池单体。为此，电极包括薄膜状基底，其适宜地构造为金属薄膜或构造为经涂层的塑料或碳薄膜。铜薄膜或铝薄膜适宜地用作基底。
基底具有第一区段和不同于第一区段的第二区段，其中基底在第一区段中在第一(基底)侧上设有第一涂层，并且其中基底在该第一侧(基底侧)上在第二区段中设有第二涂层。
目的适宜地，第一区段和第二区段彼此邻接。尤其地，第一区段和第二区段在基底纵向方向上彼此相邻布置。必要时，第一涂层相对于基底高度方向(厚度方向)不布置在第二涂层之上，而是第一涂层在第一基底侧上布置在第二涂层旁边。
第一区段和第二区段例如是相同大小的。对此备选地，相应区段的伸展可以匹配于对包括电极的锂离子电池单体的容量要求或功率要求，使得第一区段大于第二区段，或反之亦然。
“薄膜状基底”在此理解为，如此的基底具有这样的厚度，即在基底高度方向上的伸展，该厚度明显小于在垂直于其的方向上的伸展。例如，基底的厚度在2µm和50µm之间，尤其是在5µm和20µm之间，优选在5µm和15µm之间。相反，基底在与其垂直的方向上的伸展是几毫米亦或是几厘米。在此和下文中，基底的第一侧和基底的第二侧应理解为，其垂直于基底高度方向(厚度方向)指向。基底的第一侧和第二侧是作为基底的带有最大面积的那些面。第一侧和与其平行伸延的第二(基底)侧因此各自形成基底的底面，在该底面上施敷第一涂层或第二涂层。
根据本发明，第一涂层和第二涂层具有对于锂离子不同的扩散速度。
具有对于锂离子较大扩散速度的那些涂层特别适用于高功率应用。因此借助(或称为根据，即anhand)这种涂层可以实现相对较高的功率或电流密度。具有对于锂离子较小扩散速度的那些涂层特别适用于高能应用。因此虽然借助该涂层可以实现较小的电流密度，但借助它可以实现相对较高的能量密度。总之，该电极有利地不仅适用于高能应用而且适用于高功率应用。
例如，石墨具有在10-8 cm2 /s和10-9 cm2 /s之间的扩散系数。带有由锂过渡金属氧化物如LiMO2制成的层结构的阴极材料，其中M是Ni、Mn或Co，具有例如10-8 cm2 /s和10-11 cm2/s之间的扩散系数。
第一和第二涂层目的适宜地具有活性材料、粘合剂和传导剂，例如石墨或导电炭黑。如果涂层的材料，即涂层材料，是阳极材料，则活性材料例如是石墨、石墨烯、所谓的硬或软碳纳米管或氧化钛，锂离子可以嵌入其中或从中脱离嵌入。这种涂层统称为阳极涂层。此外，活性材料可以包含硅。如果涂层材料为阴极材料，则活性材料例如为镍钴铝酸锂(NCA)、磷酸铁锂(LFP)、镍锰钴酸锂(NMC)、锰酸锂(LMO)、镍锰酸锂(LMNO)、钴酸锂(LCO)、LiFeSO4 F或LiTiS2 。这种涂层统称为阴极涂层。
根据适宜的设计方案，第一涂层具有与第二涂层不同的涂层材料。换言之，第一涂层的涂层材料与第二涂层的涂层材料不同。以这种方式，可以相应地调整各个涂层的扩散速度。
例如，第一涂层的涂层材料和第二涂层的涂层材料包含相同的活性材料，其中但是在活性材料、粘合剂和传导剂之间的比例对于第一涂层和对于第二涂层不同地选择。
对此备选或附加地，针对第一涂层的涂层材料使用与用于第二涂层的涂层材料不同的活性材料。在此，第一涂层以及第二涂层的涂层材料为阳极材料，或者第一涂层以及第二涂层的涂层材料为阴极材料。例如，针对第一涂层，与针对第二涂层相比选择带有更小颗粒大小、更小份额的粘合剂和/或更大份额的传导剂的活性材料，或反之亦然。
作为对涂层材料的不同选择的备选或附加，第一涂层比第二涂层具有更大的密度和/或更小的孔隙度。在此，较大的密度或较小的孔隙度伴随较小的扩散速度。例如，假如第一涂层和第二涂层是阳极涂层，第一涂层的密度在1.4g/cm3和2.0g/cm3之间，并且第二涂层的密度在0.9g/cm3和1.3g/cm3之间。如果第一和第二涂层是阴极涂层，则第一涂层的密度例如在2.3g/cm3和4.0g/cm3之间，尤其是在3.0g/cm3和3.6g/cm3之间并且第二涂层的密度在1.9g/cm3和3.0g/cm3之间，尤其是在2.3g/cm3和2.9g/cm3之间。
根据合适的设计方案，第一涂层对此附加或备选地具有比第二涂层更大的层厚度。例如，第一涂层的层厚度为第二涂层的层厚度的1.05和5倍之间，尤其是1.1和3倍之间，适当地为1.1和1.5倍之间。例如，第一涂层的层厚度在25µm和100µm之间，适当地在25µm和75µm之间。第二涂层的层厚度例如在20µm和90µm之间，适当地在20µm和65µm之间。在此，对于较厚涂层，容量提高，因此其特别适用于高能应用。
根据合适的改进方案，电极被构造为所谓的双极电极。在此，基底在第二(基底)侧上第一区段中设有第三涂层，并且(同样在第二侧上)在第二区段中设有第四涂层。在此，涂层在基底两侧中的一侧上具有阳极材料，而涂层在基底的另一侧上具有阴极材料。总之，阴极涂层被施敷在第一基底侧上并且阳极涂层被施敷在第二基底侧上，或反之亦然。进一步总之，基底布置在第一和第三涂层之间以及第二和第四涂层之间。
在此，第三涂层和第四涂层对于锂离子具有不同的扩散速度。目的适宜地在此，假如第一涂层相比第二涂层对于锂离子具有更大的扩散速度，则第三涂层相比第四涂层对于锂离子具有更大的扩散速度。否则，即假如第二涂层相比第一涂层对于锂离子具有更大的扩散速度，则第四涂层适宜地相比第三涂层对于锂离子具有更大的扩散速度。
以类似于第一涂层和第二涂层的方式，第三涂层相比第四涂层具有更大的密度和/或更小的孔隙度。附加地或备选地，第三涂层相比第四涂层具有不同的涂层材料，和/或第三涂层相比第四涂层具有更大的层厚度。
例如，构造为阴极涂层的第一涂层具有96重量%(重量百分比)的NMC811和4重量%的导电炭黑和粘合剂。第一涂层在此具有3.6g/cm3(干)的密度。同样被构造为阴极涂层的第二涂层包括带有份额为94重量%的NMC622以及6重量%的导电炭黑和粘合剂。第二涂层在此具有3.45g/cm3(干)的密度。例如，第一和第二涂层具有相同的层厚度。
此外例如，构造为阳极涂层的第三涂层具有98重量%的石墨，尤其是由天然石墨和人造石墨组成的混合物，和2重量%的导电炭黑和粘合剂。第三涂层在此具有1.9g/cm3(干)的密度。同样构造为阳极涂层的第四涂层包含硅石墨混合物，其中其硅份额为10重量％。硅石墨混合物占第四涂层的96重量%。导电炭黑和粘合剂形成第四涂层的4重量%。第四涂层在此具有2.4g/cm3(干)的密度。例如，第三和第四涂层具有相同的层厚度。
本发明的另一方面涉及锂离子电池单体，也称为电池单体，其在上述变型中的一个中具有至少两个电极，即两个电极或多于两个电极。目的适宜地，电极上下相叠地布置，尤其是上下相叠地堆叠。
在此，在电极的第一个中，布置在基底的两侧中的一侧上的涂层具有阳极材料。因此这些涂层是阳极涂层。在电极的与第一电极相邻的第二电极中，布置在基底的一侧上的涂层具有阴极材料。因此这些涂层是阴极涂层。此外，带有第一电极的阳极材料的涂层与带有第二电极的阴极材料涂层相对而置。
目的适宜地在此，电极如此布置，使得具有对于锂离子的较大扩散速度的第一电极的阳极涂层与具有对于锂离子的较大扩散速度的第二电极的阴极涂层相对而置。以这种方式形成了特别适用于高功率应用和高能应用的电极对。
根据电池单体的目的适宜的设计方案，在电极之间分别布置有分隔部，其中液体电解质使用作电池单体的电解质。对此备选地，在电极之间分别布置有固体电解质(英语“solid electrolyte”)，该固体电解质尤其也形成分隔部。
根据电池单体的有利设计方案，至少两个电极的基底分别具有布置在第一区段处的接触旗形件(Kontaktfahne,有时也称为接触凸片)。该接触旗形件与第一区段尤其是一件式连续的，即整体式的。接触旗形件用于将基底与单体导离体或与电气电流回路电接触。对此附加或备选地，至少两个电极(例如那些同样具有布置在第一区段处的接触旗形件的电极，或者对此备选地两个另外的电极，或者进一步备选地电极中的在第一区段处具有接触旗形件的一个电极和另一个电极)的基底分别包括布置在第二区段处的接触旗形件。
在不仅接触旗形件布置在第一区段处而且在第二区段处的设计方案中，有利地使得电池单体不仅能用于高能应用而且能用于高功率应用。
这基于以下认识，即锂离子在相应涂层中的嵌入或锂离子从相应涂层中的脱离嵌入在接触旗形件的区域中比在涂层的进一步远离于接触旗形件的区域中以更高的速率进行。
如果在电池单体运行期间仅使用布置在第一区段处或第二区段处的接触旗形件(例如，相应的其它接触旗形件借助阻断电流地切换的开关从另一个电池电流回路切断开)，那么在相应的接触旗形件处的区域在产生电流时被相对较强地使用于锂离子的嵌入/脱离嵌入。
因此，当仅使用布置在第一区段上的接触旗形件时，锂离子的嵌入/脱离嵌入在第一涂层中以相对较高程度或相对较高速率发生。相应于此，电池单体适用于高能应用。在仅使用布置在第二区段处的接触旗形件时，锂离子的嵌入/脱离嵌入相应地在第二涂层中以相对较高的程度或以相对较高的速率发生。因为第二涂层具有相比于第一涂层更高的扩散速度，因此电池单体相应于此适用于高功率应用。总之，根据接触旗形件中的哪一个在运行中被用于电流提取/电流供应，实现电池单体的高能运行或高功率运行。
假如电池单体的电极仅在第一区段处或对此备选地仅在第二区段处具有接触旗形件，这被称为共同的突片(Abgriff)，则在电池单体的运行中始终实现相应的混合电流密度或混合C率。
本发明的另一方面涉及一种用于运行这种锂离子电池单体的方法。根据该方法，电流通过布置在第一区段处的接触旗形件和/或电流通过布置在第二区段处的接触旗形件，尤其是根据在单体电流处的电流需求被调整。
例如，(电池)单体电流的电流需求被理解为例如对于电流的目标值，尤其是其电流强度，该电流强度应由该电池单体提供或供应给它。对此尤其地，开关，适宜地半导体开关，被切换到与相应的接触旗形件联接的电流路径中。相应的开关通过控制器例如电池控制器或电池管理系统控制。
例如，预设了对于电流需求的阈值。尤其地，电流通过相应接触端子如此调整，使得当并且只要电流需求大于或等于阈值，换句话说在超过阈值时，电流仅流动通过布置在第二区段处的接触旗形件，和/或当低于阈值时，电流仅流动通过布置在第一区段处的接触旗形件。
总之，以这种方式有利地实现了，电流能以相对较高的程度通过带有相对较高或相对较低的扩散速度的涂层流到电池单体中或从电池单体流出。换言之，实现了在电池单体运行中电极的某些涂层的加强的使用。
本发明的另一方面涉及一种用于制造上述变型中的一种变型中的电极的方法。该方法目的适宜地构造为滚轮至滚轮方法(或卷至卷方法，即“roll-to-roll”)或滚轮至片材方法(或卷至片方法，即“roll-to-sheet”)。在此，带形电极薄膜首先从储存滚轮上展开，其中该带形电极薄膜被用作待制造的电极的基底。
在第一步骤中，在电极薄膜的第一侧上，第一涂层在第一区域中并且第二涂层在第二区域中施敷。例如，施敷如此进行，使得两个区域或两个涂层在电极薄膜的带纵向方向上连续地布置并且在带横向方向上彼此相邻地布置。对此备选，电极薄膜断续地设有第一涂层和设有第二涂层。在该情况下因此，设有第一涂层的区域与设有第二涂层的区域在带纵向方向上交替。
假如对于电极设置有第三和第四涂层，则电极薄膜的第二侧在第一区域中设有第三涂层并且在第二区域中设有第四涂层。这适宜地与施敷第一和第二涂层同时进行。
由现有技术中已知的方法可用于施敷涂层。例如，可以使用湿涂方法，其中对于涂层中的每一个，首先活性材料以及如有可能添加剂如导电炭黑和粘合剂被干燥地彻底混合，并且然后在溶剂中分散和均匀化。备选地，首先将导电炭黑和活性材料彻底混合，并且然后粘合剂溶液用于分散。必要时，用于涂层的溶液分别借助于缝式喷嘴施敷到基底上。
假如使用湿涂方法，则目的适宜地首先进行涂层的干燥。然后使涂层致密(压缩)。为此，目的适宜地使用砑光机(Kalander)。
根据该方法，在施敷第一涂层时相比在施敷第二涂层时更多涂层材料，尤其关于单位面积，被使用到电极薄膜上。例如，在施敷第一涂层时相比在第二涂层中，每单位面积施敷1.2倍、1.5倍、2倍、3倍或5倍的涂层材料。这导致与压缩过程之后的第二涂层相比，第一涂层的更大密度和/或更小的孔隙度。
如果涂层是阳极涂层，则例如对于具有较小的扩散速度的涂层，在250g/m2和350g/m2之间，尤其是280g/m2和320g/m2之间的涂层材料被施敷。对于具有较大的扩散速度的涂层，例如在100g/m2和200g/m2之间，尤其是在120g/m2和150g/m2之间的涂层材料被施敷。
如果涂层是阴极涂层，则对于具有较小的扩散速度的涂层，例如在400g/m2和600g/m2之间，尤其是在450g/m2和520g/m2之间的涂层材料被施敷。对于具有较大的扩散速度的涂层，例如在150g/m2和280g/m2之间，尤其是在200g/m2和250g/m2之间的涂层材料被施敷。
对此附加或备选地，在施敷第一涂层时与施敷第二涂层时相比使用不同的材料。
假如对于第一和第二涂层设置不同的层厚度，则到涂层(该涂层应具有更大的层厚度)上再一次施敷涂层材料，该涂层材料如有可能被干燥和压缩。
最后，将带形和经涂层的电极薄膜卷绕到另一个储存滚轮上(滚轮至滚轮方法)。备选地，在滚轮至片材方法中，电极从电极薄膜中分离出，尤其是被切割出和/或冲压出。
本发明的另一方面涉及一种电驱动机动车，其牵引电池包括上述变型中的一种变型中的至少一个锂离子电池单体。目的适宜地，牵引电池包括多个这样的锂离子电池单体，其中它们彼此串联和/或并联。此外，所述一个电池单体或多个电池单体根据上述运行方法来运行。
附图说明
下面根据附图更详细地阐述本发明的实施例。在其中：
图1a示意性地以侧视图示出了电极，其中其基底在第一侧上在第一区段中施敷有第一涂层且在第二区段中施敷有第二涂层，
图1b示意性地以侧视图示出了电极的备选设计方案，其中其第一涂层和其第二涂层具有不同的层厚度，
图1c示意性地示出了根据图1a的电极，其中在其基底的第二侧上施敷有第三涂层和第四涂层，
图1d示意性地示出了根据图1b的电极，其中在其基底的第二侧上施敷有第三涂层和第四涂层，其中第三和第四涂层具有不同的层厚度，
图2示意性地以俯视图示出了根据图1a至1d的变型中的一种变型的电极，其中其基底具有布置在第一区段处的接触旗形件以及布置在第二区段处的接触旗形件，
图3示意性地示出了相互连接的锂离子电池单体，其中锂离子电池单体中的每个具有第一电极(其第一涂层和其第二涂层是阳极涂层)以及第二电极(其第一涂层和其第二涂层是阴极涂层)，
图4示意性地示出了电池单体的备选设计方案，其中其电极被构造为双极电极，并且
图5示出了带形电极薄膜，其在第一区域中设有第一涂层并且在第二区域中设有第二涂层。
在所有附图中，彼此相应的部件和尺寸总是设有相同的附图标记。
具体实施方式
在图1a中示意性地示出了电极2。其包括薄膜状基底4，例如金属薄膜，其中在图1中的观察方向平行于由基底4展开的平面指向。基底高度方向(厚度方向)、基底纵向方向和基底宽度方向在附近的方向图中设有附图标记“H”、“L”和“B”。
基底4在第一侧6上在第一(基底)区段10中设有第一涂层14。在沿基底纵向方向L与第一区段10相邻布置的第二(基底)区段12中，设有第二涂层16。
第一涂层14的密度ρB1大于第二涂层16的密度ρB2并且第一涂层14的孔隙度小于第二涂层16的孔隙度。总之得出：ρB1>ρB2。此外，第一涂层14的涂层材料与第二涂层16的涂层材料不同。在此，相应的涂层材料包括活性材料、传导剂和粘合剂。对于第一涂层和第二涂层的涂层材料的不同设计方案，对于第一涂层的活性材料、传导剂和粘合剂之间的份额选择成不同于对于第二涂层的这些份额。对此附加地，使用了另一种活性材料。
根据未进一步示出的实施变型，该第一涂层和第二涂层的材料相同，其中它们具有不同的密度，即它们被不同强度地压缩。根据未进一步示出的实施变型，第一涂层14和第二涂层16具有相同的密度，其中然而仅仅两个涂层14和16的涂层材料不同。
必要时，第一以及第二涂层14、16分别是阳极涂层，即具有阳极材料的涂层。备选地，第一以及第二涂层是阴极涂层。因此在基底4的第一侧6上仅施敷阳极涂层或仅施敷阴极涂层。
图1b中所示的电极2与根据图1a的电极2区别在于，第一涂层14的层厚度dB1，即在基底高度方向H上的伸展，大于第二涂层16的层厚度dB2。即得出：dB1>dB2。例如，第一涂层14的层厚度dB1为第二涂层16的层厚度dB2的1.2和5倍之间，尤其是1.2倍和3倍之间，适宜地1.2倍和2倍之间。适宜地，厚度dB1为60µm和75µm之间。第二涂层16的层厚度dB2适宜地在28µm和40µm之间。
总之，在根据图1a和1b的电极2中，由于不同的涂层材料以及根据不同的密度，对于第一涂层14的锂离子的扩散速度区别于对于第二涂层16的锂离子的扩散速度。如尤其结合图3和4的电池单体所示出的，这样的电极2有利地不仅适用于高能应用而且适用于高功率应用。在此由于相对较大的层厚度dB1，第一涂层14特别适用于高能应用。适宜地，扩散速度在此如此选择，使得第一涂层14具有比第二涂层16更小的扩散速度。总之，第一涂层14因此特别适用于高能应用，并且第二涂层16特别适用于高功率应用。
图1c中所示的电极2对应于图1a的电极，其中该基底4在其第二(基底)侧8上在第一区段10中设有第三涂层20并且在第二区段12中设有第四涂层22，该第四涂层22具有与第三涂层20相同的层厚度，即得出：dB3＝dB4。
图1d中所示的电极2对应于图1b的电极，其中该基底4在其第二(基底)侧8上在第一区段10中设有第三涂层20并且在第二区段12中设有第四涂层22，并且其中第三涂层20的层厚dB3大于第四涂层的层厚，即得出：dB3>dB4。
以类似于涂层14和16的方式，在图1c和1d的电极中，第三涂层20相比第四涂层22具有更小的对于锂离子的扩散速度。因此，第三涂层20特别适用于高能应用并且第四涂层22特别适用于高功率应用。
假如第一和第二涂层14、16是阴极涂层，则第三以及第四涂层20、22分别是阳极涂层。备选地，假如第一和第二涂层14、16是阳极涂层，则第三以及第四涂层20、22是阴极涂层。总之，根据图1c和1d的电极El被构造为双极电极。
在图2中示出了根据图1a至1d中的一者的电极2的变型。在此，基底4包括第一接触旗形件24，其布置在第一区段10处，该第一区段10设有第一涂层14。此外，基底4包括第二接触旗形件26。接触旗形件24、26布置在基底4处边缘侧，即外侧，其中接触旗形件优选地未涂层。这些尤其用于与未进一步示出的电池电流回路的电接触。
根据未进一步示出的变型，基底4仅包括第一接触旗形件24。根据未示出的进一步变型，基底4仅包括第二接触旗形件26。
在图3中示意性地示出了彼此连接的(锂离子)电池单体28。示例性地，仅示出了三个锂离子电池单体28a、28b、28c。这些也统称为电池单体28。(锂离子)电池单体28中的每个包括第一电极2a，其基底4在第一侧6上设有第一涂层14且设有第二涂层16，其中第一涂层14和第二涂层16分别是阳极涂层。此外，电池单体28包括第二电极2b，其基底4在第一侧6上设有第一涂层14且设有第二涂层16，其中第一涂层14和第二涂层16分别为阴极涂层。
第一和第二电极2a、2b的第一涂层14彼此相对而置。第一和第二电极2a、2b的第二涂层16彼此相对而置。在此在电极2a、2b中，相应地第二涂层16相比第一涂层14具有更大的对于锂离子的扩散速度。
分隔部30布置在相应电池单体28的第一电极2a和第二电极2b之间。每个电池单体28此外包括护套31，其尤其由薄膜复合材料、尤其是塑料薄膜复合材料构成，电极2a、2b、分隔部30和液体电解质被引入其中。
电池单体28彼此串联。为此，在串联方面的第一电池单体28a的第二电极2b的基底4借助导体32与在串联方面的第二电池单体28b的第一电极2a的基底4电连接。尤其地，它们的两个第一接触旗形件24和/或它们的两个接触旗形件26彼此电连接。与此类似，第二电池单体28b的第二电极2b的基底4借助导体32与在串联方面的第三电池单体28c的第一电极2a的基底4电连接。第一电池单体28a的第一电极2a和第三电池单体28c的第二电极2b借助其第一接触旗形件24借助于相应的开关34与第一单体联接部36电连接。此外，第一电池单体28a的第一电极21和第三电池单体28c的第二电极2b借助其第二接触旗形件26借助于相应的开关34与第二单体联接部38电连接。
开关34目的适宜地构造为半导体开关。必要时，这些可借助控制器40来控制，即可电流传导和电流阻断地切换。
在运行电池单体28时，电流I1通过第一电池单体28a的第一电极2a的第一接触旗形件24并且通过第三电池单体28c的第二电极2b的第一接触旗形件24，以及电流I2通过第一电池单体28a的第一电极2a的第二接触旗形件26，并通过第三电池单体28c的第二电极2b的第二接触旗形件26根据至电池电流或至单体电流的电流需求AI被调整。电流需求AI被供应给控制器40或由其确定。
在此，预设对于电流需求AI的阈值S。这被供应给控制器40或被存储在其存储器(未示出)中。电流I1和I2例如被如此调节，使得当并且只要电流需求AI大于或等于阈值S，则仅电流I2流动，并且I1是等于零，并且当低于阈值S时，仅电流I1流动，其中I2等于零。为此，开关34相应电流阻断或电流传导地由控制器40控制。
如果在运行电池单体28时与第一接触旗形件24连接的开关被切换为电流阻断，使得仅电流I2流动，则锂离子的嵌入/脱离嵌入增强地在第一和第二涂层14、16的如下区域中进行，该区域邻接于相应的第二接触旗形件26，即在此在第二涂层16中。由于第二涂层16具有相对较高的对于锂离子的扩散速度，因此可行的是，有针对性地在高功率应用中实现相对较高的电流强度。
如果(与此类似)在运行电池单体28时与第二接触旗形件26连接的开关被切换为电流阻断，使得仅电流I1流动，则锂离子的嵌入/脱离嵌入增强地在第一和第二涂层14、16的如下区域中进行，该区域邻接于相应的第一接触旗形件24，即在此在第一涂层14中。由于借助于第一涂层14实现了相对较大的容量，因此这些区域可以增强地用于高能应用。
在图4中示出了电池单体28的备选设计方案。这包括多个彼此相叠堆叠并且构造为双极电极的根据图1c的电极2(或以根据图1d未进一步示出的方式)。在此，电极2的构造为阴极涂层的第一涂层14面对分别相邻的电极2的构造为阳极涂层的第三涂层14。此外，电极2的构造为阴极涂层的第二涂层16面对分别相邻的电极2的构造为阳极涂层的第四涂层16。
此外，固体电解质42分别布置在电极2的两个电极之间。根据未进一步示出的备选方案，在电极2的两个电极之间分别布置分隔部并且在电池单体28中使用液体电解质。
两个电极2的基底4，在根据图4的实施方案中在电极堆叠中关于堆叠高度方向SH的第一和最后一个电极2的基底4具有布置在其第一区段10处的第一接触旗形件24。附加地，两个电极2的基底4各自包括布置在其第二区段12处的第二接触旗形件26。
根据在图4中所示的示例，在堆叠高度方向SH上的第二和最后一个电极2具有第二接触旗形件26。根据未进一步示出的实施方式，具有第一接触旗形件24的那些电极2也具有第二接触旗形件26。对此备选地，不具有第一接触旗形件24的两个电极2具有第二接触旗形件26。
第一接触旗形件24借助于相应的开关34与第一单体联接部36电连接。第二接触旗形件26借助于相应的开关34与第二单体联接部38电连接。
与根据图3的电池单体28的运行类似，在运行电池单体28时，电流I1通过第一接触旗形件24以及电流I2通过第二接触旗形件26根据对单体电流的电流需求AI来调整。电流需求AI被供应给控制器40或由其确定。
对于控制器40预设了用于电流需求AI的阈值S，或者该阈值在此被存储在存储器中。例如，电流I1和I2被如此调整，使得当并且只要电流需求AI大于或等于阈值S，则仅电流I2流动，并且I1等于零，并且当低于阈值S时，则仅电流I1流动，其中I2等于零。为此，开关34由控制器40相应地电流阻断或电流传导地控制。
如果在运行电池单体28时与第一接触旗形件24连接的开关被切换为电流阻断的，使得仅电流I2流动，则(类似于根据图3的电池单体28的运行)有针对性地在高功率应用中可实现相对较高的电流强度。
如果在运行电池单体28时与第二接触旗形件26连接的开关被切换为电流阻断的，使得仅电流I1流动，(类似于根据图3的电池单体28的运行)第一涂层14的区域可被增强地用于高能应用中。
图5中局部地示出了用于制造根据图1a至1d中的一者的电极的装置。在制造中，带形的电极薄膜44从(未进一步示出的)储存滚轮上展开并且借助偏转滚轮46供应至涂层装置48。涂层装置48包括两个缝式喷嘴50和52，它们在带横向方向Q上，即垂直于在输送方向上指向的带纵向方向T，彼此相邻地布置。借助缝式喷嘴50在电极薄膜44的第一侧54上将第一涂层14施敷在第一区域58中，并且借助第二缝式喷嘴52将第二涂层16施敷在第二区域60中。在此，借助第一缝式喷嘴50相比借助第二缝式喷嘴，施敷不同的涂层材料，和/或借助第一缝式喷嘴50相比利用第二缝式喷嘴52，施敷每单位面积更多的涂层材料。
假如对于电极2设置第三和第四涂层20和22，则在电极薄膜44的第二侧56上以类似的方式借助第三和第四缝式喷嘴(未示出)施敷第三和第四涂层。
然后将涂层14、16和如有可能涂层20、22干燥和例如借助砑光机压缩。
假如对于第一涂层14相比于对于第二涂层16设置更大的层厚度dB1，并且如有可能，假如对于第三涂层20相比于对于第四涂层22设置更大层厚度dB3，则再一次将涂层材料施敷到第一涂层14上并且如有可能到第三涂层20上，将其干燥并压缩。
最后，将带形的并且经涂层的电极薄膜44卷绕到另一个储存滚轮上(滚轮至滚轮方法)。备选地，在滚轮至片材方法中，电极2从电极薄膜44中分离出。
根据图3和/或图4的电池单体28例如是(未进一步示出的)电驱动机动车的牵引电池的那些。
本发明不局限于上述实施例。更确切地说，由本领域技术人员在不脱离本发明主题的情况下也可以由此推导出本发明的其它变型。尤其是此外，在不脱离本发明主题的情况下，结合实施例描述的所有单个特征也可以以其它方式相互组合。
附图标记列表
2,2a,2b 电极
4 基底
6 基底的第一侧
8 基底的第二侧
10 第一区段
12 第二区段
14 第一涂层
16 第二涂层
20 第三涂层
22 第四涂层
24、26 接触旗形件
28、28a、28b、28c (锂离子)电池单体
30 分隔部
31护套
32 导体
34 开关
36、38 单体联接部
40 控制器
42 固体电解质
44 电极薄膜
46 偏转滚轮
48 涂层装置
50 第一缝式喷嘴
52 第二缝式喷嘴
54 电极薄膜的第一侧
56 电极薄膜的第二侧
58 电极薄膜的第一区域
60 电极薄膜的第二区域
I1 电流
I2 电流
B 宽度方向
H 高度方向
L 纵向方向
SH 堆叠高度方向
T 带纵向方向
Q 带横向方向。

Claims (10)

1.一种用于锂离子电池单体(28)的电极(2)，具有
-带有第一区段(10)且带有第二区段(12)的薄膜状基底(4)，
-其中所述基底(4)在其第一侧(6)上在第一区段(10)中设有第一涂层(14)，
-其中所述基底(4)在所述第一侧(6)上第二区段(12)中设有第二涂层(16)，并且
-其中所述第一涂层(14)和所述第二涂层(16)具有对于锂离子不同的扩散速度。
2.根据权利要求1所述的电极(2)，
其特征在于，
所述第一涂层(14)具有比所述第二涂层(16)更大的密度，和/或其中所述第一涂层(14)具有与所述第二涂层(16)不同的涂层材料。
3.根据权利要求1或2所述的电极(2)，
其特征在于，
所述第一涂层(14)具有比所述第二涂层(16)更大的层厚度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电极(2)，
其特征在于，
- 所述基底在第二侧(8)上第一区段(10)中设有第三涂层(20)，
- 其中所述基底(4)在所述第二侧(8)上第二区段(12)中设有第四涂层(22)，
- 其中所述第三涂层(20)和所述第四涂层(22)具有对于锂离子不同的扩散速度，并且
- 其中所述涂层(14、16、20、22)在所述基底(4)的两侧(6、8)中的一侧上具有阳极材料，并且其中所述涂层(14、16、20、22)在所述基底(4)的另一侧(6、8)上具有阴极材料。
5.一种带有至少两个根据权利要求1至4中任一项所述的电极(2)的锂离子电池单体(28)，
- 其中在所述电极的第一电极(2、2a)中，所述涂层(14、16、20、22)在所述基底(4)的两侧(6、8)中的一侧上具有阳极材料，
- 其中在相邻于所述第一电极(2、2a)的电极中的第二电极(2、2b)中，所述涂层(14、16、20、22)在所述基底(4)的一侧(6、8)上具有阴极材料，并且
- 其中带有所述第一电极(2、2a)的阳极材料的涂层与带有所述第二电极(2、2b)的阴极材料的涂层(14、16、20、22)相对而置。
6.根据权利要求5所述的锂离子电池单体(28)，
其特征在于，
在所述电极(2)之间布置有固体电解质或分隔部(30)。
7.根据权利要求5或6所述的锂离子电池单体(28)，
其特征在于，
至少两个电极(2)的基底(4)各自具有布置在第一区段处的接触旗形件(24)和/或至少两个电极(2)的基底(4)各自具有布置在第二区段(12)处的接触旗形件(26)。
8.一种用于运行根据权利要求7所述的锂离子电池单体的方法，其中电流(I1)通过布置在所述第一区段(10)处的接触旗形件(24)和/或电流(I2)通过布置在所述第二区段(12)处的接触旗形件(26)，尤其根据到单体电流处的电流需求(AI)来调整。
9.一种用于制造根据权利要求1至4中任一项所述的电极(2)的方法，尤其构造为滚轮至滚轮方法，
-其中在带形电极薄膜(44)的第一侧(54)上作为基底在第一区域(58)中施敷有第一涂层(14)，
-其中在所述带形电极薄膜(44)的第一侧(54)上在第二区域(60)中施敷第二涂层(14)，
-其中在施敷所述第一涂层(14)时比施敷所述第二涂层(16)时向所述电极薄膜(44)施敷更多涂层材料，和/或其中在施敷所述第一涂层(14)时相比在施敷所述第二涂层(16)时使用不同的材料。
10.一种电驱动机动车，其牵引电池具有至少一个根据权利要求5至7中任一项所述的锂离子电池单体(28)。
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