DE102011109854A1 - Verfahren zum Herstellen von Elektroden und Elektrode, hergestellt nach dem Verfahren - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Homogenisierung einer Mischung, welche mindestens aufweist: ein Material, welches Lithiumionen leiten oder Lithium interkalieren kann und Wasser, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung zusätzlich einen Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) aufweist und das Verfahren mindestens die Stufe (I) aufweist: (I) mehrmaliges Extrudieren der Mischung.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung besonders homogener wasserhaltiger Pasten oder Mischungen, welche ein Elektrodenaktivmaterials für eine elektrochemische Zelle enthalten, vorzugsweise für eine wiederaufladbare Lithiumionen-Batterie. Die Erfindung betrifft ferner die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Mischung, ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für eine elektrochemische Zelle unter Verwendung der Mischung, eine Elektrode, die mittels der Mischung hergestellt wird sowie eine elektrochemische Zelle, die die Elektrode enthält.
  • Elektroden für elektrochemische Zellen können durch Aufbringen einer Mischung, welche das Aktivmaterial oder die Aktivmaterialien enthält, auf einen metallischen Träger hergestellt werden. Diese Mischungen liegen i. A. als Aufschlämmungen des Aktivmaterials der Elektrode mit Wasser in Pastenform vor. Sie können durch Dispergieren des Aktivmaterials und geeigneter Bindemittel in Wasser mittels schnelllaufender Rührwerke oder durch Extrusion hergestellt werden. An diese Mischungen müssen bezüglich der Homogenität hohe Anforderungen gestellt werden, da die Leistungsfähigkeit der Elektrode und damit auch der elektrochemischen Zelle von der Qualität der Mischung abhängig ist.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Aktivmaterial für derartige Elektroden in einer verbesserten Form zur Verfügung zu stellen.
  • Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gelöst wie in Anspruch 1 definiert. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen und den nebengeordneten Ansprüchen definiert.
  • Gemäß eines ersten Aspekts betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Homogenisierung einer Mischung, welche mindestens aufweist: Wasser und ein Material, welches Lithiumionen leiten oder Lithium interkalieren kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung zusätzlich einen Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) aufweist, und das Verfahren mindestens die Stufe (I) aufweist:
    • (I) mehrmaliges Extrudieren der Mischung.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass durch die mehrmalige Extrusion unter Verwendung eines Styrol-Butadien-Kautschuks besonders homogene Mischungen, die ein für Elektroden verwendetes Aktivmaterial enthalten, erhalten werden können. Dies erlaubt die Herstellung besonders leistungsfähiger und zuverlässiger Elektroden, welche überdies über eine gute mechanische Stabilität verfügen, und damit auch die Herstellung entsprechend leistungsfähiger und robuster elektrochemischer Zellen.
  • Die im Folgenden verwendeten Begriffe sind im Sinne der Erfindung definiert.
  • Batterie
  • Die Begriffe ”Lithiumionen-Batterie”, ”wiederaufladbare Lithiumionen-Batterie” und ”Lithiumionen-Sekundärbatterie” werden synonym verwendet. Die Begriffe schließen auch die Begriffe ”Lithium-Batterie”, ”Lithium-Ionen-Akkumulator” und ”Lithium-Ionen-Zelle” ein. Somit wird der Begriff ”Lithiumionen-Batterie” als Sammelbegriff für die im Stand der Technik gebräuchlichen vorgenannten Begriffe verwendet. Er bedeutet sowohl wiederaufladbare Batterien (Sekundärbatterien) wie auch nicht-aufladbare Batterien (Primärbatterien). Insbesondere umfasst eine ”Batterie” im Sinne der vorliegenden Erfindung auch eine einzelne oder einzige ”elektrochemische Zelle”. Vorzugsweise sind in einer ”Batterie” zwei oder mehrere derartiger elektrochemischer Zellen zusammengeschaltet, entweder in Reihe (also hintereinander) oder parallel.
  • Elektroden
  • Lithiumionen-Batterien weisen mindestens zwei Elektroden auf, d. h. eine positive und eine negative Elektrode.
  • Dabei weisen beide Elektroden jeweils ein Material auf, welches Lithiumionen leiten oder Lithiumionen oder metallisches Lithium interkalieren kann.
  • Der Begriff ”positive Elektrode” bedeutet die Elektrode, die bei Anschluss der Batterie an einen Verbraucher, beispielsweise an einen Elektromotor, in der Lage ist, Elektronen aufzunehmen. Sie stellt in dieser Nomenklatur die Kathode dar.
  • Der Begriff ”negative Elektrode” bedeutet die Elektrode, die bei Betrieb in der Lage ist, Elektronen abzugeben. Sie stellt in dieser Nomenklatur die Anode dar.
  • Die Elektroden weisen vorzugsweise anorganisches Material oder anorganische Verbindungen oder Substanzen, die für oder in oder auf einer Elektrode oder als Elektrode verwendet werden können. Vorzugsweise sind dies Verbindungen oder Substanzen, welche unter den Arbeitsbedingungen der Lithiumionen-Batterie auf Grund ihrer chemischen Beschaffenheit Lithiumionen leiten bzw. Lithiumionen oder metallisches Lithium aufnehmen (interkalieren) und auch wieder abgeben können. Im Stand der Technik wird ein derartiges Material auch als ”Aktivmaterial” der Elektrode bezeichnet. Dieses Material wird für die Anwendung in einer elektrochemischen Zelle bzw. Batterie vorzugsweise auf einen Träger aufgebracht, vorzugsweise auf einen metallischen Träger, vorzugsweise Aluminium oder Kupfer. Dieser Träger wird auch als ”Ableiter” oder auch als ”Kollektor” bezeichnet.
  • Positive Elektrode
  • Als Aktivmaterial für die positive Elektrode können alle aus dem diesbezüglichen Stand der Technik bekannten Materialien eingesetzt werden. Es besteht also im Hinblick auf die positive Elektrode im Sinne der vorliegenden Erfindung keine Beschränkung.
  • In einer Ausführungsform können als Aktivmaterial für die positive Elektrode Lithiumphosphate eingesetzt werden, vorzugsweise der Summenformel LiXPO4 mit X = Mn, Fe, Co oder Ni, oder Kombinationen hiervon.
  • Weitere geeignete Verbindungen sind Lithiummanganat, vorzugsweise LiMn2O4, Lithiumkobaltat, vorzugsweise LiCoO2, Lithiumnickelat, vorzugsweise LiNiO2, oder Mischungen aus zwei oder mehreren dieser Oxide, oder deren gemischte Oxide.
  • Zur Erhöhung der Leitfähigkeit können im Aktivmaterial weitere Verbindungen vorhanden sein, vorzugsweise Kohlenstoff-haltige Verbindungen, oder kohlenstoff, vorzugsweise in Form von Leitruß oder Graphit. Der Kohlenstoff kann auch in Form von Kohlenstoff-Nanotubes eingebracht werden. Derartige Zusätze werden vorzugsweise in einer Menge von 1 bis 6 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 3 Gew.-% bezogen auf die auf den Träger aufgebrachten Masse der positiven Elektrode aufgebracht.
  • Das Aktivmaterial kann auch Mischungen aus zwei oder mehreren der genannten Substanzen enthalten.
  • Negative Elektrode
  • Das Aktivmaterial der negativen Elektrode ist ausgewählt aus: Lithiummetall-Oxide wie Lithium-Titan-Oxid, kohlenstoffhaltige Materialien, vorzugsweise Graphit, synthetischer Graphit, Graphen, Ruß, Mesokohlenstoff, dotierter Kohlenstoff, Fullerene. Als Elektrodenmaterial für die negative Elektrode sind auch Niobpentoxid, Zinnlegierungen, Titandioxid, Zinndioxid, Silizium bevorzugt.
  • Das häufig in negativen Elektroden als Aktivmaterial verwendete metallische Lithium kann wegen seiner Reaktivität mit Wasser nicht im erfindungsgemäßen Homogenisierungsverfahren eingesetzt werden. Des Weiteren sind auch alle Materialien als Elektrodenaktivmaterial ausgeschlossen, die mit Wasser unter Bildung von Wasserstoff reagieren.
  • Bindemittel
  • Die für die positive oder für die negative Elektrode verwendeten Materialien, vorzugsweise das Aktivmaterial oder die Aktivmaterialien, werden durch ein oder mehrere Bindemittel, das oder welche diese Materialien auf der Elektrode bzw. auf dem Ableiter hält, zusammengehalten. Erfindungsgemäß ist mindestens eines dieser Bindemittel ein Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR). Durch die Verwendung eines Styrol-Butadien-Kautschuks im erfindungsgemäßen Verfahren werden sowohl die ausgezeichnete Homogenität der für die Elektroden verwendeten Mischungen enthaltend das Aktivmaterial wie auch eine sehr gute mechanische Stabilität der Elektroden erreicht.
  • Der Begriff „Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR)” bedeutet ein Polymerisat aus Styrol und Butadien. Derartige Produkte sind handelsüblich und können in bekannter Weise als Bindemittel für Aktivmaterialien für Elektroden verwendet werden, sowohl für die positive wie auch für die negative Elektrode. Handelsübliche Produkte liegen vorzugsweise in Form von Emulsionen vor.
  • Erfindungsgemäß wird eine Mischung enthaltend ein Material, welches Lithiumionen leiten oder Lithium interkalieren kann (ein Aktivmaterial) mit einem Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) (ein Bindemittel) und Wasser durch mehrmaliges Extrudieren der Mischung gemäß Stufe (I) homogenisiert.
  • Mischung
  • Der Begriff „Mischung” bedeutet ein Gemisch aus mindestens zwei chemischen Verbindungen oder Substanzen, beispielsweise ein Material, welches Lithiumionen leiten oder Lithium interkalieren kann und Wasser, oder ein Material, welches Lithiumionen leiten oder Lithium interkalieren kann und Wasser und ein Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR).
  • Der Begriff „Mischung” wird im Sinne der Erfindung synonym mit Begriffen wie „Gemisch”, „Paste”, „Suspension” oder „Aufschlämmung” verwendet. Die Mischung ist i. A. zähflüssig.
  • Homogenisierung
  • Der Begriff „Homogenisierung” bedeutet die gleichmäßige Vermischung sowie die Erzeugung einer möglichst engen Teilchengrößenverteilung der Aktivmaterialien in der Mischung.
  • Extrusion
  • Der Begriff „Extrusion” oder „Extrudieren” bedeutet das Pressen zähflüssiger Materialien durch eine formgebende Düse. Die diesbezüglich verwendeten Vorrichtungen werden als Extruder bezeichnet. Die zähfließenden Materialien werden mittels einer Schneckenwelle durch die Vorrichtung gefördert. Extruder können eine Schneckenwelle (Einschneckenextruder) wie auch zwei Schneckenwellen (Zweischneckenextruder) enthalten.
  • Mehrmaliges Extrudieren
  • Der Begriff „mehrmaliges Extrudieren” bedeutet, dass die Mischung mindestens zweimal extrudiert wird. In einer weiteren Ausführungsform kann die Mischung zwei- bis fünfmal oder zwei- bis viermal oder zwei- bis dreimal extrudiert werden. Es ist möglich für die mehrmalige Extrusion denselben Extruder zu verwenden oder verschiedene Extruder.
  • Da bei der Extrusion die zu extrudierende Mischung unter Druck über die Schneckenwelle durch den Extruder gefördert wird, erwärmt sie sich. Es hat sich als außerordentlich vorteilhaft für die Produkteigenschaften erwiesen, die nach der ersten Extrusion erhaltenen Produkte zu kühlen, da sich damit die Homogenisierung im zweiten Extrusionsschritt weiter verbessern lässt. Eine Abkühlung der nach der ersten Extrusion erhaltenen Mischung auf eine Temperatur im Bereich von 5 bis 18°C ist besonders vorteilhaft.
  • Die Abkühlung der nach der ersten Extrusion erhaltenen erwärmten Mischung kann vorzugsweise mittels eines Gebläses, welches kalte Luft oder kaltes Inertgas, wie beispielsweise Stickstoff, auf die aus dem Extruder austretende Mischung bläst, bewirkt werden.
  • In einer Ausführungsform ist das Verfahren auch dadurch gekennzeichnet, dass Stufe (I) die folgenden Unterstufen oder Stufen (i) bis (iii) aufweist:
    • (i) Extrudieren einer Mischung, welche mindestens aufweist: ein Material, welches Lithiumionen leiten oder Lithium interkalieren kann, und eine Styrol-Butadien-Kautschuk(SBR)-Emulsion in einem ersten Extruder;
    • (ii) Abkühlen des Extrudats aus Stufe (i) auf eine Temperatur von 5 bis 18°C;
    • (iii) Extrudieren des gekühlten Produkts aus Stufe (ii) in einem zweiten Extruder.
  • In einer Ausführungsform ist der erste Extruder gleich dem zweiten Extruder.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist der erste Extruder ungleich dem zweiten Extruder. Diese Ausführungsform erlaubt eine besonders effiziente Herstellung der homogenisierten Mischung. In einer Ausführungsform kann das aus dem ersten Extruder austretende Produkt vorzugsweise über ein Band in den zweiten Extruder gefördert werden, wobei das sich auf dem Band befindliche Produkt mittels des Gebläses gekühlt wird. In dieser Ausführungsform ist ein kontinuierliches Verfahren möglich.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist es auch möglich, das aus dem ersten Extruder austretende Produkt in einem engeren Temperaturbereich als 5 bis 18°C abzukühlen.
  • In einer Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Verfahren dann dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur in Stufe (ii) 8 bis 15°C beträgt.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Verfahren auch dadurch gekennzeichnet, die Temperatur in Stufe (ii) 10 bis 13°C beträgt.
  • Obwohl es prinzipiell möglich ist Zweischneckenextruder zu verwenden, hat es sich als günstig erwiesen, einen Einschneckenextruder zu verwenden.
  • In einer Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die in Stufe (i) und/oder Stufe (iii) verwendeten Extruder Einschneckenextruder sind.
  • In einer Ausführungsform weist der Styrol-Butadien-Kautschuk hydrophile Gruppen auf. Durch derartige hydrophile Gruppen kann der Zusammenhalt innerhalb des Aktivmaterials und/oder die Bindung an den Träger verbessert werden. Ohne an eine Theorie gebunden zu sein wird von den Erfindern angenommen, dass die hydrophilen Gruppen nicht-kovalente Bindungen etwa in Form von Wasserstoffbrücken zu den verwendeten Aktivmaterialien und/oder zum Träger ausbilden können, wobei die mechanische Stabilität erhöht wird.
  • Vorzugsweise weist der Styrol-Butadien-Kautschuk Monomereinheiten auf, welche eine oder mehrere Gruppen aufweisen ausgewählt aus: Carboxyl, Carbonsäureanhydrid, Nitril, Hydroxyl, Mercapto, Acetat, Ether, Ester, Amid, Amin und/oder Halogen.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist der Styrol-Butadien-Kautschuk auch dadurch gekennzeichnet, dass er mit einem Butadien-Einheiten aufweisenden Monomer und/oder einem Styrol-Einheiten aufweisenden Monomer polymerisiert ist.
  • Durch Einbringen derartiger Gruppen kann vorzugsweise im Styrol-Butadien-Kautschuk eine Vernetzung herbeigeführt werden, die zu einem besonders festen Zusammenhalt des Aktivmaterials führt.
  • In einer Ausführungsform weist der Styrol-Butadien-Kautschuk eine Glasübergangstemperatur im Bereich von 5 bis 25°C auf, oder eine Glasübergangstempeartur, die unterhalb dieses Bereiches liegt.
  • In einer weiteren Ausführungsform weist der Styrol-Butadien-Kautschuk ein mittleres Molekulargewicht Mw von 10.000 bis 1.000.000 g/Mol auf (bestimmt durch Gelpermeationschromatographie).
  • In einer weiteren Ausführungsform weist der Styrol-Butadien-Kautschuk eine Glasübergangstemperatur im Bereich von 5 bis 25°C auf, oder eine Glasübergangstemperatur, die unterhalb dieses Bereiches liegt, und ein mittleres Molekulargewicht Mw von 10.000 bis 1.000.000 g/Mol auf (bestimmt durch Gelpermeationschromatographie).
  • In einer weiteren Ausführungsform kann neben dem Styrol-Butadien-Kautschuk noch mindestens ein weiteres Bindemittel vorliegen.
  • In einer Ausführungsform ist dieses Bindemittel eine Carboxymethylcellulose (CMC). Der Begriff „Carboxymethylcellulose” bedeutet hierbei sowohl eine Carboxymethylcellulose, welche Carboxylgruppen aufweist, wie auch eine Carboxymethylcellulose deren Carboxylgruppen ganz oder teilweise als Carboxylatgruppen vorliegen, vorzugsweise mit Natriumionen als Gegenion. Demzufolge schließt der Begriff „Carboxymethylcellulose” auch Salze der Carboxymethylcellulose ein, vorzugsweise ein Natriumsalz der Carboxymethylcellulose.
  • Bevorzugte Carboxymethlycellulosen, insbesondere Natriumsalze der Carboxymethylcellulosen, weisen eine Veretherungsgrad von 1 bis 1,5 auf. Derartige Carboxymethylcellulosen sind unter anderem auf Grund ihrer relativ guten Wasserlöslichkeit für die Herstellung der Elektroden besonders gut geeignet. Geeignete Produkte sind aus dem Stand der Technik bekannt.
  • In einer weiteren Ausführungsform können die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren homogenisierten Mischungen auch weitere Bindemittel enthalten ausgewählt aus: Polyvinylidenfluorid, Polyethylenoxid, Polyethylen, Polypropylen, Polytetrafluorethylen, Polyacrylat, Ethylen-(Propylen-Dien-Monomer)-Copolymer (EPDM) und Mischungen aus zwei oder mehreren dieser Bindemittel und Copolymere davon.
  • Der Styrol-Butadien-Kautschuk oder der Styrol-Butadien-Kautschuk und die Carboxymethylcellulose oder der Styrol-Butadien-Kautschuk und gegebenenfalls die Carboxymethylcellulose und/oder die weiteren Bindemittel liegen vorzugsweise in einer Menge von 1–5 Gew.-% vor bezogen auf die Gesamtmenge des extrudierten Produkts.
  • In einer weiteren Ausführungsform können die Mischungen auch Kieselsäure enthalten, vorzugsweise zur Verbesserung der Adhäsionseigenschaften zwischen den Elektroden und dem Elektrolyt und/oder zur Verbesserung der Leitfähigkeit der Elektroden. Die Kieselsäure ist vorzugsweise pyrogene Kieselsäure. Sie wird vorzugsweise in einer Menge von 0,1–4,5 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge des auf dem Träger befindlichen Elektrodenmaterials eingesetzt, vorzugsweise in einer Menge von 0,5 bis 2,5 Gew.-%.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird als Material, welches Lithiumionen leiten oder Lithium interkalieren kann, Kohlenstoff verwendet, vorzugsweise ein Kohlenstoff wie er in negativen Elektroden (Anoden) einer Lithiumionen-Batterie eingesetzt wird.
  • In einer Ausführungsform ist der Kohlenstoff Graphit.
  • In einer Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass das Material, welches Lithiumionen leiten oder Lithium interkalieren kann, ein Kohlenstoff ist, vorzugsweise Graphit, und die Elektrode die negative Elektrode (Anode) der Lithiumionen-Batterie ist.
  • Zur Durchführung des Verfahrens können die Ausgangsstoffe, also das Material, welches Lithiumionen leiten kann oder welches Lithium interkalieren kann, Wasser und der Styrol-Butadien-Kautschuk miteinander vermischt werden, etwa durch Rühren. Diese Mischung wird dann gemäß Stufe (i) im ersten Extruder extrudiert, gemäß Stufe (ii) gekühlt und dann in Stufe (iii) extrudiert.
  • In einer Ausführungsform wird die im ersten Extruder verwendete Mischung vor dem Beschicken des Extruders außerhalb des Extruders hergestellt und dann damit der erste Extruder beschickt. In einer weiteren Ausführungsform ist es jedoch auch möglich, das Material, welches Lithiumionen leiten oder Lithium interkalieren kann, Wasser und das Bindemittel getrennt voneinander in den ersten Extruder einzufüllen und dann Stufe (i) durchzuführen.
  • Gemäß eines zweiten Aspekts betrifft die Erfindung eine Mischung, welche mindestens aufweist: ein Material, welches Lithiumionen leiten oder Lithium interkalieren kann, einen Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) und Wasser, dadurch gekennzeichnet, dass sie nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird.
  • Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Mischung oder Paste kann dann nach bekannten Verfahren zur Herstellung einer positiven oder negativen Elektrode auf den entsprechenden Träger, der vorzugsweise Aluminium oder Kupfer ist, aufgebracht werden.
  • Gemäß eines dritten Aspekts betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für eine elektrochemische Zelle, vorzugsweise einer Lithiumionen-Batterie, unter Verwendung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren homogenisierten Mischung. Diese Herstellung kann nach bekannten Verfahren erfolgen.
  • Hierzu kann die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nach der Stufe (iii) erhaltene homogenisierte Mischung auf einen Träger aufgebracht werden, etwa durch Aufwalzen mittels Rollen, Aufstreichen mittels Bürsten und Pinseln oder durch Aufsprühen. Der Träger ist vorzugsweise metallisch, vorzugsweise Kupfer oder Aluminium. Vorzugsweise liegt der Träger in Folienform vor.
  • Die aufgebrachte Mischung kann dann getrocknet werden, etwa durch Trocknen bei erhöhter Temperatur und/oder durch Einwirkung von Infrarot-Strahlen.
  • Anschließend werden die positive und die negative Elektrode dann auf einen Separator laminiert derart, dass sie durch den in der elektrochemischen Zelle verwendeten Separator voneinander getrennt vorliegen.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist es auch möglich, die noch wasserfeuchten Elektroden auf den Separator aufzubringen und dann zu trocknen.
  • In einer Ausführungsform liegen die Träger in Folienform vor, desgleichen der Separator. Somit können Elektroden hergestellt werden, die gleichfalls in Folienform vorliegen.
  • Das Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für eine Lithiumionen-Batterie ist auch dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens die Stufen (i) and (ii) aufweist:
    • (i) Aufbringen einer Mischung, welche mindestens aufweist: ein Material, welches Lithiumionen leiten oder Lithium interkalieren kann, einen Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) und Wasser, hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, auf einen metallischen Träger;
    • (ii) Trocknen des beschichteten Trägers.
  • Vorzugsweise ist das Material, welches Lithiumionen leiten oder Lithium interkalieren kann, ein Kohlenstoff, vorzugsweise Graphit, und die Elektrode ist die negative Elektrode (Anode).
  • Das Aufbringen erfolgt vorzugsweise durch Beschichten.
  • Gemäß eines vierten Aspekts betrifft die Erfindung eine Elektrode für eine Lithiumionen-Batterie, die dadurch gekennzeichnet, dass sie nach dem Verfahren gemäß des dritten Aspekts hergestellt wird.
  • Gemäß eines fünften Aspekts betrifft die Erfindung eine Lithiumionen-Batterie, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie mindestens eine Elektrode aufweist hergestellt nach dem Verfahren wie im dritten Aspekt definiert, oder eine Elektrode aufweist gemäß des vierten Aspekts.
  • Der Aufbau von wiederaufladbaren Lithiumionen-Batterien ist bekannt. Zusätzlich zu der positiven und negativen Elektrode enthalten sie einen Separator und einen nicht-wässerigen Elektrolyten.
  • Vorzugsweise kann die erfindungsgemäße Lithium-Batterie bei Umgebungstemperaturen von –40 bis +100°C betrieben werden.
  • Bevorzugte Entladeströme einer erfindungsgemäßen Batterie sind größer 100 A, vorzugsweise größer 200 A, vorzugsweise größer 300 A, weiterhin bevorzugt größer 400 A.
  • Gemäß eines sechsten Aspekts kann die erfindungsgemäße Batterie/elektrochemische Zelle zur Energieversorgung für mobile Informationseinrichtungen, Werkzeuge, elektrisch betriebene Automobile, für Automobile mit Hybrid-Antrieb und für stationäre Energiespeicher verwendet werden.

Claims (13)

  1. Verfahren zur Homogenisierung einer Mischung, welche mindestens aufweist: Wasser und ein Material, welches Lithiumionen leiten oder Lithium interkalieren kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung zusätzlich einen Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) aufweist, und das Verfahren mindestens die Stufe (I) aufweist: (I) mehrmaliges Extrudieren der Mischung.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Stufe (I) die folgenden Stufen (i) bis (iii) aufweist: (i) Extrudieren einer Mischung, welche mindestens aufweist: ein Material, welches Lithiumionen leiten oder Lithium interkalieren kann, und eine Styrol-Butadien-Kautschuk(SBR)-Emulsion in einem ersten Extruder; (ii) Abkühlen des Extrudats aus Stufe (i) auf eine Temperatur von 5 bis 18°C; (iii) Extrudieren des gekühlten Produkts aus Stufe (ii) in einem zweiten Extruder.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur in Stufe (ii) 8 bis 15°C beträgt.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur in Stufe (ii) 10 bis 13°C beträgt.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in Stufe (i) und/oder Stufe (iii) verwendeten Extruder Einschneckenextruder sind.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Styrol-Butadien-Kautschuk Monomereinheiten aufweist, welche eine oder mehrere Gruppen aufweisen ausgewählt aus: Carboxyl, Carbonsäureanhydrid, Nitril, Hydroxyl, Mercapto, Acetat, Ether, Ester, Amid, Amin und/oder Halogen und/oder der Styrol-Butadien-Kautschuk mit einem Butadien-Einheiten aufweisenden Monomer und/oder einem Styrol-Einheiten aufweisenden Monomer polymerisiert ist.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung eine Carboxymethylcellulose aufweist.
  8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Styrol-Butadien-Kautschuk oder der Styrol-Butadien-Kautschuk und die Carboxymethylcellulose in einer Menge von 1–5 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge des in Stufe (i) erhaltenen Produkts vorliegen.
  9. Mischung, welche mindestens aufweist: ein Material, welches Lithiumionen leiten oder Lithium interkalieren kann, einen Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) und Wasser, dadurch gekennzeichnet, dass sie nach einem Verfahren hergestellt wird wie in einem der Ansprüche 1 bis 8 definiert.
  10. Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für eine Lithiumionen-Batterie, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens die Stufen (i) und (ii) aufweist: (i) Aufbringen einer Mischung, welche mindestens aufweist: ein Material, welches Lithiumionen leiten oder Lithium interkalieren kann, einen Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) und Wasser, hergestellt nach einem Verfahren wie in einem der Ansprüche 1 bis 8 definiert, oder Aufbringen einer Mischung nach Anspruch 9, auf einen metallischen Träger; (ii) Trocknen des beschichteten Trägers.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Material ein Kohlenstoff ist, vorzugsweise Graphit, und die Elektrode die negative Elektrode (Anode) der Lithiumionen-Batterie ist.
  12. Elektrode für eine Lithiumionen-Batterie, dadurch gekennzeichnet, dass sie nach einem Verfahren hergestellt wird, wie in Anspruch 10 oder 11 definiert.
  13. Lithiumionen-Batterie, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine Elektrode aufweist hergestellt nach Anspruch 10 oder 11, oder eine Elektrode nach Anspruch 12.
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