DE102013204671A1 - Elektrode für einen elektrochemischen Energiespeicher - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrode für einen elektrochemischen Energiespeicher, aufweisend eine Aktivmaterialschicht mit einem Aktivmaterial, wobei auf dem Aktivmaterial zumindest teilweise eine Schutzschicht aufgebracht ist, wobei die Schutzschicht zumindest teilweise ein Material aufweist, das auf Fluorophosphat basiert. Eine derartige Elektrode bietet eine besonders große Stabilität auch bei hohen anliegenden Spannungen. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrode, einen elektrochemischen Energiespeicher sowie die Verwendung eines auf Fluorophosphat basierenden Materials zum Erzeugen einer Schutzschicht für ein Aktivmaterial einer Elektrode eines elektrochemischen Energiespeichers.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrode für einen elektrochemischen Energiespeicher und ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Elektrode. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner die Verwendung eines auf Fluorophosphat basierenden Materials zum Ausbilden einer Schutzschicht für ein Aktivmaterial einer Elektrode.
  • Stand der Technik
  • Energiespeicher, wie beispielsweise Lithium-Ionen-Batterien, sind weit verbreitet und derzeit sowohl für die Mobilkommunikation als auch für Unterhaltungsmedien von besonderem Interesse. Beispielsweise werden derartige elektrochemische Energiespeicher verwendet in Computern, wie etwa Laptops, Mobiltelefonen, Smartphones und bei anderen Anwendungen. Auch bei der zur Zeit stark vorangetriebenen Elektrifizierung von Fahrzeugen, wie etwa Kraftfahrzeugen, bieten derartige Batterien Vorteile.
  • Insbesondere, um die vorgenannten Anwendungen zu ermöglichen, sollten die Energiespeicher immer größeren Anforderungen genügen. So laufen Bestrebungen dahin, Energiespeicher sicherer, kostengünstiger und leistungsstärker zu machen. Dabei gibt es grundsätzlich eine Vielzahl von möglichen Parametern, damit ein Energiespeicher die gewünschten Anforderungen erfüllen kann.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Elektrode für einen elektrochemischen Energiespeicher, aufweisend eine Aktivmaterialschicht mit einem Aktivmaterial, wobei auf dem Aktivmaterial zumindest teilweise eine Schutzschicht aufgebracht ist, wobei die Schutzschicht zumindest teilweise ein Material aufweist, das auf Fluorophosphat basiert.
  • Unter einem elektrochemischen Energiespeicher kann im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere jegliche Batterie verstanden werden. Insbesondere kann ein Energiespeicher neben einer Primär-Batterie vor allem eine Sekundär-Batterie, also einen wieder aufladbaren Akkumulator, umfassen. Eine Batterie kann dabei ein galvanisches Element oder eine Mehrzahl an untereinander verbundenen galvanischen Elementen umfassen oder sein. Beispielsweise kann ein Energiespeicher einen lithiumbasierten Energiespeicher wie etwa eine Lithium-Ionen-Batterie umfassen. Dabei kann unter einem lithiumbasierten Energiespeicher wie etwa einer Lithium-Ionen-Batterie insbesondere ein derartiger Energiespeicher verstanden werden, dessen elektrochemische Prozesse während eines Lade- beziehungsweise Entladevorgangs zumindest teilweise auf Lithiumionen basieren. Weiterhin können unter einem elektrochemischen Energiespeicher weitere auf elektrochemischen Prozessen basierende elektrische Energiespeichersysteme, wie etwa Superkondensatoren, verstanden werden.
  • Dabei kann unter einer Aktivmaterialschicht eine Schicht verstanden werden, in welcher das Aktivmaterial angeordnet ist. Unter dem Aktivmaterial kann ferner im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Material verstanden werden, welches insbesondere an einem Ladevorgang beziehungsweise Entladevorgang teilnimmt und somit das eigentlich aktive Material darstellen kann. Dabei kann das Aktivmaterial Bestandteil eines Elektrodenmaterials sein, welches somit das Aktivmaterial aufweist und somit die Aktivmaterialschicht ausbilden kann. In dem Elektrodenmaterial können dabei neben dem Aktivmaterial als solchem grundsätzlich ein geeigneter Leitzusatz, wie beispielsweise Graphit oder Ruß, und ein geeigneter Binder, wie beispielsweise Polyvinylidenfluorid (PVDE) angeordnet sein.
  • Unter einer Schutzschicht kann ferner im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Schicht verstanden werden, welche das Aktivmaterial zumindest teilweise, also zumindest örtlich begrenzt, oder auch vollständig, abdeckt und dieses somit vor äußeren Eiwirkungen schützen kann. Beispielsweise kann die Schutzschicht das Aktivmaterial zumindest teilweise räumlich von einem Elektrolyten trennen.
  • Ein auf Fluorophosphat basierendes Material kann ferner im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Material sein, welches ionisch aufgebaut sein und als Anion das Fluorophoshphat-Anion (PO4F4–) aufweisen kann. Dabei kann das auf Fluorophosphat basierende Material als weitere Bestandteile kationische Komponenten und dabei insbesondere Metallionen als Kationen aufweisen, um ein neutrales Material zu erhalten. Ferner kann das auf Fluorophosphat basierende Material, welches im Weiteren als Fluorophosphat-Material bezeichnet wird, die Schutzschicht vollständig ausbilden, die Schutzschicht kann also aus diesem Material bestehen, oder die Schutzschicht kann nur teilweise an insbesondere definierten Positionen das Fluorophosphat-Material aufweisen.
  • Eine vorbeschriebene Elektrode ermöglicht es insbesondere, eine besonders große Stabilität des Elektrodenmaterials vor äußeren Einwirkungen bei gleichzeitig hoher Leistungsfähigkeit eines mit einer derartigen Elektrode ausgestatteten Energiespeichers bereitzustellen.
  • Im Detail kann bei einer vorbeschriebenen Elektrode das Aktivmaterial zunächst mechanisch durch die Schutzschicht abgedeckt sein. Dadurch kann das Aktivmaterial somit vor mechanischen Beschädigungen geschützt sein und daher eine gute Stabilität beziehungsweise einen guten Schutz vor äußeren mechanischen Einflüssen aufweisen.
  • Ferner bilden insbesondere Fluorophosphat-Materialien eine Materialklasse aus, welche das Aktivmaterial, wie beispielsweise die Oberfläche des Aktivmaterials, vor negativen Seitenreaktionen beispielsweise mit dem Elektrolyt schützen. Dies kann dabei realisierbar sein auch bis zu hohen anliegenden Spannungen bei einem Ladevorgang beziehungsweise einem Entladevorgang. Im Detail kann das vorbeschriebene Material der Schutzschicht auch Spannungen von bis zu 5 V oder sogar darüber standhalten.
  • Dabei kann das Fluorophosphat-Material, je nach verwendetem Kation, ferner chemisch inaktiv bezüglich einer Lithium-Insertion und einer Lithium-Exraktion ebenfalls bis zu hohen Spannungen sein, wie etwa 5V oder darüber, gegenüber Li/Li+. Dadurch werden die Ladevorgänge beziehungsweise Entladevorgänge nicht gestört sondern es können vielmehr genau definierte elektrochemische Vorgänge ablaufen, was eine Reduzierung der Leistungsfähigkeit eines mit einer derartigen Elektrode ausgestatteten elektrochemischen Energiespeichers verhindern kann.
  • Darüber hinaus bietet ein Fluorophosphat-Material den Vorteil, dass die elektrochemischen Eigenschaften des Elektrodenmaterials verbessert werden. Im Detail kann durch die Aufbringung einer Fluorophosphat-Schutzschicht durch Grenzflächeneffekte beispielsweise die elektrische oder ionische Leitfähigkeit des Basismaterials verbessert werden, was zu einer besseren Ratenfähigkeit des Gesamtmaterials führt. Desweiteren kann die Struktur des Basismaterials stabilisiert werden, indem beispielsweise der bei dem Hoch-Energie NCM bekannte Effekt der Verringerung der mittleren durchschnittlichen Entladespannung als Funktion des Alterungszustands („voltage fade“) verringert wird.
  • Ferner kann eine vergrößerte Stabilität der Elektrode gegenüber thermischen Einflüssen ermöglicht werden, da insbesondere thermische Einflüsse dazu führen können, dass das das Aktivmaterial insbesondere an seiner Oberfläche reagiert und auf andere Weise negativ beeinflusst wird. Beispielsweise kann aus dem Aktivmaterial in unerwünschter Weise Sauerstoff freigesetzt werden, was die Eigenschaften des Aktivmaterials negativ beeinflusst und ferner auf den Energiespeicher durch Gasbildung negativ einwirken kann. Auch dies kann durch die vorbenannte Schutzschicht aufweisend ein Fluorophosphat-Material besonders effektiv verhindert werden.
  • Auch dem Auftreten eines irreversiblen Kapazitätsverlustes des Aktivmaterials, wie es bei dem Durchlaufen eines ersten Zyklus oftmals auftreten kann, kann durch eine vorbeschriebene Elektrode insbesondere unter Verwendung einer Schutzschicht auf Basis eines Fluorophosphat-Materials wirksam entgegengewirkt oder sogar vollständig verhindert werden.
  • Bei einer vorbeschriebene Elektrode kann es somit möglich werden, verschiedenste Elektrodenmaterialien beziehungsweise verschiedenste Aktivmaterialien zu verwenden, welche besonders hohe Energiedichten erlauben, wobei ferner eine besonders hohe Stabilität des Energiespeichers beziehungsweise der Elektroden erlaubt wird. Weiterhin kann durch eine erhöhte Coulombsche Effizienz die Kapazität wie auch die Energiedichte bis zu einer hohen Zyklenzahl stabil bleiben, wie insbesondere bis zu Zyklenzahlen von 3000 Zyklen oder mehr, so dass unabhängig von konkreten Beschädigungen der Elektrode die Langzeitstabilität bei normalem Gebrauch verbessert werden kann.
  • Darüber hinaus kann in besonders vorteilhafter Weise ein Transport von Lithiumionen und Elektronen durch das Elektrodenmaterial, wie insbesondere Kathodenmaterial, ermöglicht und somit die Ratenfähigkeit verbessert werden, wodurch ein besonders schneller Ladevorgang beziehungsweise Entladevorgang ermöglicht werden kann.
  • Zusammenfassend kann eine vorbeschriebene Elektrode Vorteile bringen hinsichtlich der elektrochemischen Eigenschaften der Elektroden und der thermischen Stabilität wie auch der Langzeitstabilität der Elektroden wie insbesondere der Kathode. Dies gilt jedoch auch für die Anode, da durch die Schutzschicht auf dem Aktivmaterial der Kathode auch die Herauslösung von beispielsweise Nickel, Kobalt und Mangan, bevorzugt Mangan, und Diffusion derselben zur Anode sowie Ablagerung an der Anode und Schädigung der SEI („solid electrolyte interface“) an der Anode verhindert werden kann. Dabei ist eine vorbeschriebene Elektrode ferner kostengünstig herstellbar.
  • Im Rahmen einer Ausgestaltung kann das auf Fluorophosphat basierende Material der Schutzschicht ein Metall aufweisen, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Lithium (Li), Nickel (Ni), Cobalt (Co), Eisen (Fe), Vanadium (V), Kupfer (Cu), Mangan (Mn), oder einer Mischung der vorgenannten Metalle. Dabei kann das auf Fluorophosphat basierende Material der Schutzschicht insbesondere, um eine elektrisch neutrale Verbindung zu erhalten, ein Metallion eines oder mehrerer der vorgenannten Metalle aufweisen.
  • Insbesondere kann die Schutzschicht zumindest teilweise ein Material aufweisen, das auf der Verbindung LixPO4F basiert. Dabei kann ein Basieren auf der vorgenannten Struktur bedeuten, dass x ausgewählt ist, um eine nicht geladene Substanz zu erhalten. Ferner kann das x ausgewählt sein, die Ladung des Fluorophosphat-Anions nur teilweise auszugleichen, wobei weitere Kationen, wie insbesondere metallische Kationen, enthalten sein können, um ein nicht geladenes Material zu erhalten. In anderen Worten kann es vorgesehen sein, dass x = 1, 2, 3, 4. Insbesondere kann die Schutzschicht aus dem vorgenannten Material ausgebildet sein, beispielsweise aus diesem Material bestehen.
  • Beispielsweise kann die Schutzschicht zumindest teilweise ein Material aufweisen, das auf der Verbindung LixMyPO4F basiert, wobei M ausgewählt sein kann aus der Gruppe bestehend aus Nickel (Ni), Cobalt (Co), Eisen (Fe), Vanadium (V), Kupfer (Cu), Mangan (Mn). Dabei können x und y ferner beliebig ausgewählt und aufeinander abgestimmt sein, um ein nicht geladenes Material zu erhalten. In anderen Worten kann x = 0, 1, 2, 3, 4 und y = 0, 1, 2, 3, 4. Insbesondere kann die Schutzschicht aus dem vorgenannten Material ausgebildet sein, beispielsweise aus diesem Material bestehen.
  • Dabei können insbesondere die vorgenannten Materialien, also LixPO4F beziehungsweise LixMyPO4F, besonders effektiv dazu geeignet sein, das Elektrodenmaterial beziehungsweise das Aktivmaterial sicher mechanisch als auch vor ungewollten Nebenreaktion zu schützen, die elektrische sowie ionische Leitfähigkeit zu erhöhen, die strukturelle Phasenstabilität als Funktion des Alterungszustands zu verbessen und dabei ferner die Leistungsfähigkeit eines mit einer derartigen Elektrode ausgestatteten Energiespeichers zu erhöhen. Insbesondere die auf Cobalt, Eisen und Nickel basierenden Ausgestaltungen können besonders vorteilhaft als Schutzschicht geeignet sein, da ihre elektrochemischen Redoxpotentiale zu mindestens zum Teil oberhalb von 5V liegen.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann das Aktivmaterial auf einem Nickel-Cobalt-Manganat (NCM) basieren. In dieser Ausgestaltung kann das Aktivmaterial somit insbesondere ein Kathoden-Material sein und dabei insbesondere selektiv und reversibel Lithium-Ionen interkalieren. Insbesondere ein auch als NCM bezeichnetes Nickel-Cobalt-Manganat als Aktivmaterial kann beispielsweise für Anwendungen, welche eine hohe Leistungsdichte benötigen, vorteilhaft verwendbar sein, um andere Aktivmaterialien, wie beispielsweise LiCoO2 zu ersetzen, und somit ein besonders kostengünstiges und sicheres Aktivmaterial zu erhalten, welches zusätzlich eine hohe Kapazität aufweist. Grundsätzlich kann unter einem Nickel-Cobalt-Mangant ein derartiges Material verstanden werden, welches auf der chemischen Formel Li(NixCoyMn1-x-y)O2 basiert, wobei X= größer oder gleich 0,1 bis kleiner oder gleich 0,9, bevorzugt 0,3, und wobei y= größer oder gleich 0 bis kleiner oder gleich 0,8, bevorzugt 0,3. Rein beispielhaft kann als NCM-Material LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2 genannt werden, welches durch ein Hinzufügen von weiterem Lithium und/oder weiterem Mangan und ferner Sauerstoffionen zur Ladungskompensation Bereiche aufweisen kann, welche beispielsweise Li2MnO3 umfassen können, welche strukturell in das NCM-Material integriert sein können, was auch als „überlithiieren“ bezeichnet werden kann. Dabei können insbesondere die vorgenannten Li2MnO3-artigen Bereiche bewirken, dass die Aktivmaterialstruktur stabilisiert wird und die Entlade-Kapazität verbessert werden kann auf Werte von ungefähr 300mAh/g bezogen auf das Aktivmaterial. Weiterhin kann das Freisetzen des Lithiums gemeinsam mit dem Freisetzen von Sauerstoff, etwa durch einen Verlust von LiO2, bei hohen Spannungen von 4.6 V–4.8 V geschehen.
  • Insbesondere derartig hohe Spannungen, welche zur Erlangung der Vorteile von überlithiierten NCM-Materialien (HE-NCM) als Aktivmaterialien vorteilhaft sein können, können nun unter normalen Umständen dazu führen, dass der verwendete Elektrolyt mit dem Aktivmaterial unerwünschte Seitenreaktionen eingeht, beziehungsweise dass ein Kapazitätsverlust durch das vorbeschriebene Freisetzen von Lithium und Sauerstoff eintreten kann. Daher ist insbesondere für die vorbeschriebenen überlithiierten NCM-Materialien ein wirksamer Schutz vorteilhaft, weshalb eine Elektrode insbesondere bei einer Kombination einer Schutzschicht mit einem Fluorophosphat-Material auf einem Elektrodenmaterial mit einem überlithiierten NCM-Material als Aktivmaterial von besonderem Vorteil sein kann.
  • Unter einem Hoch-Energie-NCM (HE-NCM)-Material kann somit insbesondere ein derartiges Material verstanden werden, welches auf einem NCM-Material basiert und beispielsweise eine Zusammensetzung von 0.5Li2MnO3 x 0.5Li(NixCoyMn1-x-y)O2 aufweist.
  • Beispielsweise kann das Aktivmaterial basieren auf der chemischen Formel xLi2MnO3-(1-x)LiMO2, wobei M ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Cobalt (Co), Nickel (Ni), Mangan (Mn) und weiteren Elemente wie Aluminium (Al), Kalium (K), Natrium (Na) oder Alternativen, und wobei x größer oder gleich 0 bis kleiner oder gleich 1 ist. Derartige Aktivmaterialien können eine besonders gute Kapazität und ferner eine gute Stabilität bereitstellen.
  • Hinsichtlich weiterer Vorteile und Merkmale der vorbeschriebenen Elektrode wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Energiespeicher sowie dem erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen. Auch sollen erfindungsgemäße Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Elektrode auch für das erfindungsgemäße Verfahren und den erfindungsgemäßen Energiespeicher anwendbar sein und als offenbart gelten und umgekehrt. Unter die Erfindung fallen auch sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmalen.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Energiespeicher, aufweisend wenigstens eine wie vorstehend beschrieben ausgestaltete Elektrode. Ein derartiger Energiespeicher kann insbesondere die Vorteile aufweisen, die mit Bezug auf die Elektrode erläutert sind. Zusammenfassend kann ein derartiger Energiespeicher Vorteile bringen hinsichtlich der thermischen Stabilität wie auch der Langzeitstabilität der Elektroden wie insbesondere der Kathoden, aber auch Anoden, und ferner bezüglich der elektrochemischen Eigenschaften der Elektroden. Dabei ist eine vorbeschriebene Elektrode und damit ein vorbeschriebener Energiespeicher ferner besonders kostengünstig herstellbar.
  • Dabei kann ein derartiger Energiespeicher beispielsweise Verwendung finden in vielen täglichen Anwendungen. Sie werden beispielsweise in Computern, wie etwa Laptops, Mobiltelefonen, Smartphones und bei anderen Anwendungen eingesetzt. Auch bei der zur Zeit stark vorangetriebenen Elektrifizierung von Fahrzeugen, wie etwa Kraftfahrzeugen oder elektrischen Fahrrädern, bieten derartige Energiespeicher Vorteile.
  • Beispielsweise und nicht beschränkend kann ein vorbeschriebener Energiespeicher ein lithiumbasierter Energiespeicher, wie etwa eine Lithium-Ionen-Batterie, sein. Seine Anode und die Kathode beziehungsweise deren Aktivmaterialien beziehungsweise Elektrodenmaterialien können grundsätzlich auf an sich bekannten Materialien basieren. Für den rein beispielhaften Fall einer Lithium-Ionen-Batterie kann die Anode eine Elektrode sein, welche metallisches Lithium umfasst oder Lithium, beispielsweise in Graphit oder Silizium interkalieren kann. Die Kathode kann dabei beispielhaft NMC oder Lithium-Cobalt-Oxid (LiCoO2) aufweisen oder darauf basieren. Dabei kann das Kathodenmaterial gegebenenfalls in einem Binder, wie beispielsweise Polyvinylidenfluorid (PVDF) etwa zusammen mit einem Leitzusatz, wie etwa einer elektrisch leitfähigen Kohlenstoffverbindung, beispielsweise Graphit, vorliegen. Der Elektrolyt kann ein Lösungsmittel umfassen, in dem ein oder mehrere elektrisch leitfähige Salze gelöst sind. Beispielsweise können aprotische Lösungsmittel, wie beispielsweise Ethylencarbon, Propylencarbonat, Dimethylcarbonat oder Diethylcarbonat Verwendung finden. Weiterhin kann als elektrisch leitfähiges Salz Lithiumhexafluorophosphat (LiPF6) verwendet werden.
  • Weiterhin kann zwischen Anode und Kathode in an sich bekannter Weise ein Separator angeordnet sein, um die Anode und die Kathode räumlich voneinander zu trennen, um insbesondere einen Kurzschluss zu verhindern. Der Separator kann dabei beispielsweise umfassen oder ausgebildet sein aus insbesondere porösen Kunststofffolien, Glasfasergeweben, oder auch insbesondere porösen Keramikwerkstoffen, wie etwa Keramikgeweben. Dabei kann der Elektrolyt beispielsweise innerhalb des Separators beziehungsweise Poren des Separators angeordnet sein.
  • Neben einem herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkumulator, beispielsweise, kann der Energiespeicher ferner ein Superkondensator sein. Unter einem Superkondensator kann im Sinne der vorliegenden Erfindung in an sich bekannter Weise insbesondere verstanden werden ein Kondensator, dessen Kapazitätswert sich aus mehreren Einflüssen zusammensetzen kann, so aus einer statischen Helmholtz-Doppelschicht und andererseits aus einer elektrochemischen beziehungsweise faradayschen Pseudokapazität. In der Pseudokapazität kann die elektrische Energie spannungsabhängig elektrochemisch beziehungsweise faradaysch mit einer Redoxreaktion mit einem Ladungsaustausch an den Elektroden gespeichert werden. Die elektrische Energie kann in der insbesondere elektrisch isolierenden Helmholtz-Doppelschicht ferner an der Oberfläche großflächiger Elektrodenmaterialien statisch als Doppelschichtkapazität in elektrischen Feldern gespeichert werden. Entsprechend kann der Superkondensator etwa aufgebaut sein aus einer Anode, die etwa wie für eine herkömmliche Batterie bekannt ausgestaltet sein kann, einer statisch kapazitive Elektrode als Kathode, einem zwischen Anode und Kathode angeordneten Separator und einem zwischen Anode und Kathode angeordneten Elektrolyt, wobei die Elektroden die vorbeschriebene Schutzschicht für das Elektrodenmaterial beziehungsweise Aktivmaterial aufweisen.
  • Beispielsweise und nicht beschränkend kann als Superkondenstaor ein Lithium-Ionen-Kondensator als Hybridkondensator vorgesehen sein, der aufweist eine Elektrode eines herkömmlichen Doppelschichtkondensators und eine Elektrode, welche Lithium aufweist oder mit Lithium dotiert sein kann, welche batterieähnlich sein kann, und welche so eine elektrochemische Pseudokapazität aufweisen kann. Dabei kann die Anode beispielsweise ein beschriebenes Aktivmaterial mit Schutzschicht aufweisen. Ferner kann die statisch kapazitive Elektrode eine Kohlenstoffverbindung, insbesondere Aktivkohle, Graphit, Graphen, Kohlenstoffnanofasern oder Kohlenstoffnanoröhren aufweisen. Der Separator kann ferner eine insbesondere poröse Kunststofffolie umfassen, ein Glasfasergewebe, oder auch einen insbesondere porösen Keramikwerkstoff, wie etwa ein Keramikgewebe, wohingegen der Elektrolyt beispielsweise ein Feststoffelektrolyt sein kann, oder auch ein Lösungsmittel umfassen, in dem ein oder mehrere elektrisch leitfähige Salze gelöst sind. Beispielsweise können aprotische Lösungsmittel, wie beispielsweise Ethylencarbonat, Propylencarbonat, Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat oder 1, 2-Dimethoxyethan Verwendung finden. Weiterhin kann als elektrisch leitfähiges Salz Lithiumhexafluorophosphat (LiPF6) oder Triazolate verwendet werden.
  • Hinsichtlich weiterer Vorteile und Merkmale des vorbeschriebenen Energiespeichers wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Elektrode sowie dem erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen. Auch sollen erfindungsgemäße Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Energiespeichers auch für das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Elektrode anwendbar sein und als offenbart gelten und umgekehrt. Unter die Erfindung fallen auch sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmalen.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrode für einen Energiespeicher, insbesondere einer wie vorstehend beschrieben ausgestalteten Elektrode, aufweisend die Verfahrensschritte:
    • a) Bereitstellen eines Aktivmaterials;
    • b) gegebenenfalls Hinzufügen eines Leitzusatzes;
    • c) gegebenenfalls Hinzufügen eines Binders;
    • d) Zumindest teilweises Beschichten des Aktivmaterials mit einer Schutzschicht, wobei die Schutzschicht zumindest teilweise ein Material oder einen Prescursor eines Materials aufweist, das auf Fluorophosphat basiert;
    • e) Zusammenfügen eines Stromsammlers mit der erzeugten Mischung; und
    • f) gegebenenfalls Verdichten der hergestellten Elektrode.
  • Mit einem derartigen Verfahren lässt sich insbesondere eine Elektrode für einen elektrochemischen Energiespeicher herstellen. Diese kann insbesondere die Vorteile aufweisen, die mit Bezug auf die Elektrode erläutert sind. Zusammenfassend kann ein derartiger Energiespeicher Vorteile bringen hinsichtlich der thermischen Stabilität wie auch der Langzeitstabilität der Elektroden wie insbesondere der Kathoden, und ferner bezüglich der elektrochemischen Eigenschaften der Elektroden. Dabei ist eine vorbeschriebene Elektrode ferner besonders kostengünstig herstellbar.
  • Das Verfahren umfasst dabei mit dem Verfahrensschritt a) zunächst das Bereitstellen einer Aktivmaterialschicht mit einem Aktivmaterial. Dabei kann das Aktivmaterial beispielsweise ein NMC-Material, wie beispielsweise ein HE-NMC-Material sein. Rein beispielhaft und nicht beschränkend kann das Aktivmaterial als NCM-Material LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2 aufweisen. Bezüglich eines HE-NMC-Materials kann das Aktivmaterial beispielhaft basieren auf der chemischen Formel xLi2MnO3-(1-x)LiMO2, wobei M ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Cobalt (Co), Nickel (Ni), Mangan (Mn) und Aluminium (Al) oder anderen Elementen, bevorzugt anderen Metallen oder Übergangsmetallen, wie dies vorstehend bereits beschrieben ist. Dabei kann das Aktivmaterial bereits in einem Elektrodenmaterial vorliegen und dabei etwa zusammen mit den weiteren Bestandteilen als Schicht, etwa auf einem Stromableiter, vorliegen, oder das Aktivmaterial kann in Reinform ohne weitere Bestandteile des Elektrodenmaterials insbesondere in Form von Partikeln vorliegen.
  • Rein beispielhaft kann ein HE-NMC-Material herstellbar sein, wie dies etwa beschrieben ist in J. Kim et al. Synthesis of xLi2MnO3(1-x)LiMO2 (M=Cr, Mn, Co, Ni) nanocomposites and their electrochemical properties, Materials Research Bulletin 45 (2010) 252–255. Nicht beschränkend kann als Aktivmaterial 0.4Li2MnO3·0.6LiMo2. Verwendung finden. Dieses kann herstellbar sein, indem Lithiumhydroxid, Manganacetat, Nickelacetat, Cobaltacetat und Chromacetat entsprechend eingewogen werden und in Wasser gerührt werden, wobei die ausgefallene Lösung getrocknet und gequenscht wird. Dieses Verfahren entspricht dem sogenannten Ko-Präzipitation-(Co-Precipitation)-Verfahren. Weitere mögliche Verfahren sind die sogenannten Salz-Schmelz-Verfahren (Molten-salt) oder Saccharose-Verbrennung (Sucrose Combustion).
  • Weiterhin kann gemäß Verfahrensschritt b) bevorzugt ein Leitzusatz hinzugefügt werden, welcher insbesondere einer verbesserten elektrischen und/oder ionischen Leitfähigkeit dienen soll. Ein derartiger Leitzusatz kann insbesondere ein an sich bekannter Leitzusatz sein, Beispielsweise und nicht beschränkend können Kohlenstoffverbindungen, wie etwa Graphit oder Ruß Verwendung finden.
  • Ferner kann gemäß Verfahrensschritt c) bevorzugt ein Binder, wie etwa Polyvinylidenfluorid (PVDF) oder ein Zellulose-basierter Binder hinzugefügt werden. Dieser kann dabei insbesondere der mechanischen Kontaktierung dienen.
  • Gemäß Verfahrensschritt d) erfolgt anschließend ein zumindest teilweises Beschichten der Aktivmaterialschicht beziehungsweise des Aktivmaterials mit einer Schutzschicht, wobei die Schutzschicht zumindest teilweise ein Material oder einen Prescursor eines Materials aufweist, das auf Fluorophosphat basiert, insbesondere wobei das auf Fluorophosphat basierende Material der Schutzschicht ein Metall aufweist, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Lithium (Li), Nickel (Ni), Cobalt (Co), Eisen (Fe), Vanadium (V), Kupfer (Cu), Mangan (Mn), oder einer Mischung der vorgenannten Metalle. Im Detail kann die Schutzschicht ein Material aufweisen, das auf LixPO4F basiert. Beispielsweise kann die Schutzschicht zumindest teilweise ein Material aufweisen, das auf LixMyPO4F basiert, wobei M ausgewählt sein kann aus der Gruppe bestehend aus Nickel (Ni), Cobalt (Co), Eisen (Fe), Vanadium (V), Kupfer (Cu), Mangan (Mn). Das Beschichtungsmaterial beziehungsweise das Fluorophosphat-Material kann ferner erzeugbar sein durch einen Sol-Gel-Prozess. Für den rein beispielhaften Fall der Verwendung von LiVPO4F kann dabei zunächst ein V2O5·nH2O Hydrogel hergestellt werden, indem eine wässrige Wasserstoffperoxidlösung zu Vanadiumoxid (V2O5) hinzugefügt wird. Zu dieser Lösung können wiederum stöchiometrische Mengen an NH4H2PO4, LiF und insbesondere ein Überschuss an Aktivkohle gegeben werden. Zur Beschichtung kann das Aktivmaterial gleichzeitig oder später mit dem NH4H2PO4, LiF und der Aktivkohle dem Prozess zugeführt werden und somit als Kristallisationskeim wirken. Das Produkt schlägt sich somit auf der Oberfläche des Aktivmaterials nieder. Anschließend kann das erhaltene Produkt getrocknet werden. Die noch enthaltene Aktivkohle kann beispielsweise in der Mischung enthalten bleiben und als Leitzusatz dienen. Somit dieser Schritt gegebenenfalls teilweise oder vollständig den Verfahrensschritt b) ersetzen.
  • Somit kann entweder eine bereits fertiggestellte Schicht eines Elektrodenmaterials mit der Schutzschicht zumindest teilweise beschichtet werden, oder die Partikel des Aktivmaterials oder die Partikel des Elektrodenmaterials werden beschichtet, wobei die Partikel des Aktivmaterials beschichtet werden können, bevor diese mit den weiteren Materialien des Elektrodenmaterials vereint und zu einer Schicht verarbeitet werden. In ersterem Fall kann das Beschichtungsverfahren in einem Schritt mit der Erzeugung der Aktivmaterialpartikel erfolgen.
  • Gemäß Verfahrensschritt e) kann in an sich bekannter Weise die in den vorherigen Verfahrensschritten erzeugte Mischung mit einem Stromsammler in Kontakt gebracht werden. Dies kann etwa in an sich bekannter Weise realisierbar sein, indem die Aktivmaterialmischung auf den Stromsammler, wie etwa eine metallische Folie, aufgebracht, etwa beschichtet beziehungsweise aufgerakelt wird.
  • Im Anschluss kann es notwendig oder vorteilhaft sein, die in Verfahrensschritt e) hergestellte Elektrode gemäß Verfahrensschritt f) zu verdichten. Dies kann unter Anwendung von Druck, beispielsweise in einem Kalander, durchgeführt werden. Beispielsweise können hierbei erhöhte Temperaturen Anwendung finden, beispielsweise in einem Bereich von größer oder gleich 120°C.
  • Insbesondere im Anschluss an das Verdichten kann die so erhaltene Struktur noch gesintert werden. Dies kann beispielsweise nach dem Trocknen bei erhöhten Temperaturen in einem Bereich von beispielsweise 800°C erfolgen. Für den Fall des Sinterns unter Luft beziehungsweise Sauerstoff kann so noch vorhandene und unerwünschte Aktivkohle entfernt werden. Für den Fall, dass diese erhalten bleiben soll, kann der Sinterschritt auch mit niedrigen Sauerstoff-Partialdruck geschehen, wie etwa mit einer Graphit-Auskleidung und Stickstoff oder Argon Atmosphäre. So kann die Beschichtung gesintert werden ohne eine Verbrennung des Kohlenstoffs.
  • Im Rahmen einer Ausgestaltung können in Verfahrensschritt a) Aktivmaterial aufweisende Partikel bereitgestellt werden, die vor Verfahrensschritt b) agglomeriert werden. Die Agglomeration kann dabei beispielsweise in einem Schritt direkt bei der Synthese des Aktivmaterials, beispielsweise während der Co-Precipitation der Partikel im Reaktor, stattfinden. Dies kann durch eine geeignete Einstellung der Prozessparameter, wie etwa Dauer, PH-Wert und Konzentration der Komponenten, realisierbar sein. Bevorzugterweise werden sphärische Partikel mit geringer Porosität und einem Durchmesser in einem Bereich von größer oder gleich 2µm bis kleiner oder gleich 15µm hergestellt. Dadurch lassen sich vor einer Beschichtung größere Partikel des Aktivmaterials herstellen, um bei der Elektrodenherstellung eine höhere Verdichtung erreichen zu können als mit nanopartikulärem Material. Dies führt in bevorzugter Weise zu einer höheren Kapazität pro Elektrodenvolumen in mAh/cm3 Elektrode.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann das in Verfahrensschritt d) erzeugte Produkt erhitzt werden. Insbesondere durch ein Erhitzen kann in Verfahrensschritt d) ein amorpher oder nicht-amorpher beziehungsweise kristalliner Precursor eines Fluorphosphat-Materials verwendet und durch das Erhitzen in das Fluorphosphat-Material umgewandelt werden. Dabei können etwa einzelne Bestandteile der Beschichtung, wie beispielsweise Metallionen, mit dem Aktivmaterial reagieren beziehungsweise dort hineindiffundieren oder auch ausgetauscht werden, was zu einer strukturellen Änderung etwa des Aktivmaterials, wie beispielsweise des NMC oder HE-NMC-Materials führen kann. Das Erhitzen ist dabei vorteilhaft um die Struktur der Beschichtung herzustellen oder zu verbessern. Geeignete Temperaturwerte liegen beispielhaft und nicht beschränkend in einem Bereich zwischen größer oder gleich 500°C bis kleiner oder gleich 800°C. Es kann dabei eine Diffusion der Übergangsmetalle der Beschichtung, wie etwa Vanadium oder Eisen oder Nickel in die Struktur des Aktivmaterials stattfinden. Dies kann die Aktivmaterialstruktur unberührt lassen, jedoch zu einer Struktur der Beschichtung ohne oder mit einem geringen Anteil an Übergangsmetallionen führen.
  • Hinsichtlich weiterer Vorteile und Merkmale des vorbeschriebenen Energiespeichers wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Elektrode sowie dem erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen. Auch sollen erfindungsgemäße Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Energiespeichers auch für das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Elektrode anwendbar sein und als offenbart gelten und umgekehrt. Unter die Erfindung fallen auch sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmalen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • J. Kim et al. Synthesis of xLi2MnO3(1-x)LiMO2 (M=Cr, Mn, Co, Ni) nanocomposites and their electrochemical properties, Materials Research Bulletin 45 (2010) 252–255 [0038]

Claims (10)

  1. Elektrode für einen elektrochemischen Energiespeicher, aufweisend eine Aktivmaterialschicht mit einem Aktivmaterial, wobei auf dem Aktivmaterial zumindest teilweise eine Schutzschicht aufgebracht ist, wobei die Schutzschicht zumindest teilweise ein Material aufweist, das auf Fluorophosphat basiert.
  2. Elektrode nach Anspruch 1, wobei das auf Fluorophosphat basierende Material der Schutzschicht ein Metall aufweist, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Lithium, Nickel, Cobalt, Eisen, Vanadium, Kupfer, Mangan, oder einer Mischung der vorgenannten Metalle.
  3. Elektrode nach Anspruch 2, wobei das auf Fluorophosphat basierende Material der Schutzschicht auf der Verbindung LixPO4F basiert.
  4. Elektrode nach Anspruch 3, wobei das auf Fluorophosphat basierende Material der Schutzschicht auf der Verbindung LixMyPO4F basiert.
  5. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Aktivmaterial auf einem Nickel-Cobalt-Manganat basiert.
  6. Energiespeicher, aufweisend wenigstens eine Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
  7. Verfahren zum Herstellen einer Elektrode für einen Energiespeicher, insbesondere einer Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, aufweisend die Verfahrensschritte: a) Bereitstellen eines Aktivmaterials; b) gegebenenfalls Hinzufügen eines Leitzusatzes; c) gegebenenfalls Hinzufügen eines Binders; d) Zumindest teilweises Beschichten des Aktivmaterials mit einer Schutzschicht, wobei die Schutzschicht zumindest teilweise ein Material oder einen Prescursor eines Materials aufweist, das auf Fluorophosphat basiert; e) Zusammenfügen eines Stromsammlers mit der erzeugten Mischung; und f) gegebenenfalls Verdichten der hergestellten Elektrode.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei in Verfahrensschritt a) Aktivmaterial aufweisende Partikel bereitgestellt werden, die vor Verfahrensschritt b) agglomeriert werden.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei das in Verfahrensschritt b) erzeugte Produkt erhitzt wird.
  10. Verwendung eines auf Fluorophosphat basierenden Materials zum Erzeugen einer Schutzschicht für ein Aktivmaterial einer Elektrode eines elektrochemischen Energiespeichers.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100892048B1 (ko) * 2006-09-18 2009-04-06 주식회사 엘지화학 고율 방전 특성이 향상된 이차전지
US20110168550A1 (en) * 2010-01-13 2011-07-14 Applied Materials, Inc. Graded electrode technologies for high energy lithium-ion batteries
KR101754800B1 (ko) * 2010-08-19 2017-07-06 삼성전자주식회사 양극, 그 제조방법 및 이를 채용한 리튬전지

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
J. Kim et al. Synthesis of xLi2MnO3(1-x)LiMO2 (M=Cr, Mn, Co, Ni) nanocomposites and their electrochemical properties, Materials Research Bulletin 45 (2010) 252-255

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015217749A1 (de) 2015-09-16 2017-03-16 Robert Bosch Gmbh Beschichtetes Kathodenaktivmaterial für eine Batteriezelle
US10686212B2 (en) 2015-09-16 2020-06-16 Robert Bosch Gmbh Coated cathode active material for a battery cell

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