DE102004053479A1 - Lithium-polymer-system based high duty batteries comprises lithium-intercalable titanate as negative electrode and lithium-intercalable iron phosphate as positive electrode - Google Patents

Lithium-polymer-system based high duty batteries comprises lithium-intercalable titanate as negative electrode and lithium-intercalable iron phosphate as positive electrode Download PDF

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Abstract

Lithium-polymer-system based high duty batteries (I) comprises lithium-intercalable titanate (A) as negative electrode and lithium-intercalable iron phosphate (A1) as positive electrode. Independent claims are also included for: (1) high speed lithium-polymer-energy storage (having an active cathode mass, an active anode mass and an arrester, where the active electrode masses are mixed and/or mixed intensively with lead salt and/or solvent, and then extruded and separately laminated on the arrester material to electrodes) comprising forming the active electrode masses following the intensive mixing and before extruding with polymer binder to active substance-concentrated; (2) a method for preparing lithium-polymer batteries by means of a arrester, electrode mass for cathode and anode and separator comprising compound system comprising subjecting the arrester foil to extrusion with electrode mass and subsequently joining with separator material, which is in contact with the electrode mass at the electrode substrate side; and (3) lithium polymer high speed energy storage obtained by the method.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Hochleistungs-Lithium-Polymer-Batterien mit Titanaten als negativem und Eisenphosphaten als positivem Elektrodenmaterial. Im einzelnen betrifft die Erfindung ein Verfahren, in dem Ableiterfolien mit extrudierten Elektrodenmassen beaufschlagt werden und anschließend mit Separatormaterial zu einem Trilaminat zusammengefügt werden. Einzelheiten zur Herstellung von Lithium-Polymer-Batterien sind literaturbekannt und dem „Handbook of Battery Materials", Herausgeber: I.O. Besenhard, Verlag VCH, Weinheim 1999, zu entnehmen (1). Spezielle Herstellungsverfahren, wie z. B. der sog. Bellcore-Prozess sind in „Lithium Ion Batteries", Herausgeber: M. Wakihara and O. Yamamoto, Verlag VCH, Weinheim 1998, S. 235 u. 10.9 (2) beschrieben.The invention relates to a method for producing high-performance lithium polymer batteries with titanates as negative and iron phosphates as positive electrode material. In particular, the invention relates to a method in which conductor sheets are subjected to extruded electrode masses and then combined with separator material to form a trilaminate. Details on the production of lithium polymer batteries are known from the literature and can be taken from the "Handbook of Battery Materials", published by: IO Besenhard, Verlag VCH, Weinheim 1999. (1) Special production methods, such as, for example, the so-called Bellcore method. Process are in "Lithium Ion Batteries", published by: M. Wakihara and O. Yamamoto, Verlag VCH, Weinheim 1998, p 235 u. 10.9 (2).

Die Verwendung von Eisenphosphaten z. B. LiFePO4 als interessantes Kathodenmaterial ist u. a. in den Abstracts der Battery and Fuel Cell Symposium, Graz Apr. 18–22, 2004, Seite 127 sowie im US Pat 2004/0185343 beschrieben (3). Weitere Informationen LiFePO4 sind im Journal of Power Sources 119–121 (2003), 239–246; 247–251, 252–257, 258–261 und 278–284 aufgelistet (4). Die Verwendung als Kathodenmaterial auch als Carbon beschichtetes Material wird u. a. in US 2003/0064287 und US 200/20182497 und US 005910382 beschrieben. Interessant ist, dass in allen Fällen das LiFePO4 als positives Elektrodenmaterial mit Li bzw. Li auf Mesocarbonmicrobeads (MCMB) als negative Elektrode eingesetzt wird.The use of iron phosphates z. B. LiFePO 4 as an interesting cathode material is described inter alia in the abstracts of the Battery and Fuel Cell Symposium, Graz Apr. 18-22, 2004, page 127 and in US Pat 2004/0185343 (3). Further information LiFePO 4 are in the Journal of Power Sources 119-121 (2003), 239-246; 247-251, 252-257, 258-261 and 278-284 (4). The use as a cathode material also as a carbon-coated material is described inter alia in US 2003/0064287 and US 200/20182497 and US 005910382 described. It is interesting that in all cases the LiFePO 4 is used as a positive electrode material with Li or Li on mesocarbon microbeads (MCMB) as a negative electrode.

Diese Erfindung betrifft jedoch Li-Batteriesysteme bei denen als negatives Elektrodenmaterial Titanate verwendet werden und zwar als Gegenelektrode zu den Eisenphosphaten als positivem Elektrodenmaterial. Die Verwendung von Titanaten z. B. Li4Ti5O12 als negative Elektrode ist bereits in US Pat. 2002/20102205 und US Pat. 5514490 beschrieben, jedoch entspr. US Pat. 5460904 mit Mn bzw. Co- oder Nioxiden als positive Gegenelektrode.However, this invention relates to Li battery systems in which titanates are used as the negative electrode material as a counter electrode to the iron phosphates as a positive electrode material. The use of titanates z. B. Li 4 Ti 5 O 12 as a negative electrode is already described in US Pat. 2002/20102205 and US Pat. 5514490, but corresponds to US Pat. 5460904 with Mn or Co or Nioxiden as a positive counter electrode.

Wesentliches Merkmal dieser Erfindung ist die gleichzeitige d. h. parallele Verwendung von Titanaten als negativem Elektrodenmaterial und Eisenphosphaten als positivem Elektrodenmaterial. Beide Materialien werden als Lithium-Interkalate (Einlagerungsverbindungen) eingesetzt. Wichtig und qualitätsbestimmend sind hierbei Form und Größe der Komponenten. Bei den Titanaten sind verzerrte Oktaeder entspr. der Brookit-Struktur mit drei, entspr. der Rutil-Struktur mit zwei und entspr. der Anatas-Struktur mit vier gemeinsamen TiO6-Oktaeder-Kanten, bevorzugt aber auch Perowskit Strukturen mit O6-Oktaederlücken, in denen Ti+4 Ionen eingelagert sind, sind geeignet; ebenso Spinell Typen (Electrochem. Soc. 142, 1431 [1995].An essential feature of this invention is the simultaneous ie parallel use of titanates as a negative electrode material and iron phosphates as a positive electrode material. Both materials are used as lithium intercalates (intercalation compounds). Important and quality determining here are the shape and size of the components. In the case of the titanates, distorted octahedra are corresponding to the brookite structure with three, corresponding to the rutile structure with two and corresponding to the anatase structure with four common TiO 6 octahedral edges, but preferably also perovskite structures with O 6 octahedral gaps , in which Ti +4 ions are embedded, are suitable; also spinel types (Electrochem., Soc., 142, 1431 [1995].

Von elementarer Bedeutung ist das Vorliegen von geordneten Nano-Strukturen, d.h. amorphe Materialien sind weitgehend ungeeignet. Mindestens 60 Gew.-% der eingesetzten erfindungsgemäßen Titanate sollten nanostrukturiert vorliegen. Zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit werden die Titanate mit Ruß, natürlichem Graphit und/oder synthetischem Graphit oder auch Zinnpulver beschichtet (gecoated) oder auch abgemischt. Die Menge der Abmisch- bzw. Zusatzkomponente beträgt 1–10 Gew.-% bezogen auf die Einsatzmenge der Li-interkalierbaren Titanaten.From elementary importance is the presence of ordered nano-structures, i.e. amorphous materials are largely unsuitable. At least 60% by weight of the titanates used according to the invention should be nanostructured available. To improve the electrical conductivity the titanates become sooty, natural Graphite and / or synthetic graphite or tin powder coated (co-coated) or mixed. The amount of blending or additive component is 1-10% by weight based on the amount of Li-intercalatable titanates.

Das Li-interkalierbare Eisenphosphat wird vorzugsweise nanostrukturiert eingesetzt und zwar in Mengen von 60–85 Gew.-% bezogen auf das Material der positiven Elektrode. Ebenfalls wie bei der Anode dienen Zusätze von elektrisch leitfähigem Material auf Basis von Kohlenstoff (Ruß, Graphit) oder elektrisch leitfähige Polymere wie Polyanilin, Polypyrrol, Polythiophen zur Verminderung der Kontaktwiderstände. Die Menge dieser Zusätze die als Beschichtung (coating) oder als Abmischung eingesetzt werden, beträgt 1–10 Gew.-%, bezogen auf die FePo4 Masse der positiven Elektrode.The Li-intercalatable iron phosphate is preferably used nanostructured and in amounts of 60-85 wt .-% based on the material of the positive electrode. As with the anode, additions of electrically conductive material based on carbon (carbon black, graphite) or electrically conductive polymers such as polyaniline, polypyrrole, polythiophene are used to reduce contact resistance. The amount of these additives which are used as a coating or as a blend, is 1-10 wt .-%, based on the FePo 4 mass of the positive electrode.

Die Partikelgröße liegt im Schnitt bei ca. 400 nm, wobei 90 < 700 nm sind. Die BET Oberfläche beträgt 10–20 m2/g (Battery and Fuel Symposium, Graz Ap. 18–22, 2004, S. 127/128).The Particle size is on average at about 400 nm, where 90 <700 nm. The BET surface area is 10-20 m2 / g (Battery and Fuel Symposium, Graz Ap. 18-22, 2004, p. 127/128).

Ein wesentliches Ziel dieser Erfindung ist nicht nur die Neuartigkeit des Systems, sondern auch durch hohe Ordnungszustände der verwendeten Kristallite, sowohl für die Anode als auch für die Kathode und eine definierte Nano-Partikel-Struktur, 1. die Zyklenfertigkeit zu verbessern aber auch die Batterieleistung deutlich zu erhöhen.One The essential aim of this invention is not only the novelty of the system, but also by high order states of the used crystallites, both for the anode and for the cathode and a defined nano-particle structure, 1. to improve the cycle skill but also the battery power to increase significantly.

Im Stand der Technik zur Herstellung der Lithium-Polymer-Batterien werden folgende grundsätzlich verschiedene Verfahren verwendet:

  • 1. der Beschichtungsprozess, bei dem (die) der für die Kathoden bzw. Anodenmasse erforderliche Polymerbinder gelöst wird. Beispielsweise wird eine 5–10%ige Lösung aus Fluorelastomeren, die als Homo- oder Copolymere vorliegen, mit z. B. N-Methyl-pyrrolidon (NMP) als Lösungsmittel hergestellt und diese Polymerlösung mit den kathoden- bzw. anodenspezifischen Zusätzen wie Li-interkalierbare Metalloxide bzw. Li-interkalierbare Kohlenstoffe (Ruß, Graphit o. ä.) versetzt und dispergiert. Diese Dispersion wird dann mit einem in der Technik bekannten Beschichtungsverfahren auf Stromkollektoren aufgetragen.
The following fundamentally different methods are used in the prior art for producing the lithium polymer batteries:
  • 1. the coating process, in which (the) required for the cathode or anode material polymer binder is dissolved. For example, a 5-10% solution of fluoroelastomers, which are present as homopolymers or copolymers, with z. B. N-methyl-pyrrolidone (NMP) prepared as a solvent and this polymer solution with the cathode or anode-specific additives such as Li-intercalatable metal oxides or Li-intercalatable carbons (carbon black, graphite o. Ä.) And dispersed. This dispersion is then applied to current collectors using a coating process known in the art.

Eine Variante (1a) der oben beschriebenen Beschichtungstechnik besteht in der Verwendung von wässrigen Polymerdispersionen anstelle der Polymerlösungen mit anorganischen Lösungsmitteln.A Variant (1a) of the coating technique described above in the use of aqueous Polymer dispersions instead of the polymer solutions with inorganic solvents.

Die nach 1 bzw. 1a erhaltenen Beschichtungen werden nach dem Trocknen zu rechteckigen oder Wickelzellen verarbeitet (gewickelt), wobei als Zwischenlage ein sog. Separator mit porösen Strukturen, z. B. aus Cellgard o. ä., verwendet wird. Ein derart hergestelltes System wird verkapselt und vor dem Verschließen mit Leitsalzlösung (Elektrolyt, d. h. Leitsalz gelöst in aprotischen Lösungsmitteln), z. B. durch Anlegen von Vakuum, gefüllt wird.The Coatings obtained according to 1 or 1a are after drying processed into rectangular or wound cells (wound), wherein as a separator, a so-called. Separator with porous structures, eg. From Cellgard o. Ä., is used. A system made in this way is encapsulated and before closing with conductive salt solution (Electrolyte, that is dissolved electrolyte salt in aprotic solvents), z. B. by applying vacuum is filled.

Der Bellcore-Prozess (1b) ist eine weitere Variante der Beschichtungstechnik, hier wurde schon in die Anoden- bzw. Kathodenmasse eine Komponente (z. B. Dibutylphthalat DBP) mit eingearbeitet, die vor der Zusammenführung von Anode/Kathode/Separator im sog. Bellcore-Prozess (vgl. Lit. 2) herausgelöst wird, um ausreichende Porosität d. h. Aufnahmevermögen für die Leitsalzlösung (Elektrolyt) zu schaffen.Of the Bellcore process (1b) is another variant of the coating technique, Here was already in the anode or cathode material a component (For example, dibutyl phthalate DBP) incorporated before the merger of Anode / cathode / separator is dissolved in the so-called Bellcore process (see reference 2), sufficient porosity d. H. receptivity for the conducting salt To create (electrolyte).

Das US-Patent US-A-5,296,318 beschreibt eine wiederaufladbare Lithium-Interkalationsbatterie mit hybridem Polymerelektrolyten. Wesentliches Element dieses Patents sind polymere Elektrolyten, die als selbsttragende Filme ausgebildet werden und aus einem Copolymer aus Vinylidenfluorid und Hexafluorpropylen in einem Gewichtsverhältnis bestehen, indem Hexafluorpropylen Copolymer nicht kristallisiert oder geliert, sodass gute Filmfestigkeit sowie ionische Leitfähigkeit erzielt wird. Auch dieses Patent beschreibt lediglich Lösungsmittelgebundene Verfahren zur Bildung des Laminataufbaus.The U.S. Patent US-A-5,296,318 describes a rechargeable lithium intercalation battery with hybrid polymer electrolyte. Essential element of this patent are polymeric electrolytes, which are formed as self-supporting films and from a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene in a weight ratio consist of hexafluoropropylene copolymer does not crystallize or gelled, giving good film strength as well as ionic conductivity is achieved. This patent also describes only solvent-bound Process for forming the laminate structure.

Die US-A-5,456,000 beschreibt die Herstellung einer wiederaufladbaren Lithiumionen-Batteriezelle. Die Elektroden- und Separator-Schichten werden aus selbsttragenden Filmlagen aufgebaut. Ihr wesentliches Element ist ihr Gehalt an Polymerbinder aus einer Polyvinylidenfluorid-Copolymermatrix und einem kompatiblen organischen Weichmacher, der später entfernt wird. So wird eine homogene Zusammensetzung in Form eines flexiblen, selbsttragenden Films erhalten. Derartige Polymermaterialien in den Filmschichten stellen homogene Zusammensetzungen ohne Bildung von Salz- und Polymerkristalliten bei oder unter Raumtemperatur bereit. Ferner zeigt die Membran kein Austreten des Lösungsmittels. Die zusammengefügte Batteriezelle liegt in „inaktivem" Zustand vor, d. h. ohne Elektrolytsalz in der Bindemittelmatrix. Zur Aktivierung wird die Laminatstruktur in einer Elektrolytsalzlösung imprägniert, vorzugsweise nachdem der Weichmacher zu großem Teil extrahiert wurde. Das entscheidende Copolymer für den Polymerbinder umfasst Vinylidenfluorid und Hexafluorpropylen als Co-Monomere in definierten Gewichtsverhältnissen. Obwohl die Extrusion als Verfahrensvariante für die Laminierung von Elektroden- und Elektrolytelementen kurz erwähnt ist, führt die gesamte übrige Beschreibung lediglich eine Beschichtung von Flüssigmischungen auf Trägersubstrate aus.The US-A-5,456,000 describes the preparation of a rechargeable Lithium ion battery cell. The electrode and separator layers become off built up self-supporting film layers. Your essential element is their content of polymer binder from a polyvinylidene fluoride copolymer matrix and a compatible organic plasticizer, which will be removed later becomes. So a homogeneous composition in the form of a flexible, self-supporting film received. Such polymer materials in The film layers provide homogeneous compositions without formation of salt and polymer crystallites at or below room temperature. Furthermore, the membrane shows no leakage of the solvent. The assembled battery cell is in "inactive" state, d. H. without electrolyte salt in the binder matrix. To activate the laminate structure is impregnated in an electrolyte salt solution, preferably after the plasticizer has been extracted to a large extent. The ultimate copolymer for the polymer binder includes vinylidene fluoride and hexafluoropropylene as co-monomers in defined weight ratios. Although the extrusion as a process variant for the lamination of electrode and electrolyte elements is mentioned briefly, leads the entire remaining description only a coating of liquid mixtures on carrier substrates out.

Die US-A-5,631,103 baut auf dem oben diskutierten US-Patent 5,456,000 auf und berücksichtigt insbesondere die kombinierte Verbesserung von mechanischer Integrität wie auch die Verbesserung der ionischen Leitfähigkeit. Wichtigstes Element dieses Patents ist das filmartige Elektrolytmaterialsystem 26. Es umfasst eine aktive Elektrolytspezies (Leitsalz) und eine Multiphasen-Polymerträgerstruktur bestehend aus einem Gelpolymer und Füllmaterial.The US-A-5,631,103 is based on US Patent 5,456,000 discussed above up and taken into account in particular the combined improvement of mechanical integrity as well the improvement of ionic conductivity. Most important element This patent is the film-like electrolyte material system 26. It comprises an active electrolyte species (conducting salt) and a multi-phase polymer carrier structure consisting of a gel polymer and filler.

Ein grundsätzlich anderer Prozess (2) ist die Extrusion. Z. B. betrifft das US-Patent Nr. 4,818,643 (entspr. EP 0 145 498 B1 und DE 34 85 832 T ) ein Verfahren zur Herstellung eines Polymer-Gel-Elektrolyten und einer Kathode ohne Verwendung eines Trägerlösungsmittels, wobei beide Komponenten über eine Düse in Folienform extrudiert werden.A fundamentally different process (2) is extrusion. For example, US Pat. No. 4,818,643 (corresponding to US Pat. EP 0 145 498 B1 and DE 34 85 832 T ) a process for producing a polymer gel electrolyte and a cathode without using a carrier solvent, wherein both components are extruded through a nozzle in film form.

Die Patentschrift DE 100 20 031 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Lithium-Polymerbatterien, in dem jeweils trägerlösungsmittelfreie Anodenmasse, Separator (Polymer-Gel-Elektrolyt) und Kathodenmasse in parallel geschalteten Extrudern extrudiert werden und anschließend als eine Einheit zusammengeführt werden, die mit Kollektorfolien laminiert wird.The patent DE 100 20 031 discloses a process for the production of lithium polymer batteries in which carrier carrier-free anode mass, separator (polymer gel electrolyte) and cathode mass are extruded in parallel-connected extruders and subsequently combined as a unit which is laminated with collector foils.

Nach diesem Verfahren soll eine trägerlösungsmittelfreie Herstellung von Lithium-Polymerbatterien dadurch erreicht werden, dass die beiden Elektrodenmassen und Polymer-Gelelektrolyt durch Mischen der jeweiligen Komponenten separat hergestellt werden, wobei der Polymer-Gelelektrolyt ein Polymergemisch enthält, das aus Polyvinylidenfluorid-Co-Hexafluorpropylen (PVdF-HFP) und aus Polymethylmethacrylat besteht, die drei Massenströme für die Anode, den Polymer-Gelelektrolyt und Kathode dann weitgehend zusammengeführt und die Anode, der Polymer-Gelelektrolyt und die Kathode gleichzeitig auf die Kollektorfolie laminiert werden. Die drei Produktströme verlassen die Austragsdüse des Extruders nicht als diskrete, separate und selbständige Produktströme, sondern als Mischung von Anodenmasse mit Polymergel und Kathodenmasse. Das bedeutet, ein solches Komponentengemisch ist als Batteriesystem nicht funktionsfähig, außerdem sind die Massen nicht in der Lage, die Mengen an Leitsalzlösung zu binden. Ferner besteht die Gefahr, dass nicht gebundenes Lösungsmittel, das bei der Verarbeitung ausschwitzt und beim Batteriebetrieb die Kollektorfolien-Laminierung unterwandert, zu einem erhöhten Innenwiderstand der Batterie führt, die Ablösung der Elektroden bewirkt und zu einem stetigen, irreversiblen Versagensmechanismus führt. Des weiteren treten in dem Extruder Temperaturen zwischen 95 und 165°C auf, um eine thermoplastische Verarbeitung der Massen zu gewährleisten. Bei derartigen Temperaturen werden die Massen jedoch aufgeschmolzen und bilden nach Laminierung Schichten mit erheblicher Oberflächenrauhigkeit. Die Nachteile derartiger Oberflächenrauhigkeiten sind in H.G. Elias, Makromoleküle, Band II, Seite 388–399 [1992], Hüthig und Wepf Verlag, Basel, New York beschrieben.According to this method, a carrier solvent-free production of lithium polymer batteries should be achieved by separately preparing the two electrode masses and polymer gel electrolyte by mixing the respective components, the polymer gel electrolyte corresponding to a polymer mixture consisting of polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene (PVdF-HFP) and polymethyl methacrylate, the three mass flows for the anode, the polymer gel electrolyte and cathode then largely merged and the anode, the polymer gel electrolyte and the cathode simultaneously on the collector foil be laminated. The three product streams do not leave the extruder discharge nozzle as discrete, separate and independent product streams, but rather as a mixture of anode mass with polymer gel and cathode mass. This means that such a mixture of components is not functional as a battery system, moreover, the masses are unable to bind the amounts of electrolyte solution. Furthermore, there is a risk that unbound solvent that swells during processing and undercuts collector foil lamination during battery operation results in increased internal resistance of the battery, causes detachment of the electrodes, and results in a steady, irreversible failure mechanism. Furthermore, temperatures between 95 and 165 ° C occur in the extruder to ensure thermoplastic processing of the masses. At such temperatures, however, the masses are melted and form layers with considerable surface roughness after lamination. The disadvantages of such surface roughnesses are described in HG Elias, Makromolekule, Volume II, page 388-399 [1992], Hüthig and Wepf Verlag, Basel, New York.

Die bislang beschriebenen Verfahren haben allesamt, wenn auch unterschiedliche Nachteile:
Bei den Beschichtungsprozessen (1–1a) muss in allen Fällen das organische Lösungsmittel bzw. das Wasser (eingeschleppt durch die Polymerlösung bzw. Dispersion) beseitigt werden. Verbleibendes Lösungsmittel führt zum „Fading", d.h. nachlassender Batterie-Effizienz und mangelnder Zyklenstabilität. Das organische Lösungsmittel muss aus Kostengründen und zum Umweltschutz entfernt werden, was hohe Trocknungstemperaturen bzw. beim kontinuierlichen Prozess längere Trocknungszeiten bei niedrigen Trocknungstemperaturen und Vakuum bedeutet. Analoges gilt für die Abtrennung von Wasser. Darüber hinaus führt dies zu Qualitätsdefiziten beim hergestellten Produkt, wie etwa Inhomogenitäten, Rissbildung beim engen Wickeln, verminderte Haftung auf den Stromkollektoren, Schädigung der Stromkollektoren, Unterwanderung des Films durch den Elektrolyten. Bei der Befüllung mit dem Elektrolyten erfolgt nur mangelnde Benetzung der Anoden- bzw. Kathodenmasse.
The methods described so far all have, albeit different disadvantages:
In the coating processes (1-1a), the organic solvent or the water (introduced by the polymer solution or dispersion) must be removed in all cases. Remaining solvent leads to "fading", ie decreasing battery efficiency and lack of cycle stability.The organic solvent must be removed for reasons of cost and environmental protection, which means high drying temperatures or longer drying times at low drying temperatures and vacuum during the continuous process In addition, this leads to quality deficiencies in the manufactured product, such as inhomogeneities, cracking during tight winding, reduced adhesion to the current collectors, damage to the current collectors, infiltration of the film by the electrolyte the anode or cathode ground.

Beim Prozess 1b ist die Porosität zur Aufnahme des Elektrolyten gegeben, jedoch gelten alle anderen bei 1–1a genannten Nachteile auch für 1b.At the Process 1b is the porosity to receive the electrolyte, however, all other apply at 1-1a mentioned Disadvantages also for 1b.

Bei (2) dem Extruderprozess ergeben sich folgende Nachteile:
Das in US Patent Nr. 4818643 offenbarte Verfahren verwendet Polyethylenoxid (PEO), das jedoch beim Batteriebetrieb keine Langzeitstabilität aufweist, d. h. Zyklenstabilität < 100. Der andere Extruderprozess ( DE 10020031 ) arbeitet, vgl. Beispiele, mit Elektrolyten auf Basis von EC/γ-BL (d.h. Ethylencarbonat, γ-Butyrolacton) mit LiClO4 als Leitsalz, wobei auch dieses System geringe Zyklenstabilität (<100) zeigt, da unter den Betriebsbedingungen der Batterie das γ-BL reagiert und störende Nebenprodukte liefert. Außerdem ist das beanspruchte Polymer PMM (Polymethyl(meth)acrylat) ebenfalls nicht stabil und führt zu störenden Nebenreaktionen. Die in den Beispielen genannten Rezepturen für Anode, Kathode und Separator (Polymer-Gel-Elektrolyt) und das im Beispiel (1) von DE 10020031 zitierte Verfahren führen mit den offenbarten Daten zu keiner funktionstüchtigen Batterie.
In (2) the extruder process has the following disadvantages:
The process disclosed in US Pat. No. 4,818,643 uses polyethylene oxide (PEO) which, however, has no long-term stability during battery operation, ie cycle stability <100. The other extruder process (US Pat. DE 10020031 ) works, cf. Examples with electrolytes based on EC / γ-BL (ie ethylene carbonate, γ-butyrolactone) with LiClO 4 as conductive salt, this system also showing low cycle stability (<100) since the γ-BL reacts under the operating conditions of the battery disturbing by-products. In addition, the claimed polymer PMM (polymethyl (meth) acrylate) is also not stable and leads to disturbing side reactions. The formulations mentioned in the examples for anode, cathode and separator (polymer gel electrolyte) and in the example (1) of DE 10020031 cited methods do not lead to a functioning battery with the disclosed data.

Somit besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein verbessertes Extrusionsverfahren zur Herstellung von Hochleistungs-Lithium-Polymer-Batterien bereitzustellen, das die vorstehend beschriebenen Nachteile vermeidet, insbesondere Lithium-Polymer-Batterien mit einer verbesserten Zyklenstabilität gewährleisten kann.Consequently the object of the invention is an improved extrusion process to provide high performance lithium polymer batteries, which avoids the disadvantages described above, in particular Lithium-polymer batteries can provide improved cycle stability.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 22 definiert.These The object is solved by the features of independent claim 1. preferred embodiments are in the dependent claims 2 to 22 defined.

Die bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Extrusionsverfahrens besteht darin, die mit dem Elektrodenmaterial beschichteten Ableiter synchron mit dem Separatormaterial zusammenzuführen.The preferred embodiment of the extrusion process according to the invention consists of the arrester coated with the electrode material synchronously with the separator material.

Die Ableiterfolien werden mit den extrudierten Elektrodenmassen beaufschlagt und anschließend mit Separatormaterial derart zusammengefügt, dass die mit der Elektrodenmasse beaufschlagte Elektrodensubstratseite mit dem Separatormaterial kontaktiert wird. Anode, Kathode und Separator werden zusammengeführt, so dass ein Verbund entsteht, bei dem der Separator als Zwischenlage für Anode/Kathode dient.The Conductive foils are exposed to the extruded electrode masses and subsequently assembled with separator material such that with the electrode mass applied electrode substrate side with the separator material will be contacted. Anode, cathode and separator are merged, so that a composite arises in which the separator as an intermediate layer for anode / cathode serves.

Der erhaltene Verbund kann dann vorzugsweise zu Mehrfachlagen verarbeitet und zu rechteckigen bzw. Wickelzellen gefertigt werden. Nach dem Verkapseln und Polen liegt eine Lithium-Polymer-Batterie vor, die nach der Formgebung mit einer Spannung von beispielsweise ca. 4 Volt und Zyklenzeiten > 300 betriebsbereit ist.Of the The composite obtained can then preferably be processed into multiple layers and are made into rectangular or winding cells. After this Encapsulate and Poland is a lithium polymer battery before shaping with a voltage of, for example, about 4 volts and cycle times> 300 ready for operation is.

Im folgenden werden die einzelnen Komponenten der erfindungsgemäß hergestellten Lithium-Polymerbatterien anhand bevorzugter Ausführungsformen beschrieben.in the The following are the individual components of the invention Lithium polymer batteries described by means of preferred embodiments.

Im einzelnen werden Ableiter A, z. B. Cu-Folie (Netz) für die Anode bzw. Ableiter K, z. B. Al-Folie (vorzugsweise für die Kathode) mit der Anodenmasse AM bzw. der Kathodenmasse KM für sich (separat) oder parallel synchron beaufschlagt und dann mit dem Separator S als Zwischenlage laminiert (L). Als Resultat ergibt sich ein Verbundsystem bestehend aus den Ableitern mit den Elektrodenmassen und dem Separator als Zwischenlage.in the individual become arrester A, z. B. Cu foil (mesh) for the anode or arrester K, z. B. Al foil (preferably for the cathode) with the anode mass AM or the cathode material KM for acted on (separately) or in parallel synchronously and then with the separator S as an intermediate layer laminated (L). As a result, results a composite system consisting of the arresters with the electrode masses and the separator as an intermediate layer.

Als Ableiter sind beispielsweise Folien, Netze oder Gewebe bzw. Vliese aus Metallen, aber auch Folien aus elektrisch leitfähigen Polymeren, wie etwa Polypyrrol, Polythiophen, Polyphenylen, Polyanilin, aber auch Vlies aus Carbonfasern oder Kohlenstofffolien, geeignet. Bevorzugt werden Cu für die Anode und Al für die Kathode.When Arresters are, for example, films, nets or fabrics or nonwovens made of metals, but also films of electrically conductive polymers, such as polypyrrole, polythiophene, polyphenylene, polyaniline, but Also fleece made of carbon fibers or carbon films, suitable. Prefers be cu for the anode and Al for the cathode.

Die Ableiter können in Dicken von 0,1 bis 30 μm, vorzugsweise von 0,5 bis 25 μm, weiter bevorzugt 2–20 μm; insbesondere 3–9 mm eingesetzt werden.The Arresters can in thicknesses of 0.1 to 30 μm, preferably from 0.5 to 25 μm, more preferably 2-20 μm; especially 3-9 mm be used.

Um Korrosion zu vermeiden und besseren Kontakt zu den Anoden- bzw. Kathodenmassen zu erreichen, werden die metallischen Ableiter vorzugsweise der Kathodenableiter vor dem Auftragen der Elektrodenmasse geprimert (d. h. mit einer elektrisch leitfähigen Adhäsionsschicht versehen).Around To avoid corrosion and better contact with the anode or cathode masses To achieve the metallic arrester are preferably the Cathode conductor primed before applying the electrode composition (i.e., provided with an electrically conductive adhesion layer).

Die erfindungsgemäßen Elektrodenmassen können wie folgt zusammengesetzt sein:
Die Elektrodenmasse für die Anode A umfasst:
Li-Titanate, die gegebenenfalls:
The electrode masses according to the invention can be composed as follows:
The electrode composition for the anode A comprises:
Li-titanates, which may be:

  • a. Kohlenstoffen (synth. oder natürlich), Graphit MCMB® oder ä. beschichtet oder abgemischt sind. Die Menge der Titanate beträgt 65–85 Gew.-% der Anodenmasse. Die Menge an Beschichtungs- oder Abmischungsmaterial beträgt 0,5 bis 10 Gew.-%, bezogen auf Li-Titanat.a. Carbon (synth. Or natural), graphite MCMB ® or Ä. Are coated or blended. The amount of titanates is 65-85% by weight of the anode mass. The amount of coating or blending material is from 0.5 to 10% by weight, based on Li titanate.
  • b. Elektrolyt aus Lithiumsalz und aprotischem Lösungsmittel. Das Lithiumsalz kann z. B. aus LiClO4, LiPF6, Lithiumorganoboraten bzw. Triflaten, Lithiumfluorsulfo-Derivaten, sowie solchen die im vorstehenden Dokument (1) beschrieben sind oder deren Mischung ausgewählt sein. Die Leitsalze liegen vorzugsweise gelöst vor, weiter bevorzugt 1–1,5 Molar. Die aprotischen Lösungsmittel kann aus z. B. Propylencarbonat, Ethylencarbonat, Diethylcarbonat, Dimethylcarbonat, Perfluoralkylether, vorzugsweise alkylierten Ethylen- bzw. Propylenglykolen oder solchen, die im vorstehenden Dokument (1), Kapitel 7.2 beschrieben sind, ausgewählt sein. Ein bevorzugtes aprotisches Lösungsmittel ist ein Gemisch aus verschiedenen Alkylcarbonaten, insbesondere bevorzugte Ethylen-, Diethyl-, Dimethylcarbonat in Mischungsverhältnissen von 1:1:1 bis 4:2:1. Die Menge Lithiumsalz + Lösungsmittel beträgt vorzugsweise 25–40 Gew.-% bezogen auf die Gesamtanodenmasse.b. Electrolyte of lithium salt and aprotic solvent. The lithium salt may, for. Example, from LiClO 4 , LiPF 6 , Lithiumorganoboraten or triflates, lithium fluorosulfonic derivatives, and those described in the above document (1) or be selected their mixture. The conductive salts are preferably dissolved, more preferably 1-1.5 molar. The aprotic solvent can be prepared from z. Example, propylene carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, perfluoroalkyl ethers, preferably alkylated ethylene or propylene glycols or those described in the above document (1), Chapter 7.2 be selected. A preferred aprotic solvent is a mixture of different alkylcarbonates, in particular preferred ethylene, diethyl, dimethyl carbonate in mixing ratios of 1: 1: 1 to 4: 2: 1. The amount of lithium salt + solvent is preferably 25-40 wt .-% based on the total anode mass.
  • c. Zusätze, wie z.B. Verdicker auf anorganischer Basis, vorzugsweise MgO, Al2O3, TiO2, Borat, weiter bevorzugt MgO, Al2O3, oder auf organischer Basis wie Polybutadienöle, Polyvinylpyrrolidon oder Polyalkylenoxide – Copolymere von Ethylenoxid, mit Propen oder Isobutenoxid mit verkappten Endgruppen können in Mengen von 0 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 8 Gew.-%, insbesondere bevorzugt bei 7,5 Gew.-% vorliegen.c. Additives, such as inorganic-based thickeners, preferably MgO, Al 2 O 3 , TiO 2 , borate, more preferably MgO, Al 2 O 3 , or on an organic basis such as polybutadiene, polyvinylpyrrolidone or polyalkylene oxides - copolymers of ethylene oxide, with propene or isobutene with capped end groups can be present in amounts of 0 to 10 wt .-%, preferably 0.1 to 8 wt .-%, particularly preferably 7.5 wt .-%.

Eine insbesondere bevorzugte Zusammensetzung für die Anodenmasse ist folgende: Li-Titanat 70 Gew.-% Li-oxalatoborat LiOB 8 Gew.-% Dimethoxyethan DME 1 Gew.-% Ethylencarbonat EC 7 Gew.-% Diethylcarbonat DEC 7 Gew.-% Dimethylcarbonat DMC 2 Gew.-% Dyneon THV 220® 5 Gew.-% A particularly preferred composition for the anode mass is as follows: Li-titanate 70% by weight Li-oxalatoborate LiOB 8% by weight Dimethoxyethane DME 1% by weight Ethylene carbonate EC 7% by weight Diethyl carbonate DEC 7% by weight Dimethyl carbonate DMC 2% by weight Dyneon THV 220 ® 5% by weight

Terpolymeres auf Basis von Tetrafluorethylen, Hexafluorpropylen und VinylidenfluoridTerpolymer based on of tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene and vinylidene fluoride

Eine weitere insbesondere bevorzugte Mischung für die Anodenmasse umfasst folgendes: Li-Titanat 65 %, Elektrolyt, bestehend aus einer 1 molaren LiPF6-Lösung in Ethylen-, Diethyl-, Dimethylcarbonat 1:1:1 30 %, sowie Dyneon THV X 310® (entspricht dem THV 220® nur mit einem Schmelzbereich von 140°C statt 120°C) 5 %. Die %-Angaben sind Gewichtsprozente bezogen auf die Gesamtanodenmasse.Another particularly preferred mixture for the anode composition comprises the following: Li titanate 65%, electrolyte consisting of a 1 molar LiPF 6 solution in ethylene, diethyl, dimethyl carbonate 1: 1: 1 30%, and Dyneon THV X 310 ® (corresponds to the THV 220 ® only with a melting range of 140 ° C instead of 120 ° C) 5%. The% data are percentages by weight based on the total anode mass.

Die Komponenten werden z. B. bei Temperaturen von 20–60°C, vorzugsweise bis 50°C vermischt. Dabei werden die Mischkomponenten vorzugsweise in der angegebenen Reihenfolge in ein Mischgerät, z. B. einen Voith-Mischer, gegeben und z. B. jeweils 20 Min. nach jeder Zugabe bei 40 U/Min gemischt, wobei vorzugsweise unter Ausschluss von Luftfeuchtigkeit, weiter bevorzugt unter Schutzgas, z. B. Argon (reinst), gearbeitet wird. Anschließend erfolgt die Extrusion in einem Collin-Extruder, wobei die Masse direkt auf den Ableiter aufgetragen wird. Die Elektrodenmasse für die Kathode K umfasst:

  • a) Li-interkalationsfähiges Eisenphosphat, gegebenenfalls Zusätze 1 bis 10 Gew.-% von Ruß, synth. oder natürl. Graphit oder Sn, vorzugsweise als Pulver in Mengen von 60–80 Gew.-% (bezogen auf die Kathodenmasse) eingesetzt.
  • b) Ferner Elektrolyt, Art und Menge entsprechen weitgehend den unter A b) (oben) aufgeführten (Mengen vorzugsweise 15–40 Gew.-%)
  • c) Außerdem können noch die bei der Anodenmasse unter c) beschriebenen Zusätze eingesetzt werden.
The components are z. B. at temperatures of 20-60 ° C, preferably mixed to 50 ° C. The mixing components are preferably in the order specified in a mixer, z. B. a Voith mixer, and z. B. 20 min. After each addition mixed at 40 rpm, preferably with the exclusion of atmospheric moisture, more preferably under inert gas, for. B. argon (reinst), is working. The extrusion then takes place in a Collin extruder, the mass being applied directly to the trap. The electrode composition for the cathode K comprises:
  • a) Li-intercalating iron phosphate, optionally additives 1 to 10 wt .-% of carbon black, synth. or nat. Graphite or Sn, preferably used as a powder in amounts of 60-80 wt .-% (based on the cathode mass).
  • b) Further electrolyte, type and amount largely correspond to those listed under A b) (above) (amounts preferably 15-40% by weight)
  • c) In addition, the additives described under c) can also be used.

Für die Kathode ist folgende Kathodenmasse insbesondere bevorzugt: Li-Eisenphosphat 75 Gew.-% Li-oxalatoborat LiOB 5 Gew.-% Dimethoxyethan DME 1 Gew.-% Ethylencarbonat EC 6 Gew.-% Diethylcarbonat DEC 4 Gew.-% Dimethylcarbonat DMC 1 Gew.-% Dyneon THV 220® 8 Gew.-% For the cathode, the following cathode composition is particularly preferred: Li-iron phosphate 75% by weight Li-oxalatoborate LiOB 5% by weight Dimethoxyethane DME 1% by weight Ethylene carbonate EC 6% by weight Diethyl carbonate DEC 4% by weight Dimethyl carbonate DMC 1% by weight Dyneon THV 220® 8% by weight

Eine weitere insbesondere bevorzugte Elektrodenmasse umfasst folgendes: Li-Eisenphosphat in einer Menge von 75 Gew.-%, Elektrolyt 20 Gew.-% (vgl. Anodenmasse), 5 Gew.-% Kynar 2801 (Copolymerisat: Vinylidenfluorid/Hexafluorpropylen 75:25).A further particularly preferred electrode composition comprises the following: Li iron phosphate in an amount of 75% by weight, electrolyte 20% by weight (See Anode mass), 5 wt .-% Kynar 2801 (copolymer: vinylidene fluoride / hexafluoropropylene 75:25).

Die Kathodenmasse wird vorzugsweise analog zur Anodenmasse bei Temperaturen von z. B. 20 bis 60°C, vorzugsweise bis 50°C zubereitet.The Cathode material is preferably analogous to the anode composition at temperatures from Z. B. 20 to 60 ° C, preferably up to 50 ° C prepared.

Als Separatoren für das erfindungsgemäße Verfahren sind Polymer-Gel-Elektrolyten mit und ohne Leitsalze, Gewebe bzw. Vliese mit poröser Struktur, z. B. Celgard, geeignet. Der Begriff „Gel" wird in H.G. Elias, Makromoleküle, Band II, Seite 735 [1992], Hüthig und Wepf Verlag, Basel, New York definiert.When Separators for the inventive method are polymer gel electrolytes with and without conductive salts, tissue or Nonwovens with porous Structure, e.g. As Celgard suitable. The term "gel" is used in H.G. Elias, Macromolecules, Vol II, page 735 [1992], Hüthig and Wepf Verlag, Basel, New York.

Geeignete Separatoren sind z. B. in Dokument (1), Teil II, Kapitel 9 und Teil III, Kapitel 8 beschrieben. Für den erfindungsgemäßen Prozess werden bevorzugt Polymer-Gel-Elektrolyten als Separatoren verwendet. Sie bestehen aus einem Polymer oder Polymergemischen, das das/die aprotische Lösungsmittel, vorzugsweise Alkylcarbonate, gegebenenfalls auch ein Leitsalz und/oder Leitsalzgemische, sowie mineralische Zusatzstoffe, wie etwa Al2O3, MgO, TiO2, Borat, enthält.suitable Separators are z. In document (1), part II, chapter 9 and part III, chapter 8. For the process according to the invention are preferred polymer gel electrolytes used as separators. They consist of a polymer or polymer mixtures, the aprotic solvent (s), preferably alkyl carbonates, optionally also a conductive salt and / or Conducting salt mixtures, as well as mineral additives, such as Al2O3, MgO, TiO2, borate.

Die Polymere können z.B. aus Polyolefinen, Polyisobuten, Butylkautschuk, Polybutadien, anionisch hergestellten Blockcopolymerisaten auf Basis von Styrol (α-Methylstyrol) mit Butadien und/oder Isopren, sowie Fluorelastomeren, vorzugsweise Terpolymeren auf Basis von TFE/PVDF/HFP, sowie Polyvinylpyrrolidon, Polyvinylpyridin, oder deren Mischung ausgewählt sein.The Polymers can e.g. from polyolefins, polyisobutene, butyl rubber, polybutadiene, anionic block copolymers based on styrene (Α-methylstyrene) with butadiene and / or isoprene, as well as fluoroelastomers, preferably Terpolymers based on TFE / PVDF / HFP, as well as polyvinylpyrrolidone, Polyvinylpyridine, or their mixture may be selected.

Der Anteil (Sp) des Polymers (bzw. des Gemisches) beträgt vorzugsweise 30–70 Gew.-% (bezogen auf die Gesamtmenge des Separators). Der Anteil des Elektrolyten (SE) beträgt vorzugsweise 30–70 Gew.-%. Der Anteil der Zusätze beträgt vorzugsweise 0–20 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Gesamtmasse des Separators.The proportion (Sp) of the polymer (or the mixture) is preferably 30-70 wt .-% (based on the total amount of the separator). The proportion of the electrolyte (S E ) is preferably 30-70 wt .-%. The proportion of additives is preferably 0-20 wt .-%, each based on the total mass of the separator.

Die Herstellung des Separators kann durch Mischen der Einzelkomponenten, vorzugsweise bei Temperaturen von 25°C bis 160°C, z. B, in einem Voith-Mischer, erfolgen.The Preparation of the separator can be achieved by mixing the individual components, preferably at temperatures of 25 ° C to 160 ° C, z. B, in a Voith mixer, respectively.

Die Dicke des Separators beträgt vorzugsweise 5–100 μm, weiter bevorzugt 10–50 μm.The Thickness of the separator is preferably 5-100 μm, further preferably 10-50 μm.

Die Elektrodenmasse kann in einer definierten Dicke von vorzugsweise 5–100 mm, weiter bevorzugt 10–100 μm, insbesondere 20–60 mm auf die Ableiter aufgetragen werden.The Electrode mass can be in a defined thickness of preferably 5-100 mm, more preferably 10-100 microns, in particular 20-60 mm are applied to the arrester.

Die Anodenmasse AM wird bei Temperaturen von vorzugsweise 50–100°C, z. B. aus einer Breitschlitzdüse auf den Ableiter A aufgebracht und vorzugsweise, z. B. über eine Rakelvorrichtung, auf eine definierte Dicke von 55–60 μm gezogen. Im nächsten Schritt wird der mit AM beschichtete Ableiter A mit dem Separator zusammengeführt; entweder synchron mit dem beschichteten Ableiter K oder in separaten, nicht synchronen Arbeitsschritten. Das Auftragen der Kathodenmasse KM auf den Ableiter kann analog erfolgen.The Anode mass AM is at temperatures of preferably 50-100 ° C, z. B. from a slot die applied to the arrester A and preferably, for. B. over a Doctor blade, drawn to a defined thickness of 55-60 microns. In the next Step, the AM coated arrester A is merged with the separator; either synchronous with the coated arrester K or in separate, not synchronous work steps. The application of the cathode material KM the arrester can be analogue.

Wichtig ist, dass jeweils die mit der Elektrodenmasse beschichtete Ableiterseite mit dem Separator belegt wird.Important is that in each case coated with the electrode ground arrester side is occupied with the separator.

Die Stromkollektoren werden vorzugsweise kontinuierlich mit Anodenmasse bzw. Kathodenmasse beschichtet, z. B. mit Pastiereinrichtungen und dann in einem Laminator zuammen mit dem Separator zu einem festen Verbund, gegebenenfalls bei erhöhten Temperaturen bis zu 100°C zusammengefügt. Alternativ kann der Austrag der Massen auch mittels Extrusion erfolgen, sofern auf eine geeignete, moderate Temperatursteuerung unterhalb der Schmelztemperatur der verarbeiteten Massen geachtet wird.The Current collectors are preferably continuous with anode material or cathode material coated, z. B. with pasting and then in a laminator together with the separator to a solid Composite, optionally at elevated Temperatures up to 100 ° C together. Alternatively, the discharge of the masses can also take place by means of extrusion, provided a suitable, moderate temperature control below the melting temperature of the processed masses is respected.

In einer Verfahrensvariante kann ferner das Aufbringen der Stromkollektoren synchron erfolgen.In A variant of the method may further include the application of the current collectors done synchronously.

Der Verbund gemäß aus Anode (A), Anodenmasse (AM), Separator (S), Kathodenmasse (KM), Kathode (K) und Ableiter (Stromkollektor) kann nach dem Laminieren zu rechteckigen oder Rundzellen, mit anschließendem Verkapseln und Kontaktieren (d.h. Zusammenfassen der Anode bzw. Kathode zu Plus- bzw. Minus- Pol der Batterien) kontinuierlich weiterverarbeitet werden.Of the Composite according to anode (A), anode mass (AM), separator (S), cathode mass (KM), cathode (K) and arrester (current collector) may become rectangular after lamination or round cells, followed by Encapsulating and contacting (i.e., summarizing the anode or Cathode to positive or negative pole of the batteries) continuously processed become.

Der Gesamtprozess kann kontinuierlich erfolgen, wobei die mit Anodenmasse bzw. Kathodenmasse beaufschlagten Ableiter vorzugsweise synchron mit dem Separator zusammengeführt werden. Die Bandgeschwindigkeit kann auch mit höheren Geschwindigkeiten gearbeitet werden.Of the Overall process can be continuous, with the anode mass or cathode material acted upon arrester preferably synchronously merged with the separator become. The tape speed can also work at higher speeds become.

Die Verarbeitung erfolgt vorzugsweise bei Raumtemperatur.The Processing preferably takes place at room temperature.

Ein wesentlicher Vorteil des Verbundsystems besteht darin, dass dieses als Folie vorliegt, die auf vielfältige Weise geformt werden kann. Daher können Batterieformen geschaffen werden, die nicht den klassischen Batterie-Zell-Formen entsprechen, sondern an den Verwendungszweck angepasst und/oder in das Arbeitsgerät integriert sind.One An essential advantage of the composite system is that this is present as a film, which are shaped in many ways can. Therefore, you can Battery shapes are created that do not correspond to the classic battery cell shapes, but adapted to the purpose and / or integrated into the implement are.

Die Gesamtvorteile dieses erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen in seiner Wirtschaftlichkeit:

  • – Herstellen der Elektrodenmassen bei Raumtemperatur
  • – Glatte Strukturen ohne Oberflächenrauhigkeiten
  • – Wegfall von Trocknungszeiten und konventionellen Beschichtungseinrichtungen
  • – Keine Unkosten durch Lösungsmittel
  • – Kein recyceln erforderlich
  • – Kontinuierliche Herstellung betriebsbereiter Batterien
  • – Kostengünstige einfache Fertigung
und in seiner umweltschonenden Konzeption.The overall advantages of this process according to the invention are its economy:
  • - Preparation of the electrode masses at room temperature
  • - Smooth structures without surface roughness
  • - Elimination of drying times and conventional coating equipment
  • - No expenses due to solvents
  • - No recycle required
  • - Continuous production of ready-to-use batteries
  • - Cost-effective simple production
and in its environmentally friendly conception.

In den nachfolgenden Beispielen werden weitere Details des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert. (Teile sind Gewichtsteile)In The following examples give further details of the process according to the invention explained. (parts are parts by weight)

Auftragen und Zubereitung der Anodenmasse:Application and preparation the anode mass:

Die Anodenmasse wird in einem Mischer (z.B. Voith) bei Raumtemperatur unter Argon (reinst) als Schutzgas zubereitet. Zum Einsatz gelangen Li-Titanat 65 %, Elektrolyt, bestehend aus einer 1 molaren LiPF6-Lösung in Ethylen-, Propylencarbonat 1:2:1 25 %, sowie Dyneon THV 220 5 %. Die %-Angaben sind Gewichtsprozente bezogen auf die Gesamtanodenmasse.The anode mass is prepared in a mixer (eg Voith) at room temperature under argon (purest) as inert gas. Li-titanate 65%, electrolyte consisting of a 1 molar LiPF 6 solution in ethylene, propylene carbonate 1: 2: 1 25%, and Dyneon THV 220 5% are used. The% data are percentages by weight based on the total anode mass.

Die Komponenten werden im Extruder vermischt und dann kontinuierlich auf vorbeigeführte Separatorfolie mit einer Dicke von 20 μm mittels einer Breitschlitzdüse aufgetragen.The Components are mixed in the extruder and then continuously on passed Separator foil applied with a thickness of 20 microns by means of a slot die.

Auftragen und Zubereitung der Kathodenmasse:Application and preparation the cathode mass:

Entsprechend der oben genannten Zubereitung wird LiFePO4 einer Menge von 75 Gew.-%, mit Elektrolyt 20 Gew.-% (vgl. oben) (1 molar LiPF6 Lösung in Ethylencarbonat Diethylcarbonat, Dimethylcarbonat) angepastet, mit 5 Gew.-% Polybutadienöl (vgl. oben) versetzt und dann auf der Gegenseite der (mit Anodenmasse einseitig beschichteten) Separatorfolie aufgetragen, Dicke 25 μm. Das verwendete LiFePO4 ist mit 2 Gew.-% MCMB gecoatet.According to the above preparation, LiFePO 4 is compounded in an amount of 75% by weight, with electrolyte 20% by weight (see above) (1 molar LiPF 6 solution in ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate), with 5% by weight of polybutadiene oil (see above) and then applied to the opposite side of the (with anode mass coated on one side) Separatorfolie, thickness 25 microns. The LiFePO 4 used is coated with 2 wt .-% MCMB.

Aufbringen der Elektrodenmassen auf die Ableiter Anodenmasse AM auf den Ableiter A (Cu-Folie)Applying the electrode masses on the arrester anode mass AM on the arrester A (Cu foil)

Die erfindungsgemäße Anodenmasse besteht aus: Li-Titanat mit 2 Gew.-% MCMB gecoatet 68 Gew.-% Li-oxalatoborat LiOB 8 Gew.-% Ethylencarbonat EC 7 Gew.-% Propylencarbonat PC 7 Gew.-% Dyneon THV 220® 10 Gew.-% The anode composition according to the invention consists of: Li-titanate coated with 2 wt .-% MCMB 68% by weight Li-oxalatoborate LiOB 8% by weight Ethylene carbonate EC 7% by weight Propylene carbonate PC 7% by weight Dyneon THV 220® 10% by weight

Sie wird bei Temperaturen von 20–50°C kompoundiert, wobei in der angegebenen Reihenfolge die Mischkomponenten in den Voith-Mischer gegeben werden und jeweils 20 min nach jeder Zugabe bei 40 U/min gemischt werden.she is compounded at temperatures of 20-50 ° C, wherein in the order given the mixing components in the Given Voith mixer are mixed and each 20 min after each addition at 40 U / min become.

Die Anodenmasse AM wird bei Temperaturen von 85–90°C mittels eines Collin-Extruders aus einer Breitschlitzdüse auf den Ableiter A aufgebracht und mit einer Dicke von 55–60 μm aufgetragen. Im nächsten Schritt wird der mit AM beschichtete Ableiter A mit dem Separator zusammengeführt; entweder synchron mit dem beschichteten Ableiter K (entspr. 1) oder in separaten, nicht synchronen Arbeitsschritten.The anode material AM is applied at temperatures of 85-90 ° C by means of a Collin extruder from a slot die on the arrester A and applied with a thickness of 55-60 microns. In the next step, the AM coated arrester A is merged with the separator; either synchronously with the coated arrester K (acc. 1 ) or in separate, non-synchronous work steps.

Kathodenmasse KM auf den Ableiter K (geprimerte Al-Folie).Cathode mass KM on the Arrester K (primed Al foil).

Die erfindungsgemäße Kathodenmasse besteht aus: Li-Eisenphosphat 75 Gew.-% Lioxalatoborat LiOB 5 Gew.-% Dimethoxyethan DME 1 Gew.-% Ethylencarbonat EC 6 Gew.-% Propylencarbonat PC 5 Gew.-% Dyneon THV 220® 8 Gew.-% (Molmasse 600.000) The cathode composition according to the invention consists of: Li-iron phosphate 75% by weight Lioxalatoborate LiOB 5% by weight Dimethoxyethane DME 1% by weight Ethylene carbonate EC 6% by weight Propylene carbonate PC 5% by weight Dyneon THV 220® 8% by weight (molecular weight 600,000)

Sie wird bei Temperaturen von 20–60°C im Extruder kompoundiert und dann mittels einer Breitschlitzdüse bei 80°C in einer definierten Dicke von 50–55 μm aufgetragen und dann ebenfalls mit der Separator-Folie kombiniert.she is at temperatures of 20-60 ° C in the extruder compounded and then by means of a slot die at 80 ° C in a defined thickness of 50-55 microns applied and then also combined with the separator film.

Herstellung Separator:Production separator:

15 Gew.-% Kynar 2801®, 15 Gew.-% Dyneon THV 120®, 5 Gew.-% Styroflex® und 10 Gew.-% MgO werden in einem Mischgerät, z. B. Voith, bei Temperaturen von 25°C bis 160°C vermischt, die Mischung wird intensiv gerührt und bis 150°C aufgeheizt und dann ausgetragen und granuliert.15 wt .-% Kynar ® 2801, 15 wt .-% Dyneon THV ® 120, 5 wt .-% Styroflex ® and 10 wt .-% MgO in a mixing device, such. B. Voith, mixed at temperatures of 25 ° C to 160 ° C, the mixture is stirred vigorously and heated to 150 ° C and then discharged and granulated.

Die oben beschriebene Mischung wird dann einem Collin-Extruder zugeführt und dann über eine Dosierpumpe (kontinuierlich) mit 55 Gew.-% einer 1 molaren LiPF6-Lösung in Ethylencarbonat/Diethylcarbonat (1:1) versetzt und bei einer Extrudertemperatur von 105°C vermischt und bei einer Austrittstemperatur von 90°C an der Breitschlitzdüse mit einer Breite von 150 mm und einer Dicke von 30 μm ausgetragen. Die erhaltene Separatorfolie wird bei den chargenweise geführten Prozessen (mit Isolierpapier als Zwischenlage) aufgewickelt bei den erfindungsgemäßen kontinuierlichen Prozessen direkt der weiteren Verarbeitung d. h. Beschichtung mit Anoden- bzw. Kathodenmassen zugeführt.The mixture described above is then fed to a Collin extruder and then added via a metering pump (continuously) with 55 wt .-% of a 1 molar LiPF 6 solution in ethylene carbonate / diethyl carbonate (1: 1) and at an extruder temperature of 105 ° C. mixed and discharged at an outlet temperature of 90 ° C at the slot die with a width of 150 mm and a thickness of 30 microns. The resulting separator film is wound in the batch processes (wound with insulating paper as an intermediate layer) in the continuous processes according to the invention directly to the further processing ie coating with anode or cathode materials supplied.

Herstellung des Separators: S ohne LeitsalzPreparation of the separator: S without conductive salt

Wird wie oben beschrieben gearbeitet, jedoch ohne Leitsalzzusatz (LiPF6), so werden lediglich die aprotischen Lösungsmittel (Ethylencarbonat/Diethylcarbonat 1:1) über die Dosierpumpe in dem Extruder in die Polymermischung + MgO eingearbeitet. Die Menge der aprotischen Lösungsmittel beträgt 55 Gew.-% (bezogen auf die Gesamt-Separatormasse). Auch in diesem Fall wird eine Separatorfolie mit einer Breite von 150 mm und einer Dicke von 25 μm erhalten.If the procedure is as described above, but without Leitsalzzusatz (LiPF 6 ), then only the aprotic solvent (ethylene carbonate / diethyl carbonate 1: 1) are incorporated via the metering pump in the extruder in the polymer mixture + MgO. The amount of aprotic solvent is 55 wt .-% (based on the total separator mass). Also in this case, a separator film having a width of 150 mm and a thickness of 25 μm is obtained.

Auch Gewebe bzw. Vliese mit poröser Struktur sind als Separatoren geeignet. (z. B. Celgard)Also Tissues or fleeces with porous Structure are suitable as separators. (eg Celgard)

Beispiel 1example 1

Herstellung einer Anodenmasse (Reinstargon als Schutzgas) 64 Teile Li-Titanat werden mit 8 Teilen Ethlyencarbonat, 8 Teilen Propylencarbonat sowie 10 Teilen Dyneon THV 220® in einem Voith-Mischer bei Raumtemperatur innig vermischt (45 Min.) und dann 6 Teile Li-oxalatoborat und 1 Teil MgO zugefügt und wiederum bei Raumtemperatur 45 Min. gemischt, dann werden 3 Teile Ruß Ensaco® zugefügt ca. 5–10 gerührt und die Masse mittels eines Collin-Extruders über eine Breitschlitzdüse bei 85°C auf eine Cu-Folie (Gould-Folie 10 μm) aufgebracht (Dicke der Beschichtung ca. 30–35 μm).Preparation of an anode material (pure argon as protective gas) 64 parts of Li-titanate are intimately mixed with 8 parts of ethylene carbonate, 8 parts of propylene carbonate and 10 parts of Dyneon THV 220® in a Voith mixer at room temperature (45 min.) And then 6 parts of Li-oxalatoborate and 1 part MgO and again mixed at room temperature for 45 min, then 3 parts of carbon black Ensaco ® added about 5-10 stirred and the mass by means of a Collin extruder through a slot die at 85 ° C on a Cu foil (Gould Film 10 microns) applied (thickness of the coating about 30-35 microns).

Beispiel 2:Example 2:

Herstellung einer Anodenmasse (entspr. Bsp. 1)Production of an anode material (corresponding to example 1)

Statt 10 Teile Dyneon THV 220® werden 10 Teile eines Copolymeren HFP/PVDF (1:1) Kynar 2801 zugefügt.Instead of 10 parts of Dyneon THV 220® , 10 parts of a copolymer HFP / PVDF (1: 1) Kynar 2801 are added.

Beispiel 3:Example 3:

Herstellung einer Anodenmasse (entspr. Bsp. 1)Production of an anode material (corresponding to example 1)

Es werden 72 Teile Li-Titanat mit 10 Teilen Ethylen-, und 7 Teilen Propylencarbonat und 3 Teilen LiOB versetzt und bei Raumtemperatur 45 min. gerührt, dann werden 15 Teile Dyneon THV X 330® (wie oben Bsp. 1) zugefügt erneut 45 min. gerührt und dann noch 3 Teile Ensaco® zugegeben, 10 Minuten gerührt und die Masse mittels eines Extruders bei 110–115°C durch eine Breitschlitzdüse auf eine Cu-Folie aufgetragen. Die Dicke der Beschichtung ist 35–40μm.There are added 72 parts of Li-titanate with 10 parts of ethylene, and 7 parts of propylene carbonate and 3 parts of LiOB and at room temperature for 45 min. stirred, then 15 parts of Dyneon THV X 330 ® (as in Example 1 above) added again 45 min. stirred and then added 3 parts of Ensaco ® , stirred for 10 minutes and the mass by means of an extruder at 110-115 ° C by a slot die on a Cu film. The thickness of the coating is 35-40μm.

Beispiel 4:Example 4:

Herstellung einer Kathodenmasse (Argon reinst-Schutzgas) 70 Teile Li-Eisenphosphat werden mit 10 Teilen Ethylen-, 5 Teilen Propylencarbonat sowie 3 Teilen LiOB versetzt und bei Raumtemperatur 60 Minuten gerührt, dann werden 10 Teile Dyneon THV 220® (entspr. Bsp. 1) zugefügt, erneut vermischt (30 Min.) und dann 5 Teile Ensaco® eindosiert und 10 min. eingemischt. Die entstandene Masse wird durch Extruderbeschichtung auf eine geprimerte Al-Folie aufgetragen. Die Dicke der Beschichtung ist 30–40 μm.Preparation of a cathode material (argon reinst-protective gas) 70 parts of Li-iron phosphate are mixed with 10 parts of ethylene, 5 parts of propylene carbonate and 3 parts of LiOB and stirred at room temperature for 60 minutes, then 10 parts of Dyneon THV 220 ® (according to Ex ) was added, again mixed (30 min.), and then 5 parts Ensaco ® metered and 10 min. mixed. The resulting mass is applied by extruder coating on a primed Al foil. The thickness of the coating is 30-40 μm.

Beispiel 5:Example 5:

Herstellung der Kathodenmasse entspr. Bsp. 4Preparation of the cathode composition according to example 4

Wie oben beschrieben, jedoch wird das im Bsp. 3 beschriebene Terpolymere Dyneon THV X 330 verwendet. Die entstandene Masse dient zur Extruder-Beschichtung einer geprimerten Al-Folie.As described above, but the terpolymer described in Example 3 is Dyneon THV X 330 used. The resulting mass is used for extruder coating a primed Al foil.

Beispiel 6:Example 6:

Herstellung einer Separatorfolie 20 Teile Fluorelastomer Kynar 2801®, 10 Teile Fluorterpolymer Dyneon THV 220®, 2 Teile Li-Metaborat, 2 Teile Styroflex® Styrol/Butadien Block-Copolymerisat, 6 Teile MgO, 5 Teile Ensaco® werden bei 120–130°C 60 Minuten in einem Voithmischer (unter Reinst-Argon) zu einer homogenen Masse verarbeitet, anschließend granuliert und in einem Collin-Extruder dosiert, der bei Temperaturen von 90–95°C betrieben wird.Preparing a separator, 20 parts fluoroelastomer Kynar 2801 ®, 10 parts Dyneon THV fluoroterpolymer 220 ®, 2 parts of lithium metaborate, 2 parts Styroflex ® styrene / butadiene block copolymer, 6 parts of MgO, 5 parts Ensaco ® are at 120-130 ° C Processed in a Voithmischer (under pure argon) for 60 minutes to a homogeneous mass, then granulated and dosed in a Collin extruder, which is operated at temperatures of 90-95 ° C.

Parallel zu der obigen Masse wird ein Elektrolyt: LP40® bestehend aus Ethylen, – Diethylcarbonat 1:1, LiOB gelöst 1 M (45 Teile) in den Extruder eindosiert. Nach einer Verweilzeit von 6–9 Min. wird durch eine Extruderdüse mit einer Austrittstemperatur von 75–80°C eine 150 mm breite und 10 μm dicke Separatorfolie ausgetragen, die mit Releasepapier versehen zur diskontinuierlichen Verwendbarkeit gestapelt wird, oder direkt kontinuierlich dem erfindungsgemäßen Verfahren zugeführt wird.Parallel to the above composition is an Electrolyte: LP40 ® consisting of ethylene, - diethyl 1: 1, LiOB dissolved 1 M (45 parts) metered into the extruder. After a residence time of 6-9 min., A 150 mm wide and 10 microns thick Separatorfolie is discharged through an extruder die with an outlet temperature of 75-80 ° C, which is stacked with release paper for discontinuous use, or fed directly to the process according to the invention becomes.

Beispiel 7:Example 7:

Herstellen eines Verbundsystems aus Anodenmasse mit Ableiter und Separatorfolie. Die Anodenmasse entsprechend Bsp. 1, wird mittels einer Düse in einer Dicke von 20 μm auf die Cu-folie (150 mm Breite) aufgetragen und in einem synchronen Arbeitsschritt mit einer Separatorfolie abgedeckt.Produce a composite system of anode mass with arrester and separator foil. The anode mass according to Ex. 1, By means of a nozzle in a Thickness of 20 microns applied to the Cu foil (150 mm width) and in a synchronous Working step covered with a separator film.

Beispiel 8:Example 8:

Beschichtung mit Kathodenmasse + Ableiter auf den Verbund entspr. Bsp. 7Coating with cathode material + Arrester on the composite according to example 7

Auf das Verbundsystem, bestehend aus Cu-Folie – Anodenmasse und Separatorfolie – wird auf die unbeschichtete Seite der Separatorfolie die Kathodenmasse entspr. Bsp. 4 aufgetragen und zwar in einer Dicke von 25 μm und einer Breite ebenfalls von 150 mm, die Kathodenmasse wird mit einem Ableiter 15, 7 mm breit Al-Folie geprimert mit einer Schicht Dyneon THV 220®/Rußgemisch 2:1, Dicke 0,1–1 μm. Dieses Verbundsystem wird bei einer Temperatur von 90°C laminiert, mit einem Anpressdruck von 3 Mpa.On the composite system consisting of Cu foil - anode mass and Separatorfolie - is applied to the uncoated side of the separator, the cathode composition according to Ex. Ex 4 and in a thickness of 25 microns and a width also of 150 mm, the cathode material is mixed with a arrester 15, 7 mm wide aluminum foil primed with a layer Dyneon THV ® 220 / Rußgemisch 2: 1, thickness of 0.1-1 microns. This composite system is laminated at a temperature of 90 ° C, with a contact pressure of 3 Mpa.

Anschließend wird dieser Verbund, bestehend aus Anode mit Ableiter und Kathode mit Ableiter sowie dem Separator als Schicht zwischen den Elektroden, eingehaust und Anoden bzw. Kathodenableiter zum Plus- bzw. Minuspol der Batterie gepolt.Subsequently, will this composite consisting of anode with arrester and cathode with Arrester and the separator as a layer between the electrodes, housed and anode or cathode arrester to the plus or minus pole the battery is polarized.

Beispiel 9:Example 9:

Das nach Beispiel 8 hergestellte Verbundsystem wird zu einem Wickel aufgerollt an den Wickelstirnflächen (überstehend 0,6 bzw. 0,7 mm) elektrisch kontaktiert und eingehaust.The Composite system produced according to Example 8 becomes a coil rolled up at the winding end faces (Protruding 0.6 or 0.7 mm) electrically contacted and housed.

Der Wickeldurchmesser beträgt 7,5 cm, der galvanostatische Ladung erfolgt stufenweise mit einem Digatron-Ladegerät 1. bis 3,0 Volt, dann bis 3, 6 Volt und dann bis 4,1 Volt jeweils mit Strömen von 0,15 mA/cm2.The winding diameter is 7.5 cm, the galvanostatic charge is carried out stepwise with a Digatron charger 1 to 3.0 volts, then to 3, 6 volts and then to 4.1 volts each with currents of 0.15 mA / cm 2 ,

Die Entladung erfolgt ebenfalls mit Strömen von 0,15 mA/cm2. Die Wickelzelle hat eine Entladekapazität von 40 Ah bei einer Aktivfläche von 1,45 m2.The discharge also takes place with currents of 0.15 mA / cm 2 . The winding cell has a discharge capacity of 40 Ah with an active area of 1.45 m 2 .

Die Zyklenstabilität liegt bei > 300, das „Fading" (Verlust) liegt bei nicht mehr als 1,5 %.The cycle stability is> 300, which is "fading" at not more than 1.5%.

Claims (57)

Hochleistungsbatterie auf Basis von Li-Polymer-Systemen, dadurch gekennzeichnet, dass als negative Elektrode Li-interkalierbare Titanate und als positive Elektrode Li-interkalierte Eisenphosphate verwendet werden.High-performance battery based on Li-polymer systems, characterized in that Li-intercalatable titanates are used as negative electrode and Li-intercalated iron phosphates as positive electrode. Hochleistungs-Lithium-Polymer-Energiespeicher, der aufweist eine aktive Kathodenmasse, eine aktive Anodenmasse und einen Ableiter wobei die aktiven Elektrodenmassen mit Leitsalz und/oder Lösungsmittel gemahlen und/oder intensiv gemischt werden, und dann extrudiert und separat auf das Ableitermaterial zu Elektroden laminiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die aktiven Elektrodenmassen im Anschluss an das intensive Durchmischen und vor dem Extrudieren mit Polymerbinder zu wirkstoffkonzentrierten Polymeren geformt werden.High performance lithium polymer energy storage, the has an active cathode material, an anode active composition and an arrester wherein the active electrode masses with conductive salt and / or solvent ground and / or mixed thoroughly, and then extruded and separately laminated to the drainage material to electrodes, characterized in that the active electrode masses in the connection on intensive mixing and before extrusion with polymer binder to drug-concentrated polymers are formed. Hochleistungsbatterien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der aktive Elektrodenmasse ferner im Mischungsschritt ein Leitsalz-Additiv zugegeben wird.High-performance batteries according to Claim 1, characterized that the active electrode mass further in the mixing step, a conductive salt additive is added. Hochleistungsbatterien nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden ferner nach Extrusion und Laminierung mit Separator als Zwischenschicht in Sandwichlage zusammengefügt werden.Heavy duty batteries after one of the previous ones Claims, characterized in that the electrodes further after extrusion and lamination with separator as intermediate layer in sandwich layer together become. Hochleistungsbatterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aktiven Elektrodenmassen bei Temperaturen zwischen –20 und 200°C, vorzugsweise bei 20 bis 150°C, insbesondere Raumtemperatur bis 100°C entgast werden, vorzugsweise bei Drücken zwischen 10–1 und 10–9 Torr.High-performance battery according to one of the preceding claims, characterized in that the active electrode masses are degassed at temperatures between -20 and 200 ° C, preferably at 20 to 150 ° C, in particular room temperature to 100 ° C, preferably at pressures between 10 -1 and 10 -9 Torr. Hochleistungsbatterien nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeiten unter Schutzgas vorzugsweise Argon durchgeführt werden.Heavy duty batteries after one of the previous ones Claims, characterized in that the work under protective gas preferably Argon performed become. Hochleistungsbatterien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aktiven Elektrodenmaterialien nanostrukturiert oder amorph vorliegen.High-performance batteries according to Claim 1, characterized that the active electrode materials are nanostructured or amorphous available. Hochleistungsbatterien nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelgröße der verwendeten Elektrodenmaterialien zwischen 2 und 700 nm, vorzugsweise zwischen 50 und 500 nm liegt.High-performance batteries according to claim 1 and 7, characterized characterized in that the particle size of the electrode materials used between 2 and 700 nm, preferably between 50 and 500 nm. Hochleistungsbatterien nach Anspruch 1, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelgröße der verwendeten Elektrodenmaterialien eine enge monomodale Verteilung vom Gauß-Typ zeigt.High-performance batteries according to claim 1, 7 and 8, characterized in that the particle size of the electrode materials used shows a close monomodal distribution of the Gauss type. Hochleistungsbatterien nach Anspruch 1, 7, 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die BET-Oberfläche der verwendeten Elektrodenmaterialien zwischen 10 und 20 m2/g liegt.High-power batteries according to claim 1, 7, 8 and 9, characterized in that the BET surface area of the electrode materials used is between 10 and 20 m 2 / g. Hochleistungsbatterien nach Anspruch 1, 7, 8, 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass Li-interkalierbaren Titanate und/oder die Li-interkalierbaren Eisenphosphate mit natürl. oder synthet. Graphit oder Ruß beschichtet oder abgemischt werden und zwar in Mengen von 0,5 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die Massen der jeweiligen Elektrodenmaterialien.High-power batteries according to claim 1, 7, 8, 9 and 10, characterized in that Li-intercalatable titanates and / or the Li-intercalatable iron phosphates with nat. or synthet. Graphite or carbon black coated or mixed in amounts of from 0.5 to 10% by weight, based on the masses of the respective electrode materials. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungs- oder Abmischmaterial für die Elektrodenmassen aus der Gruppe bestehend aus synthetischen und/oder natürlichen Graphiten, vorzugsweise solchen mit globularen und nanodimensionierten Strukturen, Graphenen, Polyphenylenen, Polyacetylenen, Kohlenstofffasern, vorzugsweise mit poröser Struktur oder als Hohlfasern ausgewählt werden.Method according to claim 11, characterized in that that the coating or blending material for the electrode masses the group consisting of synthetic and / or natural Graphites, preferably those with globular and nanodimensioned Structures, graphenes, polyphenylenes, polyacetylenes, carbon fibers, preferably with porous Structure or as hollow fibers are selected. Hochleistungsbatterien nach Anspruch 1, 7–11, dadurch gekennzeichnet, dass die Li-interkalierbaren Titanate vorzugsweise verzerrte Oktaederstrukturen haben und sich vom Spinell- oder Perowskit-Gitter ableiten.High-performance batteries according to claim 1, 7-11, characterized in that the Li-intercalatable titanates are preferably distorted octahedron structures and have the spinel or perovskite lattice derived. Hochleistungsbatterien nach Anspruch 1, 7–11, dadurch gekennzeichnet, dass die Li-interkalierbaren Eisenphosphate vorzugsweise O Phosphat isostrukturiert zum Olivin sind.High-performance batteries according to claim 1, 7-11, characterized in that the Li-intercalatable iron phosphates are preferably O phosphate is isostructured to olivine. Hochleistungsbatterien nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenmassen: Li-Titanate für die Anode, Li-Eisenphosphate für die Kathode, eingesetzt werden.High-performance batteries according to claim 9 or 10, characterized in that the electrode masses: Li titanates for the anode, Li-iron phosphates for the cathode, are used. Hochleistungsbatterien nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Polymerbinder aus der Gruppe bestehend aus Polyolefinen, Polyethylen, Polypyrrolidon, Polybutenen sowie deren Homologen und Copolymeren, Polyvinylethern, Polystyrol und dessen Copolymeren mit Butadien bzw. Isopren, anionisch hergestellten Blockpolymeren, SBR-Kautschuk, cis-Polybutadienen, Fluorelastomeren, Co- bzw. Terpolymeren auf Basis von Vinylidenfluorid, Hexafluorpropen, Tetrafluorethen, Perfluoralkoxy-Derivaten, Polyalkylenoxiden mit verkappten Endgruppen, z. B. mit Methoxigruppen, cyclischen Ethern, einschließlich Kronenethern sowie Ethern der Stärke und von Zuckern ausgewählt und in Mengen von 5–10 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtelektrodenmasse eingesetzt wird.Heavy duty batteries after one of the previous ones Claims, characterized in that the polymer binder consists of the group from polyolefins, polyethylene, polypyrrolidone, polybutenes as well their homologues and copolymers, polyvinyl ethers, polystyrene and its copolymers with butadiene or isoprene, anionic produced Block polymers, SBR rubber, cis-polybutadienes, fluoroelastomers, co-polymers or terpolymers based on vinylidene fluoride, hexafluoropropene, Tetrafluoroethene, perfluoroalkoxy derivatives, polyalkylene oxides with capped end groups, e.g. With methoxy groups, cyclic ethers, including Crown ethers and ethers of strength and selected from sugars and in amounts of 5-10% by weight, is used based on the total electrode mass. Hochleistungsbatterien nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur jeweiligen Elektrodenmasse ein Leitsalz aus der Gruppe bestehend aus Lithiumverbindungen wie Li-Organoboraten oder ä. in Mengen von 0,1 bis 3 Gew.-% bezogen auf die jeweilige Elektrodenmasse eingesetzt wird.Heavy duty batteries after one of the previous ones Claims, characterized in that the respective electrode mass a Conducting salt from the group consisting of lithium compounds such as Li organoborates or ä. in amounts of 0.1 to 3 wt .-% based on the respective electrode mass is used. Hochleistungsbatterien nach Anspruch 1–17, dadurch gekennzeichnet, dass als aprotisches Lösungsmittel Alkylcarbonate wie Ethylen-, Propylencarbonat, oder Propylcarbonat, Vinylencarbonat aber auch Glykolether in Mengen von 1–20 Gew.-% bezogen auf die jeweilige Elektrodenmasse eingesetzt werden.High-performance batteries according to claim 1-17, characterized characterized in that as aprotic solvent alkylcarbonates such as ethylene, propylene carbonate, or propyl carbonate, vinylene carbonate but also glycol ethers in amounts of 1-20 wt .-% based on the respective electrode mass are used. Hochleistungsbatterien nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Zusätze wie Al2O3, SiO2, MgO in Mengen von 0,5 bis 5 Gew.-% bezogen auf die jeweiligen Elektrodenmassen verwendet werden.High-performance batteries according to one of the preceding claims, characterized in that additives such as Al 2 O 3 , SiO 2 , MgO are used in amounts of 0.5 to 5 wt .-% based on the respective electrode masses. Verfahren zur Herstellung von Li-Polymer-Batterien mittels eine4s Ableiter, Elektrodenmassen für Kathode und Anode, sowie Separator umfassenden Verbundsystems, dadurch gekennzeichnet, dass Ableiterfolien per Extrusion mit Elektrodenmassen beaufschlagt werden und anschließend mit Separatormaterial derart zusammengefügt werden, dass die mit der Elektrodenmasse beaufschlagte Elektrodensubstratseite mit dem Separatormaterial kontaktiert wird.Process for the production of Li-polymer batteries by means of a 4 arrester, electrode masses for cathode and anode, as well Separator comprehensive composite system, characterized in that Ableitfolien be subjected to extrusion by electrode masses and subsequently be assembled with separator material such that with the Electrode mass acted upon electrode substrate side with the separator material will be contacted. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableiter aus Metallfolien, – netzen oder – geweben oder Folien bzw. Vliesen aus elektrisch leitfähigen Polymeren oder Carbonfasern, vorzugsweise aus Cu-Folien für die Anode bzw. Al-Folien für die Kathode, ausgewählt sind.Method according to claim 1, characterized in that the arresters are made of metal foils, nets or fabrics or films or fleeces of electrically conductive polymers or carbon fibers, preferably made of Cu foils for the anode or Al foils for the cathode, selected are. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableiter Dicken von 0,1 bis 30 μm, vorzugsweise von 0,5 bis 25 μm, weiter bevorzugt 2–20 μm, insbesondere 3–9 μm aufweisen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the arresters have thicknesses of 0.1 to 30 μm, preferably from 0.5 to 25 μm, more preferably 2-20 microns, in particular 3-9 microns have. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableiter vorzugsweise der Kathodenableiter vor dem Auftragen der Elektrodenmasse mit einer elektrisch leitfähigen Adhäsionsschicht (Primerschicht) versehen werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the arrester is preferably the cathode arrester before applying the electrode composition with an electrically conductive adhesive layer (Primer layer) are provided. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenmassen für die Anode Mischungen aus Li-Titanaten, Polymerbindern, aprotischen Flüssigkeiten und Leitsalzen umfassen.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the electrode masses for the anode mixtures Li titanates, polymer binders, aprotic liquids and conductive salts include. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenmassen für die Kathode Li-Eisenphosphate, Polymerbinder, aprotische Flüssigkeiten und Leitsalze umfassen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the electrode masses for the cathode are Li iron phosphates, Polymer binders, aprotic liquids and conducting salts. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche und Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Li-organoborat-Leitsalze als Dispersion oder Feststoff zur Anwendung gelangen.Method according to one of the preceding claims and Claim 17, characterized in that the Li-organoborate conductive salts as a dispersion or solids are used. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass Leitsalze wie LiPF6, Li-Trifluormethylsufonylimiden oder ä. als Lösung nach Fertigstellung des Batterietrilaminates aus Anode-Separator-Kathode und dessen Einhausung in eine Batteriezelle eingefüllt werden.A method according to claim 25, characterized in that conductive salts such as LiPF 6 , Li-Trifluormethylsufonylimiden or Ä. As a solution after completion of the Batterietrilaminates from anode-separator cathode and its housing are filled into a battery cell. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass als Lösungsmittel die im Anspruch 18 angeführten aprotischen Systeme in Frage kommen.Method according to claim 26, characterized in that that as a solvent those listed in claim 18 aprotic systems come into question. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftragen der Elektrodenmassen aus Breitschlitzdüsen mit Breiten entsprechend der zu beschichtenden Ableiterfolie erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the application of the electrode masses of slot dies with Widths corresponding to the conductor foil to be coated. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenmasse in einer definierten Dicke von 5–100 μm, vorzugsweise 10 bis 100 μm, insbesondere 20 bis 60 μm auf die Ableiter aufgetragen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the electrode mass in a defined thickness of 5-100 μm, preferably 10 to 100 μm, in particular 20 to 60 microns is applied to the arrester. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Beschichten der Ableiter mit den Elektrodenmassen der Separator als Zwischenlage eingefügt wird und ein Laminieren des Verbundes bei Temperaturen bis zu 100°C und Drücken von 0,1 bis 20 MPa erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that after coating the arrester with the electrode masses the separator is inserted as an intermediate layer and a lamination of the composite at temperatures up to 100 ° C and pressures of 0.1 to 20 MPa. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren kontinuierlich durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the method is carried out continuously. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Separatormaterial eine vorgefertigte poröse Membran ist, oder durch Beschichtungs- bzw. Extrusions-Verfahren hergestellt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the separator material is a prefabricated porous membrane is, or produced by coating or extrusion process becomes. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Separatormaterial Polymere, vorzugsweise Polyolefine, Fluorelastomere, vorzugsweise Terpolymere auf Basis von TFE/PDV/HFP, anionisch hergestellte Blockpolymerisate, vorzugsweise aus Styrol und Dien, weiter bevorzugt aus α-Methylstyrol, Butadien und/oder Isopren, oder deren Mischung umfasst.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the separator material comprises polymers, preferably Polyolefins, fluoroelastomers, preferably terpolymers based of TFE / PDV / HFP, anionically prepared block polymers, preferably of styrene and diene, more preferably of α-methylstyrene, butadiene and / or Isoprene, or their mixture. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der Polymere 30 bis 70 Gew.-% des Separatormaterials beträgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the amount of Polymers 30 to 70 wt .-% of the separator material. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Separatormaterial ferner in Anspruch 19 definierte Zusätze, sowie aprotische Flüssigkeiten und/oder Leitsalze umfasst.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the separator material is further defined in claim 19 defined additives, as well as aprotic liquids and / or conductive salts. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der Verdicker 0,5–20 Gew.-% und/oder die Menge der aprotischen Flüssigkeiten 10–50 Gew.-%, jeweils auf das Separatormaterial bezogen, beträgt.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the amount of thickener 0.5-20 wt .-% and / or the amount the aprotic liquids 10-50 % By weight, based in each case on the separator material. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Separator Folien, Netze, Gewebe, und/oder Vliese verwendet werden.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that as a separator foils, nets, fabrics, and / or Nonwovens are used. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Separator bei dem Zusammenfügen von Anode und Kathode mit dem Separator mit Leitsalz, Leitsalzadditiv und Lösungsmittel versetzt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the separator in the joining of Anode and cathode with the separator with conductive salt, conductive salt additive and solvents is offset. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Separator getrennt von den aktiven Elektrodenmassen extrudiert wird und zu diesem Zeitpunkt bereits Leitsalz, Leitsalzadditiv und/oder Lösungsmittel enthält und in einem nachgeschalteten Verfahrensschritt zwischen Kathode und Anode eingesetzt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the separator is separate from the active electrode masses is extruded and at this time already conductive salt, Leitsalzadditiv and / or solvents contains and in a subsequent process step between the cathode and Anode is used. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Separator auf Substratfolie extrudiert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the separator is extruded onto substrate film becomes. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Substratfolie vor Einsetzen des Separators zwischen Kathode und Anode abgelöst wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the substrate film before insertion of the separator detached between the cathode and anode becomes. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung der Elektrodenmassen stufenweise erfolgt, indem die jeweiligen aktiven Komponenten mit anteiligen Mengen an Leitsalz und/oder Leitsalzadditiv und/oder Lösungsmittel, innig vermischt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the preparation of the electrode masses gradually takes place by dividing the respective active components with proportional ones Amounts of conductive salt and / or conductive salt additive and / or solvent, be intimately mixed. Verfahren nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass die Vermischung in einem Wirbelbett oder Ultraschallbad erfolgtMethod according to claim 41, characterized that the mixing takes place in a fluidized bed or ultrasonic bath Verfahren nach Anspruch 41 oder 42, dadurch gekennzeichnet, dass in einem nachgeschalteten Verfahrensschritt die übrigen Elektrodenkomponenten eingearbeitet werden, vorzugsweise über Kalander oder Extruder.A method according to claim 41 or 42, characterized that in a subsequent process step, the remaining electrode components are incorporated, preferably on calender or extruder. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Polymerbinder als leitfähiger Compound oder wirkstoffkonzentriertes Polymer mit Zusätzen von leitfähigem Ruß, Kohlenstofffasern, Leitsalzen, und/oder Leitsalz-Additiven eingesetzt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the polymer binder as a conductive compound or drug-concentrated Polymer with additives of conductive Carbon black, carbon fibers, Conducting salts, and / or conductive salt additives is used. Verfahren nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass der Polymerbinder mit dem Lösungsmittel angequollen eingesetzt wird.Method according to claim 44, characterized in that that the polymer binder is swollen with the solvent is used. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Primerschichten eine Dicke zwischen 0,1–10 μm umfassen.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the primer layers have a thickness between 0.1-10 microns. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Ableiters vor dem Aufbringen des Primers fettfrei und/oder belagfrei gemacht wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the surface of the Discharge before application of the primer fat-free and / or coating-free is done. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass als Ableiter Metallfolien, Kohlenstofffasergewebe, Netze, Vliese und/oder Folien von elektrisch leitfähigen Polymeren eingesetzt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that metal foil, carbon fiber fabric, Nets, nonwovens and / or films of electrically conductive polymers be used. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Kathodenableiter geprimerte Al-Folie verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that used as Kathodenableiter primed Al foil becomes. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenmassen mit oder ohne Ableiter mit dem Separator zu einem Verbund laminiert werden.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the electrode masses with or without arrester laminated with the separator to form a composite. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Laminieren bei Temperaturen bis 100°C erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the lamination takes place at temperatures up to 100 ° C. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellen des Hochleistungs-Lithium-Energiespeichers kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the manufacturing of the high-performance lithium energy storage takes place continuously or discontinuously. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 52 zur Herstellung einer Hochleistungs-Lithium-Polymer-Batterie durch Schichtung und/oder Wickeln des erhaltenen Lithium-Polymer-Energiespeichers mit anschließendem Einhausen und Polen.Use of the method according to one of claims 1 to 52 for producing a high performance lithium polymer battery by lamination and / or winding the obtained lithium polymer energy storage followed by Einhausen and Poland. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 52 zur Herstellung von elektrophoretischen Systemen, Dioden, Sensoren oder Energiespeichern.Use of the method according to one of claims 1 to 52 for the production of electrophoretic systems, diodes, sensors or energy storage. Lithium-Polymer-Hochleistungs-Energiespeicher, erhältlich nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 52.Lithium polymer high performance energy storage, available after the method according to a the claims 1 to 52.
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