CN116581482A - 用于电能量储存器的电极-隔板复合物及用于制造其的方法、用于制造电能量储存器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电能量储存器(18)的电极‑隔板复合物(1)，其具有至少一个电极(2,3)以及至少一个与电极(2,3)相邻布置的隔板(4,11)，其中，电极(2,3)和隔板(4,11)通过粘合材料(9)相互固定。设置成，粘合材料(9)具有碳酸乙烯酯。

Description

用于电能量储存器的电极-隔板复合物及用于制造其的方法、 用于制造电能量储存器的方法

技术领域

本发明涉及一种用于电能量储存器的电极-隔板复合物，其具有至少一个电极以及至少一个与电极相邻布置的隔板，其中，电极和隔板通过粘合材料相互固定。

此外，本发明还涉及一种用于制造电极-隔板复合物的方法，其中，提供至少一个电极和至少一个隔板，其中，将电极与隔板相邻布置，并且其中，将电极和隔板通过粘合材料相互固定。

此外，本发明还涉及一种用于制造电能量储存器的方法，其中，提供至少一个电极和至少一个隔板，其中，将电极与隔板相邻布置，其中，将电极和隔板通过粘合材料相互固定以制造电极-隔板复合物，其中，提供用于能量储存器的壳体，其中，将电极-隔板复合物布置在壳体中，并且其中，将电解质、尤其是液态电解质填入到壳体中以制造能量储存器。

背景技术

如今，电能量储存器尤其是在电动汽车中被视为关键技术。目前发展的目的是例如在制造成本、重量、能量密度、使用寿命和充电速度方面优化电能量储存器。

电能量储存器典型地具有至少一个阴极和至少一个阳极作为电极，其中，在阴极和阳极之间布置有隔板。在制造或组装电能量储存器时，通常首先提供电极-隔板复合物，其有至少一个电极和至少一个隔板。在电极-隔板复合物中，电极与隔板相邻布置，并且通过粘合材料固定在隔板处。由此简化了形成电极-隔板复合物的元件的共同处理。尤其是，在电极-隔板复合物被安装到能量储存器的壳体中时，避免电极相对于隔板的滑动。然而，如果电极-隔板复合物安装到能量储存器的壳体中，则在预先已知的电极-隔板复合物中产生如下缺点：所使用的粘合材料阻碍了通过能量储存器的电解液对隔板和电极的浸润。

公开文件DE 10 2015 015 400 A1公开了一种电能量储存器，其电解质具有碳酸乙烯酯作为添加剂。碳酸乙烯酯作为添加剂在电解液中的使用此外也从公开文件WO 2005104 269A1中已知。

发明内容

本发明的任务在于，如此改进开头提及的类型的电极-隔板复合物，以便通过将该电极-隔板复合物装入到电能量储存器中而获得具有增加离子传导性的能量储存器。

基于本发明的任务由根据本发明的电隔板复合物来解决。这具有如下优点：所使用的粘合材料在安装到能量储存器的壳体中之后通过能量储存器的电解液溶解。因此，通过粘合材料的浸润那么不再受到阻碍。尤其是，由此产生了离子传导性的增加。根据本发明为此设置成，该粘合材料具有碳酸乙烯酯。碳酸乙烯酯(其也被称为1,3-二氧戊环-2-酮)可溶解于典型地使用的电解质。由于其约为35℃至39℃的熔化温度，电极通过碳酸乙烯酯在隔板处的固定此外在技术上可以简单实现。因此，在轻微加热之后，碳酸乙烯酯可以简单地变形和加工，以便使碳酸乙烯酯一方面与隔板接触，而另一方面与电极接触。如果碳酸乙烯酯冷却到其熔化温度以下，则那么固态碳酸乙烯酯提供电极在隔板处的机械上足够鲁棒的固定。根据本发明，该粘合材料具有碳酸乙烯酯。这并不排除粘合材料中存在另外的物质。例如，除了碳酸乙烯酯之外，粘合材料还具有至少一种聚合物粘合剂，以便增加粘合材料的粘合效果。由于碳酸乙烯酯的含量，粘合材料仍然通过电解质溶解，使得粘合材料不阻碍浸润。根据本发明，电极-隔板复合物具有至少一个电极和至少一个隔板。然而，该电极-隔板复合物也可以具有多个电极和/或多个隔板，如之后还描述的那样。优选地，该电极-隔板复合物是用于锂离子电池的电极-隔板复合物。然而，该电极-隔板复合物也可应用于其他类型的电能量储存器，如磷酸铁电池、锂聚合物电池、固态电池或钠离子电池。

根据一种优选的实施形式，该粘合材料由碳酸乙烯酯组成。因此，该粘合材料不含另外的物质，如例如上述的聚合粘合剂。无论如何，碳酸乙烯酯在电能量储存器中、尤其是在锂离子电池中经常作为电解质的组成部分使用。使用由碳酸乙烯酯组成的粘合材料就此而言提供如下优点：避免将异于电解质的物质引入到能量储存器中。

根据一种优选的实施形式设置成，粘合材料布置在电极和隔板之间，并且既粘附在电极处又粘附在隔板处。由此，电极在隔板处的机械的鲁棒固定由粘合材料来实现，其中，粘合材料即与电极直接接触又与隔板直接接触。优选地，粘合材料粘附在电极的端面以及隔板的与该端面相对而置的端面处。

根据一种优选的实施形式设置成，粘合材料线状、点状、框架状和/或面型地布置在隔板上。在粘合材料面型布置在隔板上的情况下，实现隔板在电极处的机械上特别鲁棒的固定。然后，粘合材料作为粘合材料层布置在隔板上。在粘合材料线状、点状或框架状布置在隔板上的情况下产生如下优点：实现粘合材料通过电解质快速溶解。由此在组装能量储存器时可以减少生产时间。尤其是，设置有前面提到的布置类型的组合。例如，粘合材料框架状布置在隔板上，并且在隔板的通过粘合材料框住的区段中附加地点状地布置。

根据一种优选的实施形式设置成，该电极-隔板复合物具有至少一个另外的电极，该电极布置在隔板的背离电极的一侧上，并且该另外的电极和隔板通过具有碳酸乙烯酯的粘合材料相互固定。由于电极和另外的电极通过粘合材料固定在隔板处，对于两个电极来说都获得随碳酸乙烯酯而来的优点。优选地，其中的一个电极是阴极，而另一个电极是阳极。

优选地，该电极-隔板复合物具有至少一个另外的隔板，其中，另外的隔板布置在电极背离隔板的一侧上，并且其中，另外的隔板通过具有碳酸乙烯酯的粘合材料固定在电极处。设置另外的隔板提供如下优点：可以将多个电极-隔板复合物堆叠，而在此不使彼此堆叠的电极-隔板复合物的电极相互接触。如果应将电极-隔板复合物用于棱形电池，则这尤其有利。然而，如果应将电极-隔板复合物用于圆形电池，则另外的隔板也提供优点。就此而言，另外的隔板使电极-隔板复合物能够卷起或绕起，而不由此使阴极与阳极接触。因为另外的隔板通过具有碳酸乙烯酯的粘合材料固定在电极处，所以另外的隔板与电极的固定也通过电解质松开。特别优选地，该电极-隔板复合物具有阳极、阴极和两个隔板。这样的电极-隔板复合物在下文中也被称为单元电池。在单元电池中，隔板中的一个布置在阳极和阴极之间。隔板中的另一个布置在阳极的背离阴极的一侧上或阴极的背离阳极的一侧上。优选地，单元电池的在此彼此相邻布置的元件通过具有碳酸乙烯酯的粘合材料相互固定。特别优选地，具有碳酸乙烯酯的粘合材料此外布置在单元电池的至少一个外部端面上，其中，有关端面是电极中的一个的端面或隔板中的一个的端面。从上述构建的单元电池中，通过堆叠单元电池可以简单地构造更大的电极-隔板复合物。这在制造构造为棱形电池的能量储存器时特别有利。

优选地，电极-隔板复合物有至少三个电极，其中，外部电极构造为阳极。因此，电极-隔板复合物朝向两个端面通过阳极终止。

根据本发明的用于制造电极-隔板复合物的方法特征在于使用具有碳酸乙烯酯的粘合材料。通过将电极固定在隔板处，可以实现制造率提高，因为与处理两个单独的元件相比，处理两个相互固定的元件被简化。具有碳酸乙烯酯的粘合材料在安装到能量储存器的壳体中之后通过能量储存器的电解质溶解。优选地，将粘合材料暂时如此加热，使得粘合材料熔化或融化，以将电极固定在隔板处。特别优选地，将电极和隔板通过层压借助于粘合材料相互固定。例如，为此首先将粘合材料布置在隔板和电极之间。随后，将由此获得的电极-隔板堆如此加热并以压力加载，使得电极通过层压固定在隔板处。

根据本发明的用于制造电能量储存器的方法特征在于使用可溶解于电解质的粘合材料。因此，粘合材料溶解在所使用的电解质中。这导致：隔板和电极的之前占据有粘合材料的区段也可以利用电解液浸润。由此与使用传统粘合材料(例如PVDF)相比，增加了能量储存器的离子传导性。优选地，首先将电极-隔板复合物布置在壳体中，其中，那么随后将电解质填入到壳体中。备选于此，首先将电解质填入到壳体中，其中，那么随后才将电极-隔板复合物布置在壳体中。优选地，通过该方法制造棱形电池，其中，那么为此提供合适的壳体，例如具有反突片设计(Counter-Tab-Design)的壳体。

优选地，使用如下粘合材料，该粘合材料在所制造的能量储存器中是惰性的。由此产生如下优点：能量储存器的电化学特性不受粘合材料影响。

根据一种备选的实施形式优选设置成，使用如下粘合材料，该粘合材料在所制造的能量储存器中影响能量储存器的至少一种电化学特性。因为粘合材料影响能量储存器的至少一种电化学特性，所以可以省去用于影响电化学特性的附加物质。优选地，能量储存器中的粘合材料影响固体电解质界面(SEI)的结构。

优选地，使用具有碳酸乙烯酯的粘合材料。碳酸乙烯酯特别适合作为粘合材料的组成部分，因为它可溶解于典型地使用的电解质。由于其约为35℃至39℃的较低熔化温度，电极通过具有碳酸乙烯酯的粘合材料在隔板处的固定此外在技术上可以简单地实现。优选地，将用于将电极固定在隔板处的粘合材料暂时如此加热，使得粘合材料熔化或融化。特别优选地，将电极通过层压借助于粘合材料固定在隔板处。此外，碳酸乙烯酯提供如下优点：它在能量储存器中促进有利的固体电解质界面的构造。尤其是，所使用的粘合材料除了碳酸乙烯酯之外还具有至少一种另外的物质，如聚合物粘合剂。

优选地，使用碳酸乙烯酯作为粘合材料。因此，该粘合材料不含另外的材料，如前面提到的聚合物粘合剂。

根据一种优选的实施形式设置成，使用如下电解质，该电解质具有至少一种在室温下液态的碳酸酯。在室温下液态的碳酸酯中特别适合用于在电解质中应用，尤其是当电能量储存器为锂离子电池时。优选地，电解质具有碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和/或碳酸丙烯酯作为在室温下液态的碳酸酯。优选地，除了在室温下液态的碳酸酯之外，电解质还具有至少一种另外的物质，例如，溶解在电解质中的导电盐。特别优选地，使用具有碳酸乙烯酯的粘合材料和具有至少一种在室温下液态的碳酸酯的电解质。由于碳酸乙烯酯在室温下液态的碳酸酯中的良好的溶解性，这种组合特别有利。

附图说明

下面依据附图更详细地解释本发明。其中：

图1示出了用于电能量储存器的电极-隔板复合物，

图2示出了具有布置在其上的粘合材料的电极-隔板复合物的隔板，

图3示出了根据另一个实施例的具有布置在其上的粘合材料的隔板，

图4示出了根据另一个实施例的具有布置在其上的粘合材料的隔板，

图5示出了根据另一个实施例的具有布置在其上的粘合材料的隔板，

图6示出了一种用于制造电极-隔板复合物的方法，以及

图7示出了一种用于制造电能量储存器的方法。

具体实施方式

图1示出了一种用于电能量储存器的电极-隔板复合物1。电极-隔板复合物1具有构造为阴极的电极2，其当前薄膜状或面型地构造。电极-隔板复合物1也具有构造为阳极3的电极3。阳极3当前也薄膜状或面型地构造。此外，电极-隔板复合物1具有隔板4。隔板4当前也薄膜状或面型地构造。隔板4布置在阴极2和阳极3之间。阴极2和阳极3通过隔板4在空间上和电气上相互分离。在此，隔板4的第一端面5与阴极2的第一端面6相对而置。隔板4的背离第一端面5的第二端面7与阳极3的第一端面8相对而置。

阴极2通过粘合材料9固定在隔板4处。为此，粘合材料9布置在阴极2和隔板4之间，并且粘附在隔板4的第一端面5和阴极2的第一端面6处。阴极2的位置通过粘合材料9相对于隔板4固定在电极-隔板复合物1中。阳极3也通过粘合材料9固定在隔板4处。为此，粘合材料9布置在阳极3和隔板4之间，并且粘附在隔板4的第二端面7和阳极3的第一端面8处。阳极3的位置通过粘合材料9相对于隔板4固定在电极-隔板复合物1中。

所使用的粘合材料9具有碳酸乙烯酯。由此产生的优点之后还进行解释。当前，粘合材料9由碳酸乙烯酯组成。然而，除了碳酸乙烯酯之外，粘合材料9还可以具有至少一种另外的物质(例如聚合物粘合剂)以加强粘合材料9的粘合效果。

图2示出了粘合材料9在隔板4的第一端面5上的布置。如从图2可以看出的那样，粘合材料9面型地布置在隔板4的第一端面5上。因此，粘合材料9作为第一粘合材料层10布置在隔板的第一端面5上。

图3示出了根据另一个实施例的粘合材料9在隔板4的第一端面5上的布置。在图3中所示的实施例中，粘合材料9线状地布置在隔板4的第一端面5上。

图4示出了根据另一个实施例的粘合材料9在隔板4的第一端面5上的布置。在图4中所示的实施例中，粘合材料9点状地布置在第一端面5上。

图5示出了根据另一个实施例的粘合材料9在隔板4的第一端面5上的布置。在图5中所示的实施例中，粘合材料9框架状地布置在第一端面5上。

除了图2至图5中所示的实施例之外，还可以在隔板4的第一端面5上另外地布置粘合材料9。例如，粘合材料9框架状地布置在隔板4的第一端面5上，其中，粘合材料9在隔板4的第一端面5的框住的区段中附加地点状地布置在隔板4的第一端面5上。粘合材料9在隔板4的第二端面7上的布置优选与粘合材料9在隔板4的第一端面5上的布置相对应。

电器隔板复合物1此外具有另外的隔板11。另外的隔板11可选地存在。当前，另外的隔板11布置在阴极2的背离隔板4的一侧上。另外的隔板11当前也薄膜状或面型地构造。阴极2的第二端面12与另外的隔板11的第一端面13相对而置。另外的隔板11也通过粘合材料9固定在阴极2处。为此，粘合材料9布置在阴极2和另外的隔板11之间，并且粘附在阴极2的第二端面12和另外的隔板11的第一端面13处。根据另一个实施例，另外的隔板11布置在阳极3的背离隔板4的一侧上，并且通过粘合材料9固定在阳极3上。

根据图1中所示的实施例，粘合材料9也布置在另外的隔板11的背离阴极2的第二端面14上。备选于此，粘合材料9也布置在阳极3的背离隔板4的第二端面15上。因此，粘合材料9也布置在电极-隔板复合物1的外部端面上。由此产生的优点之后进行解释。

在下文中，参照图6描述一种用于制造电极-隔板复合物1的方法。图6依据流程图示出了该方法。

在第一步骤S1中，提供阴极2、阳极3、隔板4和另外的隔板11。

在第二步骤S2中，将粘合材料9布置在隔板4的第一端面5和第二端面7上，以及另外的隔板11的第一端面13和第二端面14上。然而，粘合材料9到隔板4和11的端面5,7,13和14上的施加不是强制地设置。备选于此，粘合材料9例如也可以布置在电极2和3的端面6,8,12和15上。优选地，在第二步骤S2中将粘合材料9融化或熔化。由此增加了粘合材料9的可加工性。由于碳酸乙烯酯的熔化温度(约35℃至39℃)，粘合材料9可以在温度较低的情况下熔化。

在第三步骤S3中，将阳极3、隔板4、阴极2和另外的隔板11按照图2中所示的顺序堆叠，以便获得电极-隔板堆。

根据图6中所示的实施例，首先在步骤S2中使电极2和3和/或隔板4和11设置有粘合材料9，并且随后在步骤S3中堆叠。根据另一个实施例，取而代之，并行地执行粘合材料9的设置和堆叠。因此，例如首先将阴极2放置在设置有粘合材料9的另外的隔板11上。随后才使阴极2设置有粘合材料9，并且然后将隔板4放到阴极2上。

在第四步骤S4中，将阴极2和阳极3通过粘合材料9固定在隔板4处，以制造电极-隔板复合物1。此外，将另外的隔板11通过粘合材料9固定在阴极2处。优选地，电极2和3在隔板4和11处的固定通过层压来实现。例如，在第三步骤S3中将获得的电极-隔板堆为此供应给层压设备，在其中将电极-隔板堆加热并加载以压制力。

在下文中，参照图7更详细地解释一种用于制造电能量储存器的方法。图7依据流程图示出了该方法。

在第一步骤V1中，提供至少一个电极和至少一个隔板。

在第二步骤V2中，将隔板与电极相邻布置。

在第三步骤V3中，将电极通过粘合材料固定在隔板处，以制造电极-隔板复合物。例如，在第二步骤V2之前，已经将粘合材料施加到隔板和/或电极上。在下文中，示例性地假定图1中所示的电极-隔板复合物1通过方法步骤V1至V3制造。因此，使用具有碳酸乙烯酯的粘合材料9作为粘合材料。然而，也可以使用另一种粘合材料，这之后还进行解释。

在第四步骤V4中，将在第三步骤V3中制造的电极-隔板复合物1中的多个如此堆叠，使得在两个相邻的电极之间始终布置有隔板。根据图7中所示的实施例，将两个电极-隔板复合物1堆叠。然而，也可以将超过两个的电极-隔板复合物1堆叠。

在第五步骤V5中，将阳极3布置在那么外部的另外的隔板11的第二端面14上。然后，通过阳极3形成在第四步骤V4中获得的堆的两个外部端面。随后，在第五步骤V5中对该堆进行层压。由此获得了由多个电极-隔板复合物1和附加的阳极3组成的电极-隔板复合物。

在第六步骤V6中，提供用于能量储存器的壳体16。当前，壳体16是用于反突片设计中的棱形电池的壳体。

在第七步骤V7中，将在步骤V5中获得的电极-隔板复合物布置在壳体16中。

在第八步骤V8中，提供液态电解质17。在第九步骤V9中，将电解质17填入到壳体16中，以制造能量储存器18。在此使用电解质17，所使用的粘合材料可溶解于该电解质。这导致：粘合材料通过电解液17溶解，从而也可以将隔板4和11以及电极2和3的先前通过粘合材料占据的区段利用电解液17浸润。如上所述，当前使用具有碳酸乙烯酯的粘合材料9作为粘合材料。在使用这种粘合材料时，优选使用电解质17，其具有至少一种在室温下液态的碳酸酯。碳酸乙烯酯在室温下液态的碳酸酯中典型地具有良好的溶解性。特别优选地，电解质17具有碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和/或碳酸丙烯酯作为碳酸酯。

根据另一个实施例，使用与具有碳酸乙烯酯的粘合材料9不同的粘合材料和/或与具有至少一种在室温下液态的碳酸酯的电解质17不同的电解质。在任何情况下，使用可溶解于所使用的电解质的粘合材料。由此基本上实现如下优点：将电极和隔板在电极-隔板复合物中通过粘合材料占据的区段利用电解质浸润。由此增加了所获得的能量储存器18的离子传导性。

附图标记列表

1电极-隔板复合物

2 阴极

3 阳极

4 隔板

5 端面

6 端面

7 端面

8 端面

9 粘合材料

10 粘合材料层

11 另外的隔板

12 端面

13 端面

14 端面

15 端面

16 壳体

17 电解质

18 能量储存器

Claims (14)

1.一种用于电能量储存器的电极-隔板复合物，其具有至少一个电极(2,3)以及至少一个与所述电极(2,3)相邻布置的隔板(4,11)，其中，所述电极(2,3)和所述隔板(4,11)通过粘合材料(9)相互固定，其特征在于，所述粘合材料(9)具有碳酸乙烯酯。

2.根据权利要求1所述的电极-隔板复合物，其特征在于，所述粘合材料(9)由碳酸乙烯酯组成。

3.根据前述权利要求中任一项所述的电极-隔板复合物，其特征在于，所述粘合材料(9)布置在所述电极(2,3)和所述隔板(4,11)之间，并且既粘附在所述电极(2,3)处又粘附在所述隔板(4,11)处。

4.根据前述权利要求中任一项所述的电极-隔板复合物，其特征在于，所述粘合材料(9)线状、点状、框架状和/或面型地布置在所述隔板(4,11)上。

5.根据前述权利要求中任一项所述的电极-隔板复合物，其特征在于，所述电极-隔板复合物(1)具有至少一个另外的电极(3)，所述电极(3)布置在所述隔板(4)的背离所述电极(2)的一侧上，并且所述另外的电极(3)和所述隔板(4)通过具有碳酸乙烯酯的粘合材料(9)相互固定。

6.根据前述权利要求中任一项所述的电极-隔板复合物，其特征在于，所述电极-隔板复合物(1)具有至少一个另外的隔板(11)，所述隔板布置在所述电极(2,3)的背离所述隔板(4)的一侧上，并且所述电极(2,3)和所述另外的隔板(11)通过具有碳酸乙烯酯的粘合材料(9)相互固定。

7.根据前述权利要求中任一项所述的电极-隔板复合物，其特征在于，所述电极-隔板复合物(1)具有至少三个电极(2,3)，并且外部电极(3)构造为阳极(3)。

8.一种用于制造电极-隔板复合物的方法，其中，提供至少一个电极(2,3)和至少一个隔板(4,11)，其中，将所述电极(2,3)与所述隔板(4,11)相邻布置，并且其中，将所述电极(2,3)和所述隔板(4,11)通过粘合材料(9)相互固定，其特征在于，使用具有碳酸乙烯酯的粘合材料(9)。

9.一种用于制造电能量储存器的方法，其中，提供至少一个电极(2,3)和至少一个隔板(4,11)，其中，将所述电极(2,3)与所述隔板(4,11)相邻布置，其中，将所述电极(2,3)和所述隔板(4,11)通过粘合材料(9)相互固定，以制造电极-隔板复合物(1)，其中，提供用于所述能量储存器(18)的壳体(16)，其中，将所述电极-隔板复合物(1)布置在所述壳体(16)中，并且其中，将电解质(17)、尤其是液态电解质填入到所述壳体(16)中，以制造所述能量储存器(18)，其特征在于，使用可溶解于所述电解质(17)的粘合材料(9)。

10.据权利要求9所述的方法，其特征在于，使用如下粘合材料(9)，所述粘合材料在所制造的能量储存器(18)中是惰性的。

11.据权利要求9所述的方法，其特征在于，使用如下粘合材料(9)，所述粘合材料在所制造的能量储存器(18)中影响所述能量储存器(18)的至少一种电化学特性。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其特征在于，使用具有碳酸乙烯酯的粘合材料(9)。

13.根据权利要求12的方法，其特征在于，使用碳酸乙烯酯作为粘合材料(9)。

14.根据权利要求9至13中任一项所述的方法，其特征在于，使用如下电解质(17)，所述电解质具有至少一种在室温下液态的碳酸酯。