DE102014213693A1 - Galvanic cell and method for producing a galvanic cell - Google Patents

Galvanic cell and method for producing a galvanic cell Download PDF

Info

Publication number
DE102014213693A1
DE102014213693A1 DE102014213693.8A DE102014213693A DE102014213693A1 DE 102014213693 A1 DE102014213693 A1 DE 102014213693A1 DE 102014213693 A DE102014213693 A DE 102014213693A DE 102014213693 A1 DE102014213693 A1 DE 102014213693A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
lithium
foil
metal foil
cathode
galvanic cell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102014213693.8A
Other languages
German (de)
Inventor
Markus Kohlberger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102014213693.8A priority Critical patent/DE102014213693A1/en
Publication of DE102014213693A1 publication Critical patent/DE102014213693A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0587—Construction or manufacture of accumulators having only wound construction elements, i.e. wound positive electrodes, wound negative electrodes and wound separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M12/00—Hybrid cells; Manufacture thereof
    • H01M12/08—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of a fuel-cell type and a half-cell of the secondary-cell type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H01M50/414—Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H01M50/414—Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
    • H01M50/417—Polyolefins
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/449—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
    • H01M50/451—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure comprising layers of only organic material and layers containing inorganic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/46—Separators, membranes or diaphragms characterised by their combination with electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/366—Composites as layered products
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/381—Alkaline or alkaline earth metals elements
    • H01M4/382—Lithium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/581—Chalcogenides or intercalation compounds thereof
    • H01M4/5815—Sulfides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H01M4/661—Metal or alloys, e.g. alloy coatings
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer gewickelten galvanischen Zelle, welche eine metallisches Lithium enthaltende Anode aufweist, wobei in einem ersten Schritt metallisches Lithium zur Herstellung einer Lithium-Metallfolie (4) gewalzt wird. Zur Stabilisierung des Wickelprozesses ist vorgesehen, dass in einem weiteren Schritt ein Verbund (2) mit der Lithium-Metallfolie (4), einer Kunststofffolie (6), einer Kollektorfolie (8), einer Kathode (10) und einer Separatorfolie (12) oder mit einer Separatorfolie (12), der Lithium-Metallfolie (4), einer weiteren Separatorfolie (12) und einer Kathode (10) hergestellt wird und dass der Verbund (2) zur Herstellung der gewickelten galvanischen Zelle aufgewickelt wird. Die Erfindung betrifft auch eine galvanische Zelle, die nach dem Verfahren hergestellt wurde.The invention relates to a method for producing a wound galvanic cell, which comprises a metallic lithium-containing anode, wherein in a first step metallic lithium for producing a lithium-metal foil (4) is rolled. To stabilize the winding process is provided that in a further step, a composite (2) with the lithium metal foil (4), a plastic film (6), a collector foil (8), a cathode (10) and a separator (12) or with a separator film (12), the lithium metal foil (4), another separator film (12) and a cathode (10) is produced and that the composite (2) is wound to produce the wound galvanic cell. The invention also relates to a galvanic cell produced by the method.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine galvanische Zelle und ein Verfahren zur Herstellung einer galvanischen Zelle. The invention relates to a galvanic cell and a method for producing a galvanic cell.

Im Bereich elektrochemischer Energiespeicher werden auf Lithium basierende Akkuzellen entwickelt, da diese eine sehr hohe verfügbare Energiedichte aufweisen, insbesondere im Vergleich zu auf Nickel oder Blei basierenden Akkuzellen. In the field of electrochemical energy storage, lithium-based battery cells are being developed, as these have a very high available energy density, in particular in comparison to nickel or lead-based battery cells.

Ein Forschungsschwerpunkt sind derzeit sogenannte Lithium-Luft-Akkumulatoren und Lithium-Schwefel-Akkumulatoren, welche im Rahmen der Erfindung als galvanische Zellen bezeichnet werden. Diese versprechen eine gegenüber Lithium-Ionen-Akkumulatoren eine noch weiter gesteigerte Energiedichte und können daher potenziell sowohl bei teilweise oder vollständig elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, insbesondere bei Elektrofahrzeugen und Hybridfahrzeugen, als auch in der Computertechnik, insbesondere bei Notebooks, Smartphones oder Tablet-PCs eingesetzt werden. Als negative Elektrode wird bei derartigen galvanischen Zellen metallisches Lithium eingesetzt, die positive Elektrode ist Sauerstoff-basiert oder Schwefel-basiert. A research focus currently are so-called lithium-air batteries and lithium-sulfur batteries, which are referred to in the context of the invention as galvanic cells. These promise an even further increased energy density compared to lithium-ion batteries and can therefore potentially be used both in partially or completely electrically driven vehicles, in particular in electric vehicles and hybrid vehicles, as well as in computer technology, especially in notebooks, smartphones or tablet PCs , Metallic lithium is used as the negative electrode in such galvanic cells, and the positive electrode is oxygen-based or sulfur-based.

Ein Problem bei der Herstellung derartiger galvanischer Zellen ergibt sich aus der Tatsache, dass metallisches Lithium ein sehr weiches Material ist. Zwar ist dessen elektrische Leitfähigkeit sehr gut, allerdings bereitet die mechanische Stabilität Probleme. Soll eine Elektrode mit einer Lithium-Metallfolie ähnlich schnell gewickelt werden wie sonst bei Li-Ionen-Akkumulatoren üblich, dann besteht das Risiko, dass die Lithiumfolie reißt. Deswegen wird entweder langsam gewickelt, die Lithiumfolie relativ dick gewählt oder eine Kupferfolie als Träger verwendet.A problem in the production of such galvanic cells arises from the fact that metallic lithium is a very soft material. Although its electrical conductivity is very good, but the mechanical stability causes problems. If an electrode with a lithium-metal foil is to be wound with the same speed as usual with Li-ion batteries, there is a risk of the lithium foil breaking. Therefore, either slowly wound, the lithium foil chosen relatively thick or a copper foil used as a carrier.

DE 601 04 890 T2 zeigt eine Maschine und ein Verfahren zur Laminierung von einer Anode und einer Kathode einer elektrochemischen Dünnschichtanordnung. Auf eine Lithium-Folie wird beidseitig ein Separator aufgebracht und das Laminat mit einer Kathodenfolie verbunden. DE 601 04 890 T2 shows a machine and method for lamination of an anode and a cathode of a thin film electrochemical device. On a lithium foil, a separator is applied on both sides and the laminate is connected to a cathode foil.

DE 32 30 249 A1 zeigt eine gewickelte Batteriezelle, bei der wechselweise eine Anodenfolie, einen Separator, eine Kathodenfolie und ein zweiter Separator aufgewickelt werden. Als Anodenfolie wird u.a. eine Lithium-Folie beschrieben. DE 32 30 249 A1 shows a wound battery cell in which alternately an anode foil, a separator, a cathode foil and a second separator are wound up. As the anode foil, inter alia, a lithium foil is described.

CH 701 957 A1 zeigt eine gewickelte Anordnung, in der eine Schicht aus positiver Elektrode, Separator, negativer Elektrode und einem weiteren Separator aufgewickelt ist. Als Material für eine Elektrode wird eine Lithium-Folie verwendet. CH 701 957 A1 shows a wound arrangement in which a layer of positive electrode, separator, negative electrode and another separator is wound. As a material for an electrode, a lithium foil is used.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Nach einem Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer gewickelten galvanischen Zelle, welche eine metallisches Lithium enthaltende Anode aufweist, wobei in einem ersten Schritt metallisches Lithium zur Herstellung einer Lithium-Metallfolie gewalzt wird, die weiteren Schritte:

  • a) Herstellen eines Verbundes mit der Lithium-Metallfolie, einer Kunststofffolie, einer Kollektorfolie, einer Kathode und einer Separatorfolie oder
  • a‘) Herstellen eines Verbundes mit einer Separatorfolie, der Lithium-Metallfolie, einer weiteren Separatorfolie und einer Kathode und
  • b) Aufwickeln des Verbundes zur Herstellung der gewickelten galvanischen Zelle.
According to one aspect of the invention, a method for producing a wound galvanic cell comprising a metallic lithium-containing anode, wherein in a first step metallic lithium is rolled to produce a lithium-metal foil, the further steps:
  • a) producing a composite with the lithium metal foil, a plastic film, a collector foil, a cathode and a Separatorfolie or
  • a ') producing a composite with a Separatorfolie, the lithium metal foil, another separator film and a cathode and
  • b) winding the composite for producing the wound galvanic cell.

Vorteilhaft wird in beiden genannten Alternativen die Lithium-Metallfolie für den Wickelprozess stabilisiert. Hierdurch wird das Risiko verringert, dass die Lithiumfolie bei dem Wickeln reißt. Mit den angegebenen Maßnahmen kann die Lithiumfolie sehr dünn gewählt und außerdem auf eine schwere und teure Kupferfolie als Trägerfolie verzichtet werden.Advantageously, the lithium metal foil for the winding process is stabilized in both said alternatives. This reduces the risk of the lithium foil breaking during winding. With the specified measures, the lithium foil can be chosen very thin and also be dispensed with a heavy and expensive copper foil as a carrier film.

Die Lithium-Metallfolie bildet in der galvanischen Zelle die Anode. Mit Anode wird eine Elektrode bezeichnet, die beim Anschluss an einen Verbraucher, also beispielsweise beim Betrieb eines Elektrofahrzeugs, Elektronen abgibt. Die Anode wird im Rahmen der Erfindung auch als negative Elektrode bezeichnet. Die Kathode bezeichnet dagegen die Elektrode, die beim Anschluss an einen Verbraucher, also beispielsweise beim Betrieb eines Elektrofahrzeugs, Elektronen aufnimmt. Die Kathode ist in diesem Fall die positive Elektrode.The lithium metal foil forms the anode in the galvanic cell. Anode refers to an electrode that emits electrons when connected to a consumer, for example when operating an electric vehicle. The anode is also referred to as a negative electrode within the scope of the invention. On the other hand, the cathode designates the electrode, which receives electrons when it is connected to a consumer, for example when operating an electric vehicle. The cathode in this case is the positive electrode.

Der genannte Verbund enthält die Materialschichten dabei bevorzugt in der genannten Reihenfolge. Gemäß Schritt a) enthält der Verbund die Lithium-Metallfolie, die Kunststofffolie, die Kollektorfolie, die Kathode und die Separatorfolie in dieser Reihenfolge, so dass die Lithium-Metallfolie und die Kunststofffolie aneinander grenzen, die Kunststofffolie und die Kollektorfolie aneinander grenzen, die Kollektorfolie und die Kathode aneinander grenzen und die Kathode und die Separatorfolie aneinander grenzen. Gemäß Schritt a‘) enthält der Verbund die Separatorfolie, die Lithium-Metallfolie, die weitere Separatorfolie und die Kathode in dieser Reihenfolge, so dass die Separatorfolie und die Lithium-Metallfolie, die Lithium-Metallfolie und die weitere Separatorfolie und die weitere Separatorfolie und die Kathode jeweils aneinander grenzen.The named composite preferably contains the material layers in the stated order. According to step a), the composite contains the lithium metal foil, the plastic foil, the collector foil, the cathode and the separator foil in this order, so that the lithium metal foil and the plastic foil adjoin each other, the plastic foil and the collector foil adjoin each other, the collector foil and the cathode adjoin one another and the cathode and the separator foil adjoin one another. According to step a '), the composite contains the separator foil, the lithium metal foil, the further separator foil and the cathode in this order, so that the separator foil and the lithium metal foil, the lithium metal foil and the further separator foil and the further separator foil and the Each cathode border each other.

Gemäß einer Ausführungsform enthält die Kathode Schwefel. Die gewickelte galvanische Zelle wird in diesem Fall als Lithium-Schwefelzelle bezeichnet, wobei während der Entladung an der Anode Lithium abgebaut und mit Schwefel verbunden wird und während der Ladung die entstandene Verbindung wieder aufgelöst und an der Anode Lithium abgelagert wird. Die Reaktion entspricht dabei beispielsweise derjenigen eines Natrium-Schwefel-Akkumulators, wobei das Lithium die Funktion des Natriums übernimmt.In one embodiment, the cathode contains sulfur. The wound galvanic cell becomes a lithium-sulfur cell in this case wherein lithium is decomposed during the discharge at the anode and connected to sulfur and during the charge, the resulting compound is dissolved again and deposited at the anode lithium. The reaction corresponds for example to that of a sodium-sulfur accumulator, wherein the lithium takes over the function of sodium.

Die Kathode der Lithium-Schwefelzelle kann beispielsweise elementaren Schwefel oder ein schwefelhaltiges Material und ein elektrisch leitendes Material aufweisen, wobei diese Materialien beispielsweise zunächst ineinander dispergiert oder suspendiert und danach verfestigt sein können oder zunächst mit einem Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch miteinander vermischt sein können, wobei das Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch hiernach entfernt werden kann, wie beispielsweise in der DE 10 2010 043 400 A1 der Anmelderin beschrieben. Das elektrisch leitende Material kann dabei beispielsweise elektrisch leitfähige Polymere enthalten oder Polymere, welche in elektrisch leitfähige Polymere umwandelbar sind, Kohlenstoffmodifikationen, insbesondere Graphit, Ruß und/oder Kohlenstoffnanoröhren, und Kombinationen davon. Mittels elektrisch leitfähigen Polymeren kann eine verbesserte Verteilung und Durchmischung des Schwefels und der elektrisch leitfähigen Komponente erzielt werden.The cathode of the lithium-sulfur cell may comprise, for example, elemental sulfur or a sulfur-containing material and an electrically conductive material, which materials may for example be initially dispersed or suspended in one another and then solidified or first mixed together with a solvent or solvent mixture, the solvent or solvent mixture can be hereafter removed, such as in the DE 10 2010 043 400 A1 the applicant described. The electrically conductive material may include, for example, electrically conductive polymers or polymers which are convertible into electrically conductive polymers, carbon modifications, in particular graphite, carbon black and / or carbon nanotubes, and combinations thereof. By means of electrically conductive polymers improved distribution and mixing of the sulfur and the electrically conductive component can be achieved.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform enthält die Kathode Sauerstoff. Die gewickelte galvanische Zelle wird in diesem Fall auch als Lithium-Luft-Zelle bezeichnet. Die positive Elektrode ist hierbei Sauerstoff-basiert, wobei der Sauerstoff von der Umgebungsluft gestellt werden oder maschinell hinzugefügt werden kann.According to another embodiment, the cathode contains oxygen. The wound galvanic cell is referred to in this case as a lithium-air cell. The positive electrode is oxygen-based in this case, wherein the oxygen from the ambient air can be provided or can be added by machine.

Unter Luft kann im Sinn der vorliegenden Erfindung insbesondere ein Gas verstanden werden, welches Sauerstoff enthält. Daher umfasst der Begriff Luft neben herkömmlicher atmosphärischer Luft, beispielsweise mit 21 Vol.-% O2 und 78 Vol.-% N2, auch reinen Sauerstoff und sauerstoffhaltige Gasgemische, welche eine andere Zusammensetzung als herkömmliche atmosphärische Luft aufweisen. Daher kann unter einer Lithium-Luft-Zelle eine Zelle verstanden werden, welche mit einem sauerstoffhaltigen Gasgemisch oder mit reinem Sauerstoff betrieben werden kann.For the purposes of the present invention, air can be understood in particular to mean a gas which contains oxygen. Therefore, the term air in addition to conventional atmospheric air, for example with 21 vol.% O 2 and 78 vol.% N 2 , also includes pure oxygen and oxygen-containing gas mixtures which have a different composition than conventional atmospheric air. Therefore, a lithium-air cell can be understood to mean a cell which can be operated with an oxygen-containing gas mixture or with pure oxygen.

Die positive Elektrode ist beispielsweise eine Gasdiffusionselektrode. Dabei kann die positive Elektrode eine, insbesondere Lithium-Ionen leitende, Flüssigkeit, beispielsweise Elektrolytflüssigkeit und/oder ionische Flüssigkeit, zum Beispiel in gelifizierter Form, und/oder ein Polymer, beispielsweise einen Polymerelektrolyten, und/oder einen, insbesondere Lithiumionen leitenden, beispielsweise anorganischen, Feststoff enthalten.The positive electrode is, for example, a gas diffusion electrode. In this case, the positive electrode may be a, in particular lithium-ion-conducting, liquid, for example, electrolyte liquid and / or ionic liquid, for example in gelified form, and / or a polymer, for example a polymer electrolyte, and / or one, in particular lithium ion-conducting, for example inorganic , Solid contained.

Die im Schritt a) genannte Kollektorfolie enthält beispielsweise Aluminium. Die Lithium-Metallfolie wird nach einer bevorzugten Ausführungsform direkt auf die Aluminium-Kollektorfolie der Kathode, welche mit der chemisch aktiven Kathodenmasse beschichtet ist, aufgewalzt. Mithilfe der Kunststofffolie, welche ebenfalls als Separator bezeichnet sein kann und welche bevorzugt Polyethylenterephthalat, Polypropylen, Polyethylen oder Polyimid oder zumindest eins dieser Materialien enthält, werden die beiden Schichten elektrisch voneinander getrennt.The collector foil mentioned in step a) contains, for example, aluminum. In a preferred embodiment, the lithium metal foil is rolled directly onto the aluminum collector foil of the cathode, which is coated with the chemically active cathode mass. By means of the plastic film, which may also be referred to as a separator and which preferably contains polyethylene terephthalate, polypropylene, polyethylene or polyimide or at least one of these materials, the two layers are electrically separated from each other.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist für eine Sicherstellung der Ableitung der Elektronen die im Schritt a) genannte Kunststofffolie auf einer Seite, die der Lithium-Metallfolie zugewandt ist, eine Metallschicht auf. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Kunststofffolie vor der Herstellung des Verbundes im Schritt a) mittels eines Beschichtungsverfahrens metallisiert wird. Der Verbund enthält dann die Materialschichten Lithium-Metallfolie, Metallschicht, Kunststofffolie, Kollektorfolie, Kathode und Separatorfolie in dieser Reihenfolge. Bevorzugte Metalle umfassen dabei Kupfer, oder Nickel. Geeignete Beschichtungsverfahren umfassen PVD (Physical Vapour Deposition), CVD (Chemical Vapour Deposition) und Sputtern, wobei PVD bevorzugt ist. Durch Vorsehung der Metallschicht kann sichergestellt werden, dass bei einem Kontaktverlust während der Zyklen oder durch einen Riss bei der Fertigung trotzdem die gesamte Lithium-Metallfolie kontaktiert wird. Beim Laden wird hierdurch die Abscheidung homogenisiert.According to a preferred embodiment, to ensure the discharge of the electrons, the plastic film mentioned in step a) has a metal layer on a side facing the lithium metal foil. It can be provided that the plastic film is metallized before the preparation of the composite in step a) by means of a coating process. The composite then contains the material layers lithium metal foil, metal layer, plastic foil, collector foil, cathode and separator foil in this order. Preferred metals include copper, or nickel. Suitable coating methods include PVD (Physical Vapor Deposition), CVD (Chemical Vapor Deposition), and sputtering, with PVD being preferred. By provid- ing the metal layer, it can be ensured that, in the event of a loss of contact during the cycles or due to a crack during production, the entire lithium metal foil is nevertheless contacted. During loading, this homogenizes the deposition.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist zumindest eine im Schritt a‘) genannte Separatorfolie auf einer Seite, die der Lithium-Metallfolie zugewendet ist, eine Schutzschicht auf. Alternativ hierzu oder zusätzlich hierzu kann die im Schritt a‘) genannte Lithium-Metallfolie auf zumindest einer Seite, die einer der Separatorfolien zugewendet ist, eine Schutzschicht aufweisen. Der Verbund enthält dann die Materialschichten Separatorfolie, Schutzschicht, Lithium-Metallfolie, weitere Separatorfolie und Kathode in dieser Reihenfolge oder Separatorfolie, Lithium-Metallfolie, Schutzschicht, weitere Separatorfolie und Kathode in dieser Reihenfolge, wobei die Schutzschichten ein- oder mehrlagig ausgebildet sein können.According to a preferred embodiment, at least one separator film mentioned in step a ') has a protective layer on a side facing the lithium metal foil. Alternatively or additionally, the lithium metal foil mentioned in step a ') may have a protective layer on at least one side facing one of the separator foils. The composite then contains the material layers separator film, protective layer, lithium metal foil, further separator film and cathode in this order or separator film, lithium metal foil, protective layer, further separator film and cathode in this order, wherein the protective layers can be formed in one or more layers.

Derartige Schutzschichten können beispielsweise zur Verringerung von Nebenreaktionen ausgebildet sein oder Dendritenwachstum verhindern. Vorteilhaft wird die Lithium-Metallfolie hierdurch für den Wickelprozess außerdem weiter stabilisiert. Die Schutzschicht enthält beispielsweise eine Lithium-Polyanion-Verbindung, beispielsweise LiFePO4, oder ein Lithiumsilikat, Lithiumborat, Lithiumaluminat, Lithiumphosphat, Lithiumphospho-Oxynitrit, Lithiumsilicosulfid, Lithiumborsulfid, Lithiumaluminosulfid und Lithiumphosphosulfid. Such protective layers may, for example, be designed to reduce side reactions or prevent dendrite growth. Advantageously, the lithium metal foil is thereby further stabilized for the winding process. The protective layer contains, for example, a lithium-polyanion compound, for example LiFePO 4 , or a lithium silicate, lithium borate, lithium aluminate, lithium phosphate, lithium phospho-oxynitrite, lithium silicosulfide, lithium boron sulfide, lithium aluminum sulfide and lithium phosphosulfide.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description. Show it:

1 einen Verbund gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, vor einem Aufwickeln zur Herstellung einer gewickelten galvanischen Zelle und 1 a composite according to a first embodiment of the invention, prior to winding for producing a wound galvanic cell and

2 einen Verbund gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, vor einem Aufwickeln zur Herstellung einer gewickelten galvanischen Zelle. 2 a composite according to another embodiment of the invention, prior to winding to produce a wound galvanic cell.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt einen Verbund 2 mit einer Lithium-Metallfolie 4, einer Kunststofffolie 6, einer Kollektorfolie 8, einer Kathode 10 und einer Separatorfolie 12. Der Verbund 2 wird zur Herstellung einer gewickelten galvanischen Zelle (Jelly Roll) aufgewickelt. Die Kunststofffolie 6 und die Separatorfolie 12 können, wie dargestellt, seitlich etwas über die Kollektorfolie 8, die Lithium-Metallfolie 4 und die Kathode 10 hervorstehen, um diese besser gegeneinander elektrisch zu isolieren. 1 shows a composite 2 with a lithium metal foil 4 , a plastic film 6 , a collector foil 8th , a cathode 10 and a separator film 12 , The composite 2 is wound up to produce a wound galvanic cell (jelly roll). The plastic film 6 and the separator film 12 can, as shown, laterally slightly above the collector foil 8th , the lithium metal foil 4 and the cathode 10 protrude to better isolate them against each other electrically.

Der in 1 dargestellte Verbund 2 hat die Eigenschaft, dass die Lithium-Metallfolie 4 gegen Zug stabilisiert ist, wodurch sie schnell und einfach zu der gewickelten galvanischen Zelle aufgewickelt werden kann.The in 1 represented composite 2 has the property that the lithium metal foil 4 stabilized against tension, whereby it can be wound up quickly and easily to the wound galvanic cell.

Die Separatorfolie 12 ist zwischen 10 und 50 µm dick, beispielsweise zwischen 20 und 25 µm. The separator film 12 is between 10 and 50 μm thick, for example between 20 and 25 μm.

Die Kathode 10, welche bei einem Lithium-Schwefel-System Schwefel enthält, weist eine Dicke von 40 bis 200 µm auf, beispielsweise etwa 100 µm. Als Kollektorfolie 8 wird bei dem Lithium-Schwefel-System Aluminium mit einer Dicke von 10 bis 20 µm verwendet, beispielsweise etwa 12 µm. The cathode 10 , which contains sulfur in a lithium-sulfur system, has a thickness of 40 to 200 .mu.m, for example about 100 .mu.m. As a collector foil 8th In the lithium-sulfur system, aluminum having a thickness of 10 to 20 μm, for example, about 12 μm, is used.

Die Kathode 10, welche bei einem Lithium-Luft-System eine Gasdiffusionselektrode, beispielsweise einen Polymerelektrolyten enthält, weist ebenfalls eine Dicke von 40 bis 200 µm auf, beispielsweise etwa 100 µm. Als Kollektorfolie 8 wird bei dem Lithium-Luft-System Aluminium mit einer Dicke von 10 bis 20 µm verwendet, beispielsweise etwa 12 µm. The cathode 10 which in a lithium-air system contains a gas diffusion electrode, for example a polymer electrolyte, likewise has a thickness of 40 to 200 μm, for example about 100 μm. As a collector foil 8th In the lithium-air system, aluminum having a thickness of 10 to 20 μm, for example, about 12 μm, is used.

Die Kunststofffolie 6 weist auf ihrer der Lithium-Metallfolie 4 zugewandten Seite eine Metallschicht 14 auf. Die Kunststofffolie 6 ist zwischen 12 und 50 µm dick, beispielsweise etwa 23 µm. Die Lithium-Metallfolie 4 weist eine Dicke von 50 bis 250 µm, beispielsweise etwa 90 µm auf.The plastic film 6 points to her the lithium metal foil 4 facing side of a metal layer 14 on. The plastic film 6 is between 12 and 50 microns thick, for example about 23 microns. The lithium metal foil 4 has a thickness of 50 to 250 microns, for example, about 90 microns.

2 zeigt den gegen Zug stabilisierten Verbund 2 gemäß einer weiteren Ausführungsform, wobei die Lithium-Metallfolie 4 zwischen zwei Separatorfolien 12 angeordnet ist. Der Verbund 2 umfasst außerdem die Kathode 10, welche wie mit Bezug zu 1 beschrieben ausgebildet sein kann. 2 shows the tensile-stabilized composite 2 according to a further embodiment, wherein the lithium-metal foil 4 between two separator sheets 12 is arranged. The composite 2 also includes the cathode 10 which as related to 1 may be formed described.

Die Separatorfolien 12 weisen jeweils eine Dicke von 10 bis 50 µm, beispielsweise zwischen 20 und 25 µm auf. Die Lithium-Metallfolie 4 weist eine Dicke von 50 bis 250 µm, beispielsweise etwa 90 µm auf. The separator foils 12 each have a thickness of 10 to 50 microns, for example between 20 and 25 microns. The lithium metal foil 4 has a thickness of 50 to 250 microns, for example, about 90 microns.

Zur Herstellung des Verbundes 2 wurde zunächst die Lithium-Metallfolie 4 beispielsweise mittels Walzen von einem Block oder von einem Barren Lithium-Materials zu einer Folie gewalzt. In einem weiteren Schritt wurden Schutzschichten 16, die Nebenreaktionen oder Dendritenwachstum verhindern, auf der Lithium-Metallfolie 4 und/oder auf die Separatorfolien 12 aufgebracht, beispielsweise mittels PVD. Nach der Zusammenführung mit der Kathode 10 wird der Verbund 2 zur Herstellung der gewickelten galvanischen Lithium-Schwefelzelle oder Lithium-Luftzelle aufgewickelt.For the production of the composite 2 was initially the lithium-metal foil 4 rolled for example by rolling from a block or a billet of lithium material into a film. In a further step were protective layers 16 that prevent side reactions or dendrite growth on the lithium metal foil 4 and / or on the Separatorfolien 12 applied, for example by PVD. After merging with the cathode 10 becomes the composite 2 wound to produce the wound galvanic lithium-sulfur cell or lithium-air cell.

Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.The invention is not limited to the embodiments described herein and aspects highlighted therein. Rather, within the scope given by the claims a variety of modifications are possible, which are within the scope of expert action.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 60104890 T2 [0005] DE 60104890 T2 [0005]
  • DE 3230249 A1 [0006] DE 3230249 A1 [0006]
  • CH 701957 A1 [0007] CH 701957 A1 [0007]
  • DE 102010043400 A1 [0013] DE 102010043400 A1 [0013]

Claims (10)

Verfahren zur Herstellung einer gewickelten galvanischen Zelle, welche eine metallisches Lithium enthaltende Anode aufweist, wobei in einem ersten Schritt metallisches Lithium zur Herstellung einer Lithium-Metallfolie (4) gewalzt wird, mit den weiteren Schritten: a) Herstellen eines Verbundes (2) mit der Lithium-Metallfolie (4), einer Kunststofffolie (6), einer Kollektorfolie (8), einer Kathode (10) und einer Separatorfolie (12) oder a‘) Herstellen eines Verbundes (2) mit einer Separatorfolie (12), der Lithium-Metallfolie (4), einer weiteren Separatorfolie (12) und einer Kathode (10) und b) Aufwickeln des Verbundes (2) zur Herstellung der gewickelten galvanischen Zelle.A process for producing a wound galvanic cell comprising a metallic lithium-containing anode, wherein in a first step metallic lithium is used to produce a lithium-metal foil ( 4 ), with the further steps of: a) producing a composite ( 2 ) with the lithium metal foil ( 4 ), a plastic film ( 6 ), a collector foil ( 8th ), a cathode ( 10 ) and a separator film ( 12 ) or a ') establishing a network ( 2 ) with a separator film ( 12 ), the lithium metal foil ( 4 ), another separator film ( 12 ) and a cathode ( 10 ) and b) winding the composite ( 2 ) for producing the wound galvanic cell. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Verbund (2) Materialschichten in der genannten Reihenfolge der Materialien enthält.The method of claim 1, wherein the composite ( 2 ) Contains material layers in said order of materials. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kathode (10) Schwefel enthält.Method according to claim 1 or 2, wherein the cathode ( 10 ) Contains sulfur. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kathode (10) Sauerstoff enthält.Method according to claim 1 or 2, wherein the cathode ( 10 ) Contains oxygen. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die im Schritt a) genannte Kollektorfolie (8) Aluminium enthält. Method according to one of claims 1 to 4, wherein said in step a) said collector foil ( 8th ) Contains aluminum. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die im Schritt a) genannte Kunststofffolie (6) Polyethylenterephthalalat, Polypropylen, Polyethylen, Polyimid oder zumindest zwei dieser Materialien enthält.Method according to one of claims 1 to 5, wherein said in step a) plastic film ( 6 ) Polyethylene terephthalate, polypropylene, polyethylene, polyimide or at least two of these materials. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die im Schritt a) genannte Kunststofffolie (6) auf einer Seite, die der Lithium-Metallfolie (4) zugewandt ist, eine Metallschicht (14) aufweist.Method according to one of claims 1 to 6, wherein said in step a) plastic film ( 6 ) on one side of the lithium metal foil ( 4 ), a metal layer ( 14 ) having. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die im Schritt a‘) genannte Separatorfolie (12) auf einer Seite, die der Lithium-Metallfolie (4) zugewendet ist, eine Schutzschicht (16) aufweist.Method according to one of claims 1 to 4, wherein said in step a ') said separator film ( 12 ) on one side of the lithium metal foil ( 4 ), a protective layer ( 16 ) having. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 8, wobei die im Schritt a‘) genannte Lithium-Metallfolie (4) auf einer Seite, die der Separatorfolie (12) zugewendet ist, eine Schutzschicht (16) aufweist.Method according to one of claims 1 to 4 or 8th , wherein the lithium metal foil (c) mentioned in step a ') 4 ) on one side, the separator film ( 12 ), a protective layer ( 16 ) having. Galvanische Zelle, hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9.Galvanic cell produced by a method according to one of claims 1 to 9.
DE102014213693.8A 2014-07-15 2014-07-15 Galvanic cell and method for producing a galvanic cell Pending DE102014213693A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014213693.8A DE102014213693A1 (en) 2014-07-15 2014-07-15 Galvanic cell and method for producing a galvanic cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014213693.8A DE102014213693A1 (en) 2014-07-15 2014-07-15 Galvanic cell and method for producing a galvanic cell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102014213693A1 true DE102014213693A1 (en) 2016-01-21

Family

ID=55021621

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102014213693.8A Pending DE102014213693A1 (en) 2014-07-15 2014-07-15 Galvanic cell and method for producing a galvanic cell

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102014213693A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111180748A (en) * 2020-01-16 2020-05-19 广州鹏辉能源科技股份有限公司 Air electrode of air battery, preparation method of air electrode, air battery and electric device

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3721113A (en) * 1971-08-23 1973-03-20 Du Pont Rolling of lithium
DE3014435A1 (en) * 1979-04-16 1980-10-30 Sanyo Electric Co BATTERY
DE3230249A1 (en) 1981-08-13 1983-03-03 Moli Energy Ltd., Burnaby, British Columbia ELECTRODE DEVICE, BATTERY CELL AND METHOD FOR IMPROVING THE REVERSIBILITY OF A CELL
DE60104890T2 (en) 2000-11-22 2005-08-25 3M Innovative Properties Co., St. Paul ROTARY MACHINE AND METHOD FOR LAMINATING ANODE AND CATHODE OF AN ELECTROCHEMICAL THIN LAYER ASSEMBLY
CH701957A1 (en) 2009-10-02 2011-04-15 Uster Technologies Ag A method of establishing a clearing limit on a yarn clearing.
DE102010043400A1 (en) 2010-11-04 2012-05-10 Robert Bosch Gmbh Cathode material for lithium-sulfur cell
US20130034761A1 (en) * 2005-01-28 2013-02-07 Eveready Battery Company, Inc. Electrochemical Cell with Improved Internal Contact
CA2755597A1 (en) * 2011-10-20 2013-04-20 Engineered Power Services Inc. High temperature lithium battery, having initial low temperature use capability

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3721113A (en) * 1971-08-23 1973-03-20 Du Pont Rolling of lithium
DE3014435A1 (en) * 1979-04-16 1980-10-30 Sanyo Electric Co BATTERY
DE3230249A1 (en) 1981-08-13 1983-03-03 Moli Energy Ltd., Burnaby, British Columbia ELECTRODE DEVICE, BATTERY CELL AND METHOD FOR IMPROVING THE REVERSIBILITY OF A CELL
DE60104890T2 (en) 2000-11-22 2005-08-25 3M Innovative Properties Co., St. Paul ROTARY MACHINE AND METHOD FOR LAMINATING ANODE AND CATHODE OF AN ELECTROCHEMICAL THIN LAYER ASSEMBLY
US20130034761A1 (en) * 2005-01-28 2013-02-07 Eveready Battery Company, Inc. Electrochemical Cell with Improved Internal Contact
CH701957A1 (en) 2009-10-02 2011-04-15 Uster Technologies Ag A method of establishing a clearing limit on a yarn clearing.
DE102010043400A1 (en) 2010-11-04 2012-05-10 Robert Bosch Gmbh Cathode material for lithium-sulfur cell
CA2755597A1 (en) * 2011-10-20 2013-04-20 Engineered Power Services Inc. High temperature lithium battery, having initial low temperature use capability

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111180748A (en) * 2020-01-16 2020-05-19 广州鹏辉能源科技股份有限公司 Air electrode of air battery, preparation method of air electrode, air battery and electric device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112012002265B4 (en) Solid-state battery system and manufacturing method of regenerable solid-state secondary battery
WO2015165701A2 (en) Galvanic element and method for the production thereof
DE102014206829A1 (en) Galvanic element
DE102012005348A1 (en) Graphene-based separator for lithium-ion batteries
DE112017001969T5 (en) METHOD FOR FORMING A SECONDARY BATTERY
DE102010054610A1 (en) Electrochemical cell
DE102016118879A1 (en) Total solid state battery
DE102013112385A1 (en) Rechargeable electrochemical cell
DE102018218262A1 (en) Solid electrolyte material with improved chemical stability
DE102018207773A1 (en) Process for producing porous electrodes for electrochemical cells
DE102018202929A1 (en) Hybrid supercapacitor and method of making a hybrid supercapacitor
DE102020125831A1 (en) METHOD OF MANUFACTURING SILICON-CARBON COMPOSITE ELECTRODE MATERIALS
DE102012224324B4 (en) Battery cell, electrode material layer stack and use of an electrode material layer stack in a battery cell
DE102012005426A1 (en) Graphene in lithium ion batteries
DE102014221279A1 (en) Composite electrode and this comprehensive lithium-ion battery and use of the lithium-ion battery in a motor vehicle
DE102015100209A1 (en) SILICON-BASED ALLOYS WITH SEVERAL SEPARATED PHASES AS NEGATIVE ELECTRODE MATERIAL FOR LITHIUM BATTERIES
DE102021101894A1 (en) COMPOSITE REFERENCE ELECTRODE SUBSTRATE AND RELATED PROCEDURES
DE102011109813A1 (en) Lithium ion battery and method for producing a lithium ion battery
DE102014209209A1 (en) Lithium-air battery
DE102016216549A1 (en) Solid-state cell with adhesion-promoting layer
DE102019213584A1 (en) Anode material and process for its manufacture
DE102014213693A1 (en) Galvanic cell and method for producing a galvanic cell
WO2014206600A1 (en) Electrode for an electrochemical energy storage means
DE102022107900A1 (en) COMPOSITE INTERLAYER FOR SOLID STATE BATTERIES BASED ON LITHIUM METAL AND PROCESS FOR THEIR MANUFACTURE
DE102013201853A1 (en) Electrode for a galvanic element and method for producing the electrode

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R012 Request for examination validly filed