DE102014220964A1 - Battery without arrester foil - Google Patents

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Stefan Doerne
Silvan Hippchen
Christoph Brehm
Rene Hornung
Andreas Netz
Lutz Baumgaertner
Armin Glock
Ahmed Louati
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für eine Lithium-haltige Batterie oder einen Kondensator, umfassend Bereitstellen eines Graphitmaterials (14), das zumindest ein elektrisch leitfähiges Kohlenstoffmaterial enthält, Bereitstellen einer Aktivmaterialmischung (12), enthaltend elektrochemisch aktives Material; Zuführen des Graphitmaterials (14) und der Aktivmaterialmischung (12) in eine Kalandervorrichtung (22) derart, dass über eine Spaltbreite und eine Spalthöhe ein Konzentrationsgradient des elektrisch leitfähigen Kohlenstoffmaterials eingestellt wird, und Umformen der zugeführten Materialien in der Kalandervorrichtung (22) zu einer Folie (31), zumindest umfassend ein elektrisch leitfähiges Kohlenstoffsubstrat (10) und eine Schicht, die die Aktivmaterialmischung (12) enthält.The invention relates to a method for producing an electrode for a lithium-containing battery or a capacitor, comprising providing a graphite material (14) containing at least one electrically conductive carbon material, providing an active material mixture (12) containing electrochemically active material; Feeding the graphite material (14) and the active material mixture (12) into a calender device (22) such that a concentration gradient of the electrically conductive carbon material is adjusted over a gap width and a gap height, and forming the fed materials in the calender device (22) into a film (31), at least comprising an electrically conductive carbon substrate (10) and a layer containing the active material mixture (12).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für eine Lithium-haltige Batterie oder einen Kondensator, sowie auf eine entsprechende Elektrode. The invention relates to a method for producing an electrode for a lithium-containing battery or a capacitor, and to a corresponding electrode.

Batterien werden zukünftig in unterschiedlichen Bereichen vermehrt zum Einsatz kommen, so bei stationären Anwendungen, beispielsweise bei Solar- und Windkraftanlagen, bei mobilen Anwendungen, beispielsweise bei Fahrzeugen, wie Hybrid-, Plug-in- und Elektrofahrzeugen, und im Consumer-Bereich, beispielsweise bei Laptops und Mobiltelefonen. Prädestiniert für ein breites Einsatzgebiet sind insbesondere Lithium-haltige Batterien, welche sich durch hohe Energiedichten der aktiven Materialien und Entladeraten, hohe Zyklenfestigkeit und eine äußerst geringe Selbstentladung auszeichnen. Batteries will be increasingly used in various areas in the future, such as in stationary applications, such as solar and wind turbines, in mobile applications, such as in vehicles such as hybrid, plug-in and electric vehicles, and in the consumer sector, for example Laptops and mobile phones. Lithium-containing batteries, which are characterized by high energy densities of the active materials and discharge rates, high cycle stability and extremely low self-discharge, are predestined for a wide range of applications.

Elektrische Energie kann mit Hilfe von Batterien in Form von chemischer Reaktionsenergie und über Kondensatoren in Form von Ladungen auf den Kondensatorelektroden gespeichert werden. Bei einer geladenen Batterie liegen die Reaktionspartner örtlich voneinander getrennt vor, so dass eine Reaktion nur ablaufen kann, wenn einer der beteiligten Reaktionspartner als Ion transportiert werden kann, typischerweise ist dieser bewegliche Reaktionspartner Lithium. Der Lithium-Ionen-Transport wird durch elektrischen Strom in einem externen Kreislauf kontrolliert, wobei die bei der stark exotherm ablaufenden Reaktion freiwerdende Energie an der Kathode im externen Kreislauf in elektrische Energie umgesetzt wird.Electrical energy can be stored by means of batteries in the form of chemical reaction energy and via capacitors in the form of charges on the capacitor electrodes. In a charged battery, the reactants are spatially separated, so that a reaction can only proceed if one of the participating reactants can be transported as an ion, typically this mobile reactant is lithium. The lithium-ion transport is controlled by electric current in an external circuit, wherein the energy released during the strongly exothermic reaction is converted into electrical energy at the cathode in the external circuit.

Lithium-haltige Batterien weisen eine positive Elektrode auf, die als Kathode bezeichnet wird und eine negative Elektrode, die als Anode bezeichnet wird, wobei als Aktivmaterialien Interkalationsmaterialien eingesetzt werden, welche Lithiumionen (Li+) reversibel einlagern, bezeichnet als Interkalation, bzw. auslagern, auch als Deinterkalation bezeichnet. Derartige Interkalationsmaterialien zeigen bei Lade- und Entladevorgängen eine geringe Volumenänderung und eine hohe Reversibilität der Aus- und Einlagerungsvorgänge, wodurch sich eine gute Zyklenstabilität ergibt. Für eine Herstellung der Elektroden wird eine Aktivmaterialmischung hergestellt, die das eigentliche Aktivmaterial umfasst, welches Lithium-Ionen ein- und auslagern kann, und verschiedene Additive enthält. Diese Additive umfassen unter anderem Materialien, um die elektrische Leitfähigkeit zu verbessern, beispielsweise Leitruß, sowie eine Graphitmischung oder einen Elektrolyten, um die Ionenleitfähigkeit zu verbessern. Des Weiteren umfasst die Aktivmaterialmischung üblicherweise einen Binder, wie zum Beispiel PVdF (Polyvinylidenfluorid) zur mechanischen Stabilisierung der Elektrode und insbesondere der Elektrodenoberfläche. Aktivmaterialmischungen werden in einem Mischprozess unter Beigabe von Lösungsmitteln, üblicherweise ein wasserbasiertes Lösungsmittel für das Anodenmaterial und für das Kathodenmaterial, beispielsweise ein Lösungsmittel auf Basis von N-Methyl-2-Pyrrolidon (NMP), zu einem fließfähigen Brei vermischt und nass durch Rakeln oder Extrudieren auf als Stromableiter fungierende Metallfolien aufgebracht, anschließend getrocknet und kalandriert. Allerdings ist das Lösungsmittel NMP als giftig gemäß der EU-Gefahrstoffkennzeichnung eingestuft, so dass dessen Handhabung, Mischung, Beschichtung und Trocknung nur unter strengsten Auflagen erfolgen kann. Darüber hinaus können Leitnetzmaterialien, beispielsweise Kohlenstoffverbindungen, metallische, organische oder keramische Materialien, eingesetzt werden zum Ausbilden einer Mehrzahl von Leitnetzwerken, welche sowohl für Ionen als auch für Elektronen leitfähig sind. Lithium-containing batteries have a positive electrode, which is referred to as a cathode, and a negative electrode, which is referred to as anode, wherein as active materials intercalation materials are used, which reversibly store lithium ions (Li + ), referred to as intercalation, or outsource, also called deintercalation. Such Interkalationsmaterialien show during loading and unloading a small change in volume and high reversibility of the storage and storage processes, resulting in a good cycle stability. For the production of the electrodes, an active material mixture is produced, which comprises the actual active material, which can incorporate and remove lithium ions, and contains various additives. These additives include, among others, materials to improve electrical conductivity, such as conductive black, as well as a graphite mixture or electrolyte to improve ionic conductivity. Furthermore, the active material mixture usually comprises a binder, such as PVdF (polyvinylidene fluoride) for mechanical stabilization of the electrode and in particular the electrode surface. Active material mixtures are mixed in a mixing process with the addition of solvents, usually a water-based solvent for the anode material and for the cathode material, for example a solvent based on N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) to a flowable slurry and wet by knife coating or extrusion applied to acting as a current collector metal foils, then dried and calendered. However, the solvent NMP is classified as toxic according to the EU Hazard Identification, so that its handling, mixing, coating and drying can only be carried out under the strictest conditions. In addition, conductive mesh materials, such as carbon compounds, metallic, organic, or ceramic materials, may be used to form a plurality of conductive networks that are conductive to both ions and electrons.

Trägerfolien, eingesetzt als Stromableiter bei der Elektrodenherstellung sind üblicherweise für die Anode aus Kupfer und für die Kathode aus Aluminium. Derartige metallische Stromableiter, auch nur als Ableiter bezeichnet, weisen ein relativ hohes Gewicht auf, welches nachteilig im Hinblick auf die zu erzielenden Energiedichten ist. Ferner sind metallische Stromableiter teuer und im Langzeitbetrieb anfällig für Korrosion.Carrier films used as current conductors in the production of electrodes are usually made of copper for the anode and made of aluminum for the cathode. Such metallic current conductors, also referred to as arresters, have a relatively high weight, which is disadvantageous with regard to the energy densities to be achieved. Furthermore, metallic current collectors are expensive and susceptible to corrosion in long term operation.

Neben den mit Nachteilen behafteten Nassverfahren zur Beschichtung eines Substrats bzw. einer Trägerfolie zur Elektrodenherstellung sind lösungsmittelfreie Herstellungsverfahren für Elektroden bekannt, welche insbesondere durch reduzierte Investitionskosten, verbesserte Energie-, Sicherheits- und Umweltaspekte, höhere Prozessgeschwindigkeiten, reduzierte Anzahl von Prozessschritten, und Wegfall von Lösungsmittelkosten drastische Einsparungen realisieren. In addition to the disadvantageous wet process for coating a substrate or a carrier film for electrode production, solvent-free production methods for electrodes are known, which in particular by reduced investment costs, improved energy, safety and environmental aspects, higher process speeds, reduced number of process steps, and eliminating solvent costs realize drastic savings.

Ein sogenanntes Trockenverfahren zur Herstellung von Elektroden basiert auf dem Verpressen von expandiertem Graphit unter hohem Druck in Kalandern zu Folien, wobei eine poröse Graphitfolie erzeugt wird, welche beispielsweise in Batterien als Anode oder in Superkondensatoren eingesetzt wird. Ferner können in eine derartige poröse Graphitfolie bzw. Graphitmatrix Kathodenmaterialien eingelagert werden, insbesondere mit PVdF und Leitruß umhülltes Aktivmaterial, aus der Klasse der Lithiummetallverbindungsoxiden, z.B. Lithium-Nickel-Cobalt-Manganoxid (NCM). Hierbei erweist sich die Graphitfolie selbst als elektrisch leitfähig, so dass über eine Vielzahl von leitfähigen Perkolationspfaden der elektrische Kontakt zwischen Stromableiter bzw. Ableiterfolie und Aktivmaterial unterstützt wird.A so-called dry process for making electrodes is based on compressing expanded graphite under high pressure in calenders into films to produce a porous graphite foil which is used, for example, in batteries as an anode or in supercapacitors. Further, cathode materials can be incorporated into such a porous graphite foil or graphite matrix, in particular active material coated with PVdF and conductive carbon black, selected from the class of lithium metal compound oxides, e.g. Lithium-nickel-cobalt-manganese oxide (NCM). In this case, the graphite foil itself proves to be electrically conductive, so that the electrical contact between the current conductor or arrester foil and active material is supported via a large number of conductive percolation paths.

Aus WO 2006/001847 A1 ist ein lösungsmittelfreies Verfahren zum Herstellen von Elektroden für Superkondensatoren bekannt. Bei dem Verfahren wird eine Aktivmaterialmischung zu einem Film verpresst und anschließend mit einem Stromableiter verbunden. Die Aktivmaterialmischung umfasst ein expandiertes Graphit sowie einen Binder und wird unter hohem Druck in Kalandern zu einer Folie verpresst. Der expandierte Graphit ist Basis für dieses Verfahren zum Verpressen von Elektrodenmaterial, da nur das mechanische Verharken von expandiertem Graphit für die ausreichende Stabilität sorgt. Normaler Graphit lässt sich ohne zusätzliche Additive wie Binder etc. nicht verpressen. Out WO 2006/001847 A1 is a solvent-free method for producing electrodes for supercapacitors known. In the process, an active material mixture is pressed into a film and then connected to a current collector. The active material mixture comprises an expanded graphite and a binder and is pressed under high pressure in calenders into a film. The expanded graphite is the basis for this process for pressing electrode material, since only the mechanical Verharken of expanded graphite provides sufficient stability. Normal graphite can not be pressed without additional additives such as binders.

Aus DE 10 2011 077 932 A1 ist eine Kathodeneinheit für eine Alkalimetall-Schwefel-Batterie bekannt, welche unter anderem einen Kathodenableiter enthält, der ein Kohlenstoffsubstrat umfasst und eine elektrochemisch aktive Komponente, die aus Schwefel oder einem Alkalimetallsulfid ausgewählt wird und in elektrisch leitendem Kontakt mit dem Kohlenstoffsubstrat steht. Das Kohlenstoffsubstrat ist als gewebtes oder nicht-gewebtes Flächengebilde, als Geflecht oder Netzwerk, als Folie oder Film ausgebildet, wobei das umfasste Kohlenstoffmaterial ausgewählt ist aus Kohlenstofffasern, Graphit, Kohlenstoffnanoröhrchen, porösem Kohlenstoff, Graphen, Ruß oder deren Gemischen. Ein derartig ausgebildeter Kathodenableiter umfasst kein metallisches Substrat.Out DE 10 2011 077 932 A1 For example, there is known a cathode unit for an alkali metal-sulfur battery which includes, among other things, a cathode conductor comprising a carbon substrate and an electrochemically active component selected from sulfur or an alkali metal sulfide and in electrically conductive contact with the carbon substrate. The carbon substrate is formed as a woven or nonwoven fabric, a mesh or a network, a film or a film, wherein the included carbon material is selected from carbon fibers, graphite, carbon nanotubes, porous carbon, graphene, carbon black or mixtures thereof. Such a trained cathode arrester does not comprise a metallic substrate.

DE 41 08 042 A1 offenbart, dass eine folienförmige Kohlenstoffschicht als Träger für eine aktive Masse vorgesehen ist. Kohlenstofffolien enthalten gepresste und gegebenenfalls auch gesinterte Graphitfasern. Kathode und Anode sowie deren aktiven Massen bestehen aus einem Metall, einem Metalloxid oder einem Metallhydroxid. DE 41 08 042 A1 discloses that a foil-shaped carbon layer is provided as a carrier for an active mass. Carbon films contain pressed and optionally also sintered graphite fibers. Cathode and anode as well as their active masses consist of a metal, a metal oxide or a metal hydroxide.

DE 102 51 241 A1 offenbart Ableiter, die beispielsweise als Foliennetze oder Gewebe bzw. Vliese aus Metallen ausgeführt sind. Des Weiteren werden Folien aus elektrisch leitfähigen Polymeren wie etwa Polypyrrol, Polythiophen, Polyphenylen, Polyanilin oder auch Vliese aus Carbonfasern oder Kohlenstofffasern offenbart. Als Materialien werden für die Anode bevorzugt Kupfer und für die Kathode bevorzugt Aluminium ausgewählt. DE 102 51 241 A1 discloses arresters which are embodied, for example, as film nets or woven or nonwoven webs of metals. Furthermore, films of electrically conductive polymers such as polypyrrole, polythiophene, polyphenylene, polyaniline or nonwovens made of carbon fibers or carbon fibers are disclosed. The preferred materials for the anode are copper and, for the cathode, aluminum.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für eine Lithium-haltige Batterie oder einen Kondensator vorgeschlagen, umfassend ein Bereitstellen eines Graphitmaterials, welches zumindest ein elektrisch leitfähiges Kohlenstoffmaterial umfasst, und das Bereitstellen einer Aktivmaterialmischung, welche elektrochemisch aktives Material und Additive enthält. Das Graphitmaterial und die Aktivmaterialmischung werden einem Spalt einer Kalandervorrichtung zugeführt, wobei das elektrisch leitfähige Kohlenstoffmaterial über eine Spaltbreite und eine Spalthöhe einen Konzentrationsgradienten aufweist. Mittels der Kalandervorrichtung erfolgt ein Umformen der zugeführten Materialien zu einer Folie, welche zumindest ein elektrisch leitfähiges Kohlenstoffsubstrat und eine Schicht aufweist, enthaltend die Aktivmaterialmischung.According to the invention, a method is proposed for producing an electrode for a lithium-containing battery or a capacitor, comprising providing a graphite material comprising at least one electrically conductive carbon material, and providing an active material mixture containing electrochemically active material and additives. The graphite material and the active material mixture are fed to a gap of a calender device, wherein the electrically conductive carbon material has a concentration gradient over a gap width and a gap height. The calender device converts the supplied materials into a film which has at least one electrically conductive carbon substrate and a layer containing the active material mixture.

Im Rahmen dieser Beschreibung wird der Begriff „Batterie“ wie in der Umgangssprache üblich verwendet, so dass der Begriff sowohl Primärbatterien als auch Sekundärbatterien (Akkumulatoren) umfasst. Des Weiteren umfasst der Begriff „Batterie“ im Folgenden auch einzelne Batteriezellen.In the context of this description, the term "battery" is used as is customary in the vernacular, so that the term encompasses both primary batteries and secondary batteries (accumulators). Furthermore, the term "battery" in the following also includes individual battery cells.

In einer Ausführungsform ist das elektrisch leitfähige Kohlenstoffmaterial des Graphitmaterials ausgewählt aus Kohlenstofffasern, Graphit, Kohlenstoffnanoröhrchen, porösem Kohlenstoff, Graphen, Ruß, natürlichem Graphit oder deren Gemischen, wobei diese sich hinsichtlich ihrer Festkörperstruktur und auch hinsichtlich ihrer Morphologie oder Porosität unterscheiden. Kohlenstoffnanoröhrchen sind insbesondere mikroskopisch kleine röhrenförmige Gebilde aus Kohlenstoff, die aus einwandigen oder mehrwandigen Graphenschichten aufgerollt werden. Länge und Durchmesser der Kohlenstoffnanoröhrchen variieren über einen breiten Bereich. Im Rahmen der Erfindung wird mit dem Begriff „Graphen“ eine Modifikation des Kohlenstoffs mit zweidimensionaler Struktur verstanden, wobei Graphen in Form von Graphenflocken eingesetzt werden kann. Unter porösem Kohlenstoff werden unter anderem Aktivkohle, ein aus einem Carbid hergestellter Kohlenstoff, Kugelhohlkohle oder entsprechende Gemische verstanden. Geeignetes Rußmaterial ist beispielsweise sogenannter Leitruß. Insbesondere kann sogenanntes Graphitexpandat aus Naturgraphit durch Behandlung mit Säure zu Graphitsalz umgewandelt werden, welches mittels einer Wärmebehandlung in Graphitexpandat überführt wird. Verbleiben die Graphitsalzpartikel während des Expansionsschritts und einem anschließenden Komprimierschritt auf einer Unterlage, so können homogene Graphitfolien geringer Dicke erzeugt werden, welche als flächige Ableiterstrukturen fungieren. In one embodiment, the electrically conductive carbon material of the graphite material is selected from carbon fibers, graphite, carbon nanotubes, porous carbon, graphene, carbon black, natural graphite, or mixtures thereof, which differ in their solid state structure as well as their morphology or porosity. Carbon nanotubes are, in particular, microscopic tubular carbon formations that are rolled up from single-wall or multi-walled graphene layers. The length and diameter of the carbon nanotubes vary over a wide range. In the context of the invention, the term "graphene" is understood to mean a modification of the carbon having a two-dimensional structure, wherein graphene in the form of graphene flakes can be used. By porous carbon is meant, inter alia, activated carbon, a carbide produced from a carbide, hollow coal or corresponding mixtures. Suitable carbon black material is for example so-called Leitruß. In particular, so-called graphite expanded natural graphite can be converted by treatment with acid to graphite salt, which is converted by means of a heat treatment in Graphitexpandat. If the graphite salt particles remain on a support during the expansion step and a subsequent compression step, it is possible to produce homogeneous graphite foils of small thickness, which function as flat arrester structures.

Die Aktivmaterialmischung umfasst ein elektrochemisch aktives Material, welches beispielsweise im Fall einer Kathode für eine Lithium-haltige-Batterie ausgewählt sein kann aus einem lithiierten Übergangsmetalloxid, beispielsweise Li(NiCoMn)O2, LiMn2O4, Li2MO3-LiMO2 (wobei M beispielsweise Ni, Co, Mn, Mo, Cr, Fe, Ru oder V ist), LiMPO4 (wobei M beispielsweise Fe, Ni, Co oder Mn ist), Li(Ni0,5Mn1,5)O4, LixV2O5, LixV3O8 oder weiteren dem Fachmann bekannten Kathodenmaterialien wie Boraten, Phosphaten, Flourophosphaten, Silikaten. Weitere Möglichkeiten für das Aktivmaterial ist beispielsweise lithiierter Schwefel. Im Falle einer Anode für eine Lithium-haltige Batterie ist das elektrochemisch aktive Material ausgewählt aus Silizium, Germanium, metallischem Lithium, keramischen Materialien, natürlichem und/oder synthetischem Graphit, Legierungen, umfassend Zinn, Antimon, Bismut, harte Kohlenstoffe oder Formen davon, z.B. Nanotubes oder Nanowalls.The active material mixture comprises an electrochemically active material which, for example in the case of a cathode for a lithium-containing battery, can be selected from a lithiated transition metal oxide, for example Li (NiCoMn) O 2 , LiMn 2 O 4 , Li 2 MO 3 -LiMO 2 ( where M is, for example, Ni, Co, Mn, Mo, Cr, Fe, Ru or V), LiMPO 4 (where M is, for example, Fe, Ni, Co or Mn), Li (Ni 0.5 Mn 1.5 ) O 4 , Li x V 2 O 5 , Li x V 3 O 8 or other cathode materials known to those skilled in the art, such as borates, phosphates, fluorophosphates, silicates. Other options for the active material is for example, lithiated sulfur. In the case of an anode for a lithium-containing battery, the electrochemically active material is selected from silicon, germanium, metallic lithium, ceramic materials, natural and / or synthetic graphite, alloys comprising tin, antimony, bismuth, hard carbons or forms thereof, eg Nanotubes or nanowalls.

Die Aktivmaterialmischung umfasst neben dem elektrochemisch aktiven Material gegebenenfalls Additive, beispielsweise Acetylene black zur Erhöhung der elektronischen Leitfähigkeit oder Festkörperionenleiter zur Erhöhung der ionischen Leitfähigkeit, z.B. Mischungen von Polyethylenoxid (PEO), Ethylencarbonat (EC), Polycarbonat (PC), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyvinylidendifluorid (PVdF) oder Mischungen hiervon mit Lithiumsalzen, z.B. LiN(CF3SO2)2, LiClO4, LiAsF6 oder anderen.In addition to the electrochemically active material, the active material mixture optionally contains additives, for example acetylene black, for increasing the electronic conductivity or solid-state ionic conductors for increasing the ionic conductivity, for example mixtures of polyethylene oxide (PEO), ethylene carbonate (EC), polycarbonate (PC), polymethyl methacrylate (PMMA), Polyvinylidene difluoride (PVdF) or mixtures thereof with lithium salts, eg LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiClO 4 , LiAsF 6 or others.

Das Graphitmaterial und die Aktivmaterialmischung werden als trockene, lösungsmittelfreie Zusammensetzungen bereitgestellt, wobei die jeweiligen Zusammensetzungen durch eine Vermengung bzw. Vermischung der enthaltenen Komponenten vorbereitet werden können. Beispielsweise kann die Aktivmaterialmischung in Form eines Kompositmaterials eingesetzt werden, in welchem eine elektrisch leitfähige, elektrochemisch inaktive Kohlenstoffkomponente und das elektrochemisch aktive Material intensiv miteinander vermischt sind, wobei das Aktivmaterial der Elektrode auf der inneren und/oder äußeren Oberfläche des elektrisch leitfähigen Kohlenstoffmaterials aufgebracht wird bzw. umgekehrt. The graphite material and the active material mixture are provided as dry, solventless compositions, wherein the respective compositions can be prepared by blending the contained components. For example, the active material mixture can be used in the form of a composite material in which an electrically conductive, electrochemically inactive carbon component and the electrochemically active material are intimately mixed, wherein the active material of the electrode is applied to the inner and / or outer surface of the electrically conductive carbon material . vice versa.

Die Umformung der zugeführten Materialien zu einer Folie, d.h. das Komprimieren erfolgt vorzugsweise in einer Kalandervorrichtung, die mehrere Walzen umfasst, zwischen denen die Materialien zugeführt werden. Die trockenen Zusammensetzungen, insbesondere in Form von Partikeln vorliegend, werden mittels einer Auftragseinrichtung zugeführt. Insbesondere erfolgt eine Auftragung auf eine Unterlage, wobei die Auftragseinrichtung zum Aufstreuen und/oder Aufrakeln als Auftragsbürste, Auftragswalze, Rüttelblech und/oder Lochblech ausgebildet sein kann. Die Auftragung von Graphitmaterial und Aktivmaterialmischung erfolgt insbesondere derart, dass die in der Kalandervorrichtung zur Folie verpressten Materialien entlang der Spalthöhe und damit über die Dicke der Folie und entlang der Spaltbreite einen Konzentrationsgradienten aufweisen. Insbesondere kann ein Anteil einer oder mehrerer Komponenten, z.B. Leitruß und/oder elektrisch leitfähiges Graphit, in der erzeugten Folie derart variiert werden, dass sich ein Folienbereich sehr hoher Leitfähigkeit ausbildet. Konzentrationsgradienten können über die Spalthöhe und/oder der Spaltbreite erzeugt werden.The conversion of the fed materials into a film, i. the compression is preferably carried out in a calendering apparatus comprising a plurality of rollers between which the materials are fed. The dry compositions, in particular in the form of particles, are supplied by means of an applicator. In particular, a coating is applied to a substrate, wherein the application device can be designed for spreading and / or doctoring as a job brush, applicator roll, Rüttelblech and / or perforated plate. The application of graphite material and active material mixture takes place in particular in such a way that the materials pressed into the film in the calendering device have a concentration gradient along the gap height and thus across the thickness of the film and along the gap width. In particular, a proportion of one or more components, e.g. Leitruß and / or electrically conductive graphite, are varied in the film produced in such a way that forms a film region of very high conductivity. Concentration gradients can be generated via the gap height and / or the gap width.

Insbesondere bildet das Graphitmaterial eine dünne Schicht bzw. eine Graphitfolie aus, welche als elektrisch leitfähiges Kohlenstoffsubstrat in einer Lithium-haltigen Batterie als eine flächige Ableiterstruktur bzw. als Stromableiter fungiert. Dabei kann die dünne Graphitschicht Fehlstellen aufweisen, solange dies keinen Einfluss auf die elektrische Leitfähigkeit einer derart ausgebildeten Ebene hat. In particular, the graphite material forms a thin layer or a graphite foil, which acts as an electrically conductive carbon substrate in a lithium-containing battery as a flat arrester structure or as a current conductor. In this case, the thin graphite layer may have defects, as long as this has no influence on the electrical conductivity of a plane formed in this way.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugte Folie ist selbstragend bzw. freistehend, wobei diese eine gute mechanische Festigkeit und eine hohe Flexibilität aufweist und unmittelbar in einer Lithium-haltigen Batterie eingesetzt werden kann, ohne auf einem zusätzlichen leitfähigen Substrat aufgebracht werden zu müssen.The film produced by the method according to the invention is self-supporting or freestanding, which has good mechanical strength and high flexibility and can be used directly in a lithium-containing battery without having to be applied to an additional conductive substrate.

Die erfindungsgemäß erzeugte Folie enthält demnach ein elektrisch leitfähiges Kohlenstoffsubstrat, welches zumindest teilweise mit einer elektrochemisch aktiven Komponente belegt ist, wobei ein elektrisch leitender Kontakt in einer Grenzfläche zwischen dem elektrisch leitfähigen Kohlenstoffsubstrat und der elektrochemisch aktiven Komponente besteht. The film produced according to the invention therefore contains an electrically conductive carbon substrate which is at least partially covered by an electrochemically active component, wherein an electrically conductive contact exists in an interface between the electrically conductive carbon substrate and the electrochemically active component.

Zur verbesserten Vermittlung des elektrischen Kontaktes kann eine weitere Komponente auf die als Ableiterstruktur fungierende Graphitschicht aufgebracht werden, beispielsweise können mittels eines Gasabscheidungsprozesses Kohlenstoffnanoröhrchen aufgebracht werden, wobei diese mit einem ihrer Enden an der Oberfläche der Ableiterstruktur verankert bzw. fixiert sind. Auch eine Auftragung in Form einer Aluminium- oder Silber-Metallschicht bzw. deren Legierungen verbessert den elektrischen Kontakt. For improved mediation of the electrical contact, a further component can be applied to the graphite layer acting as the arrester structure, for example by means of a gas deposition carbon nanotubes can be applied, which are anchored or fixed at one of its ends to the surface of the arrester structure. Also, a plot in the form of an aluminum or silver-metal layer or their alloys improves the electrical contact.

Zur Steigerung der Leitfähigkeit können dem Graphitmaterial Additive zugesetzt werden, beispielsweise metallische Partikel oder elektrochemisch inaktive, jedoch elektrisch leitfähige Komponenten. To increase the conductivity of the graphite material additives may be added, for example, metallic particles or electrochemically inactive, but electrically conductive components.

Die Kalandervorrichtung umfasst zumindest zwei Walzen mit einem dazwischen liegenden Spalt, durch den das zugeführte Material geführt wird, wobei es sich einerseits um das Graphitmaterial und andererseits um die Aktivmaterialmischung handelt, welche miteinander verpresst und verdichtet werden sollen. Durch einen vorgegebenen Abstand zwischen den Kalanderwalzen lässt sich eine gewünschte Dicke der zu erzeugenden Folie einstellen, wobei auch mehrere Kalanderwalzenpaare hintereinander angeordnet sein können. Die Dicke der auf dem elektrisch leitfähigen Kohlenstoffsubstrat aufgetragenen Schicht aus Aktivmaterialmischung kann groß sein, da das elektrisch leitfähige Kohlenstoffsubstrat eine gute Leitfähigkeit zeigt.The calender device comprises at least two rollers with an intermediate gap through which the supplied material is guided, which is on the one hand to the graphite material and on the other hand to the active material mixture, which are to be pressed together and compacted. By a predetermined distance between the calender rolls, a desired thickness of the film to be produced can be adjusted, wherein a plurality of calender roll pairs can be arranged one behind the other. The thickness of the active material mixture layer deposited on the electrically conductive carbon substrate may be large because the electrically conductive carbon substrate shows good conductivity.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Elektrode für eine Lithium-haltige Batterie hergestellt, wobei es sich in Abhängigkeit der Aktivmaterialmischung um eine Anode oder eine Kathode handelt. In einer Lithium-haltigen Batterie liegen die entsprechend hergestellten Elektroden, vorliegend als mit Aktivmaterial belegte Graphitfolien, als „Jelly-Roll“ oder als „Zellstack“ vor, welche zum Abführen des Stroms untereinander bzw. mit einem entsprechenden Abnehmer zu kontaktieren sind. Hierfür werden die elektrisch leitfähigen Kohlenstoffsubstrate, die als Ableiterstruktur fungieren, auch bezeichnet als Graphitableiter, mit einem metallischen Abnehmer verbunden, beispielsweise mittels einer Pressverbindung des Graphitableiters in einer an einer metallischen Sammelschiene ausgebildeten Nut, mittels einer Klebverbindung, mittels Plasmasprühen am Kontaktpunkt, mittels Vernähen mit entsprechend leitfähigem Material oder mittels einer Niet- oder Schraubverbindung. Insbesondere ist dabei zu berücksichtigen, dass ein möglichst geringer Übergangswiderstand zwischen den Verbindungspartnern besteht. Es besteht auch die Möglichkeit, den Graphitableiter zwischen einem Träger und einer Sammelschiene derart anzuordnen, dass durch Öffnungen des Graphitableiters hindurch Träger und Sammelschiene miteinander punktgeschweißt werden, wobei in die Öffnungen des Graphitableiters Metall eindringt, welches beim Abkühlen durch den eintretenden Schrumpfvorgang eine feste Verbindung herstellt. The method according to the invention produces an electrode for a lithium-containing battery, which is an anode or a cathode depending on the active material mixture. In a lithium-containing battery, the correspondingly prepared electrodes, in the present case graphite foils coated with active material, are in the form of "jelly-roll" or "cell-stack", which are to be contacted for discharging the current with one another or with a corresponding consumer. For this purpose, the electrically conductive carbon substrates, which function as Ableiterstruktur, also referred to as Graphitableiter, connected to a metallic pickup, for example by means of a press connection of graphite titer in a groove formed on a metallic busbar, by means of an adhesive bond, by means of plasma spraying at the contact point, by sewing according to conductive material or by means of a rivet or screw connection. In particular, it should be noted that the lowest possible contact resistance exists between the connection partners. It is also possible to arrange the graphite titre between a carrier and a busbar such that carrier and busbar are spot welded together through apertures of the graphite titer, with metal entering into the apertures of the graphite titer which establishes a firm connection upon cooling by the incoming shrinking operation ,

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung eines Verfahrens zur Herstellung einer Elektrode für eine Lithium-haltige Batterie oder einen Kondensator lassen sich hohe Energiedichten realisieren, wobei entsprechende Anoden- und/oder Kathodeneinheiten einfach und in effizienter Weise hergestellt werden. Eine auf einem Kohlenstoffsubstrat basierende Anoden- und/oder Kathodeneinheit kann ohne metallische Komponenten, z.B. Metallfolien aufgebaut werden, was eine Gewichts- und Kostenersparnis darstellt. By the inventively proposed solution of a method for producing an electrode for a lithium-containing battery or a capacitor can be realized high energy densities, with corresponding anode and / or cathode units are easily and efficiently produced. A carbon substrate based anode and / or cathode unit may be provided without metallic components, e.g. Metal foils are constructed, which represents a weight and cost savings.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Elektrode, basierend auf einer selbsttragenden Folie, kann somit ohne Trägersubstrat verwendet werden, wobei auch aufwendige Laminierungs- und Vorbehandlungsschritte im Zusammenhang mit einer metallischen Ableiterfolie entfallen. Hierbei ist die Realisierung von in einem weiten Bereich variierenden Dicken sowohl des Kohlenstoffsubstrats als auch der auf dem Kohlenstoffsubstrat aufgebrachten Aktivmaterialmischung einfach möglich. The electrode produced by the method according to the invention, based on a self-supporting film, can thus be used without a carrier substrate, whereby complex lamination and pretreatment steps in connection with a metallic arrester film are dispensed with. Hereby, the realization of widely varying thicknesses of both the carbon substrate and the active material mixture applied to the carbon substrate is easily possible.

Insbesondere ist ein derartig beschichtetes Kohlenstoffsubstrat deutlich widerstandsfähiger gegenüber mechanischem Abrieb.In particular, such a coated carbon substrate is much more resistant to mechanical abrasion.

Das Kohlenstoffsubstrat kann somit selbst als Reaktionsfläche für eine elektrochemische Reaktion verwendet werden und erfüllt somit sowohl die Funktion eines Ableiters als auch die einer Elektrode. Im Vergleich zu herkömmlichen Metallsubstraten können auf einem Kohlenstoffsubstrat leichter elektrisch leitfähige, elektrochemisch inaktive Kohlenstoffkomponenten aufgebracht und verankert werden.The carbon substrate can thus itself be used as a reaction surface for an electrochemical reaction and thus fulfills both the function of a conductor and that of an electrode. Compared to conventional metal substrates, electrically conductive, electrochemically inactive carbon components can be more easily applied and anchored on a carbon substrate.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine einfache Einstellung eines Schichtgradienten, um die gewünschten Funktionen der erzeugten Folie zur Verfügung zu stellen. Die hergestellte Folie zeichnet sich durch eine hohe Homogenität insbesondere hinsichtlich ihrer Dicke aus, welche für eine Verwendung in einer Lithium-haltigen Batterie von besonderer Bedeutung ist.The method according to the invention allows a simple adjustment of a layer gradient in order to provide the desired functions of the film produced. The film produced is characterized by a high homogeneity, in particular with regard to its thickness, which is of particular importance for use in a lithium-containing battery.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreichte Kostenersparnis gründet sich unter anderem darauf, dass auf kostenintensive Trocknungsprozesse im Zusammenhang mit der Beschichtung verzichtet werden kann. The cost savings achieved with the method according to the invention are based inter alia on the fact that cost-intensive drying processes in connection with the coating can be dispensed with.

Ferner können breite Folienbahnen realisiert werden, welche später vereinzelt werden können, wobei auf eine doppelseitige Beschichtung verzichtet werden kann. Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglichen breiten Folienbahnen ermöglichen prinzipiell eine große Varianz der Elektrodenflächen und damit der Zellbauformen, welche durch die in limitierter Fläche zur Verfügung stehenden metallischen Ableiterfolien nicht möglich wäre. Furthermore, wide film webs can be realized, which can be separated later, can be dispensed with a double-sided coating. The possible with the method according to the invention wide film webs in principle allow a large variance of the electrode surfaces and thus the cell types, which would not be possible through the available in a limited area metallic Ableiterfolien.

Darüber hinaus erlaubt der Einsatz einer Kalandervorrichtung eine Anpassung der Fertigungsgeschwindigkeit an diejenige einer Zellfertigung, so dass ein gesteigerter Output möglich ist.In addition, the use of a calendering device allows an adjustment of the production speed to that of a cell production, so that an increased output is possible.

Als besonders vorteilhaft ergibt sich für die erfindungsgemäße Elektrode, dass der Stromfluss über den Querschnitt der Folie erfolgt, wobei der elektrische Widerstand über die Folienbreite und die Foliendicke einstellbar ist, so dass in hoch belasteten Bereichen dieser gesenkt bzw. abgeleitet werden kann und sich die durch den Stromfluss induzierte Temperaturerhöhung verringert.Particularly advantageous results for the electrode according to the invention, that the current flow over the cross section of the film takes place, wherein the electrical resistance across the film width and the film thickness is adjustable so that in highly loaded areas this can be lowered or derived and the by reduced the current flow induced temperature increase.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Weitere Vorteile und Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Further advantages and embodiments of the objects according to the invention are illustrated by the drawings and explained in more detail in the following description.

Es zeigen:Show it:

1 eine Querschnittsansicht einer Elektrode mit einem Kohlenstoffsubstrat als Ableiterstruktur; 1 a cross-sectional view of an electrode with a carbon substrate as a drain structure;

2 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zum Aufbringen von Graphitmaterial und Aktivmaterialmischung auf eine Transportunterlage und eine Kalandervorrichtung und 2 a schematic side view of an apparatus for applying graphite material and active material mixture on a transport base and a calender and

3 eine schematische Querschnittsansicht einer Lithium-haltigen Batterie mit Graphitelektroden. 3 a schematic cross-sectional view of a lithium-containing battery with graphite electrodes.

Ausführungsvariantenvariants

Aus der Darstellung der 1 geht eine Querschnittsansicht einer Elektrode hervor, wobei auf einem Kohlenstoffsubstrat 10 eine Schicht einer Aktivmaterialmischung 12 aufgebracht ist. Das Kohlenstoffsubstrat 10 ist zum Beispiel als eine ein Graphitmaterial 14 enthaltende Graphitfolie 16 ausgebildet, welche eine geringe Dicke und ein niedriges Flächengewicht aufweist. Die Graphitfolie 16 ist vorzugsweise als eine freitragende Graphitfolie 16 ausgeführt, welche aufgrund ihrer hohen Eigenstabilität nicht auf ein Substrat aufgebracht werden muss. Insbesondere kann die Graphitfolie 16 durch Verpressen von Graphitmaterial 14, z.B. Graphitexpandatpartikeln, erzeugt werden, welche auf einer Transportunterlage aufgebracht werden und in einer Kalandervorrichtung komprimiert werden. Das Aktivmaterial bzw. die Aktivmaterialmischung 12 wird in geeigneter Weise mit der Graphitfolie 16 verbunden, wobei die Aktivmaterialmischung 12 in die poröse Matrix der Graphitfolie 16 eingelagert werden kann. Beispielsweise kann die Aktivmaterialmischung 12 auf die Oberfläche der als Kohlenstoffsubstrat 10 vorliegenden Graphitfolie 16 mittels eines gängigen Verfahrens abgeschieden werden. Das Kohlenstoffsubstrat 10 stellt eine elektrisch leitfähige Substratschicht bereit und dient somit als Ableiterstruktur. From the representation of 1 shows a cross-sectional view of an electrode, wherein on a carbon substrate 10 a layer of an active material mixture 12 is applied. The carbon substrate 10 For example, as a graphite material 14 containing graphite foil 16 formed, which has a small thickness and a low basis weight. The graphite foil 16 is preferably as a self-supporting graphite foil 16 executed, which does not have to be applied to a substrate due to their high intrinsic stability. In particular, the graphite foil 16 by pressing graphite material 14 , Graphite expandate particles, for example, which are applied to a transport pad and compressed in a calender device. The active material or the active material mixture 12 is suitably with the graphite foil 16 connected, wherein the active material mixture 12 in the porous matrix of the graphite foil 16 can be stored. For example, the active material mixture 12 on the surface of the carbon substrate 10 present graphite foil 16 be deposited by a common method. The carbon substrate 10 provides an electrically conductive substrate layer and thus serves as a drainage structure.

In 2 ist eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung 18 zum Aufbringen von Graphitmaterial 14 und der Aktivmaterialmischung 12 auf eine Transportunterlage 20 und eine Kalandervorrichtung 22 dargestellt. Das Graphitmaterial 14 wird mittels einer geeigneten Auftragseinrichtung 24, z.B. einer Streueinrichtung, in Form von Graphitsalzpartikeln auf die Transportunterlage 20 aufgestreut. Die Auftragseinrichtung 24, nicht im Detail dargestellt, kann beispielsweise für einen gezielten und gleichmäßigen Auftrag des Graphitmaterials 14 einen Vorlagebehälter, eine Auftragswalze und eine Auftragsbürste umfassen, wobei aus dem Vorlagebehälter austretende Graphitsalzpartikel in Zwischenräumen zwischen einzelnen Zähnen der Auftragswalze aufgenommen werden und bei einer Weiterdrehung der Auftragswalze auf die Transportbandunterlage fallen, wobei die Auftragsbürste ein verfrühtes Herausfallen verhindert und auch eine vollständige Entfernung der Graphitsalzpartikel aus den Zwischenräumen bewirkt. Das Flächengewicht einer sich ergebenden Graphitschicht 26 aus Graphitmaterial 14 kann mittels der Auftragseinrichtung 24 eingestellt werden. Das auf der Transportunterlage 20 aufgebrachte Graphitmaterial 14 wird entlang einer Transportrichtung 28 weitertransportiert. An einer weiteren Auftragseinrichtung 30 wird die Aktivmaterialmischung 12 auf die Graphitschicht 26 aufgebracht, wobei beispielsweise die Aktivmaterialmischung 12 in Form von Partikeln aufgebracht wird, um dann mit dem Graphitmaterial 14 thermisch zersetzt und in einer Kalandervorrichtung 22 verpresst zu werden, wobei eine Folie 31 mit einer Ableiterstruktur, gebildet aus dem Kohlenstoffsubstrat 10, entsteht. In 2 is a schematic side view of a device 18 for applying graphite material 14 and the active material mixture 12 on a transport document 20 and a calendering device 22 shown. The graphite material 14 is by means of a suitable applicator 24 , For example, a scattering device, in the form of graphite salt particles on the transport substrate 20 sprinkled. The order device 24 Not shown in detail, for example, for a targeted and uniform order of the graphite material 14 a supply container, an applicator roll and an order brush, wherein emerging from the original container graphite salt particles are received in spaces between individual teeth of the applicator roll and fall on a further rotation of the applicator roller on the conveyor belt pad, the application brush prevents premature falling out and also a complete removal of graphite salt particles caused by the gaps. The basis weight of a resulting graphite layer 26 made of graphite material 14 can by means of the applicator 24 be set. That on the transport document 20 applied graphite material 14 becomes along a transport direction 28 transported. At another order facility 30 becomes the active material mixture 12 on the graphite layer 26 applied, for example, the active material mixture 12 is applied in the form of particles, then with the graphite material 14 thermally decomposed and in a calendering device 22 being pressed, being a foil 31 with a diverter structure formed of the carbon substrate 10 , arises.

Alternativ kann zunächst eine selbsttragende Graphitfolie 16 erzeugt werden, auf welche die Aktivmaterialmischung 12 aufgebracht wird, beispielsweise über die Schmelzphase oder die Gasphase, wobei gewährleistet wird, dass die Aktivmaterialmischung 12 zumindest teilweise die Oberfläche der als Ableiterstruktur fungierenden Graphitfolie 16 belegt. Zwischen der Aktivmaterialmischung 12 und der Graphitfolie 16 existiert ein elektrisch leitender Kontakt, welcher durch weitere Komponenten verstärkt werden kann.Alternatively, initially a self-supporting graphite foil 16 are generated, to which the active material mixture 12 is applied, for example via the melt phase or the gas phase, wherein it is ensured that the active material mixture 12 at least in part the surface of the graphite foil functioning as the arrester structure 16 busy. Between the active material mixture 12 and the graphite foil 16 exists an electrically conductive contact, which can be reinforced by other components.

In 3 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Lithium-haltigen Batterie mit Graphitelektroden dargestellt, insbesondere ein Anschlussbereich für eine Stromführung nach außen. In 3 a schematic cross-sectional view of a lithium-containing battery is shown with graphite electrodes, in particular a connection area for a power supply to the outside.

Eine Anode 32 und eine Kathode 34 sind jeweils durch einen Separator 35 voneinander getrennt. Die 3 gibt einen Ausschnitt wieder, wobei die Anoden 32 und die Kathoden 34 in Stapelanordnung vorliegen. Die jeweiligen Elektroden, d.h. die Anoden 32 und die Kathoden 34 umfassen einen Elektrodenbereich 36, welcher unbeschichtetes Graphitmaterial 14, welches zu einer Graphitfolie 16 verpresst ist, umfasst. Ferner weisen die Anoden 32 und die Kathoden 34 jeweils elektrochemisch aktive Bereiche 40 auf, die die jeweilige Aktivmaterialmischung 12 umfassen. Die jeweiligen Elektrodenbereiche 36 der Kathoden 34, welche nicht mit einer Aktivmaterialmischung 12 belegt sind, werden zusammengefasst und stellen eine Ableiterstruktur bereit, die elektrisch kontaktierbar ist. Entsprechendes gilt für die nicht dargestellten Anoden 32. In dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel werden die unbeschichteten Elektrodenbereiche 36 von Kathoden 34 zusammengefasst und in einem Bereich 42 miteinander und mit einem metallischen Stromführungskontakt 44 verpresst. In dem Bereich 42 wird eine Durchgangsöffnung 46 erzeugt, in welche ein Niet 48 eingebracht und entsprechend verpresst wird, um eine Verbindung zwischen den Kathoden 34 und dem metallischen Stromführungskontakt 44 herzustellen.An anode 32 and a cathode 34 are each separated by a separator 35 separated from each other. The 3 gives a section again, the anodes 32 and the cathodes 34 in a stacked arrangement. The respective electrodes, ie the anodes 32 and the cathodes 34 comprise an electrode area 36 , which uncoated graphite material 14 resulting in a graphite foil 16 is compressed. Furthermore, the anodes have 32 and the cathodes 34 each electrochemically active areas 40 on which the respective active material mixture 12 include. The respective electrode areas 36 the cathodes 34 which does not contain an active material mixture 12 are occupied, are summarized and provide a Ableiterstruktur ready, which is electrically contacted. The same applies to the anodes, not shown 32 , In the in 3 illustrated embodiment, the uncoated electrode areas 36 from cathodes 34 summarized and in one area 42 with each other and with a metallic Stromführungskontakt 44 pressed. In that area 42 becomes a passage opening 46 produced, in which a rivet 48 is introduced and pressed accordingly to a connection between the cathodes 34 and the metallic power line contact 44 manufacture.

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

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (11)

Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für eine Lithium-haltige Batterie oder einen Kondensator, umfassend – Bereitstellen eines Graphitmaterials (14), das zumindest ein elektrisch leitfähiges Kohlenstoffmaterial enthält, – Bereitstellen einer Aktivmaterialmischung (12), enthaltend elektrochemisch aktives Material, – Zuführen des Graphitmaterials (14) und der Aktivmaterialmischung (12) in eine Kalandervorrichtung (22) derart, dass über eine Spaltbreite und eine Spalthöhe ein Konzentrationsgradient des elektrisch leitfähigen Kohlenstoffmaterials eingestellt wird, und – Umformen der zugeführten Materialien in der Kalandervorrichtung (22) zu einer Folie (31), zumindest umfassend ein elektrisch leitfähiges Kohlenstoffsubstrat (10) und eine Schicht, enthaltend die Aktivmaterialmischung (12).A method of manufacturing an electrode for a lithium-containing battery or a capacitor, comprising - providing a graphite material ( 14 ) containing at least one electrically conductive carbon material, - providing an active material mixture ( 12 ) containing electrochemically active material, - feeding the graphite material ( 14 ) and the active material mixture ( 12 ) in a calendering device ( 22 ) such that a concentration gradient of the electrically conductive carbon material is set over a gap width and a gap height, and - forming the materials fed in the calender device ( 22 ) to a film ( 31 ), at least comprising an electrically conductive carbon substrate ( 10 ) and a layer containing the active material mixture ( 12 ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformen zu der Folie (31) durch Walzen erfolgt.Method according to claim 1, characterized in that the forming into the film ( 31 ) is done by rolling. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (31) eine selbsttragende Anode (32) oder Kathode (34) ist.Method according to claim 1 or 2, characterized in that the film ( 31 ) a self-supporting anode ( 32 ) or cathode ( 34 ). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitfähige Kohlenstoffmaterial ausgewählt ist aus der Gruppe enthaltend: Kohlenstofffasern, Graphit, Kohlenstoffnanoröhrchen, porösem Kohlenstoff, Graphen, Ruß, natürlichem Graphit oder Mischungen daraus. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the electrically conductive carbon material is selected from the group comprising: carbon fibers, graphite, carbon nanotubes, porous carbon, graphene, carbon black, natural graphite or mixtures thereof. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitfähige Kohlenstoffmaterial eine flächige Ableiterstruktur ausbildet.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the electrically conductive carbon material forms a planar arrester structure. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Graphitmaterial (14) elektrisch leitfähige Additive in Form von metallischen Partikeln und/oder Kohlenstoffnanoröhrchen enthält.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the graphite material ( 14 ) contains electrically conductive additives in the form of metallic particles and / or carbon nanotubes. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem elektrisch leitfähigen Kohlenstoffsubstrat (10) eine elektrochemisch inaktive, elektrisch leitfähige Komponente aufgebracht ist, enthaltend Kohlenstoffkomponenten zur Steigerung der Leitfähigkeit.Method according to one of the preceding claims, characterized in that on the electrically conductive carbon substrate ( 10 ) an electrochemically inactive, electrically conductive component is applied, containing carbon components to increase the conductivity. Elektrode für eine Lithium-haltige Batterie oder einen Kondensator, umfassend ein elektrisch leitfähiges Kohlenstoffsubstrat (10) und eine Aktivmaterialmischung (12) mit einem elektrochemisch aktiven Material, wobei das elektrisch leitfähige Kohlenstoffsubstrat (10) eine Ableiterstruktur bereitstellt, wobei eine stoff-, kraft- und/oder formschlüssige Kontaktierung von elektrisch leitfähigen Kohlenstoffsubstraten (10) untereinander und/oder mit mindestens einem metallischen Stromführungskontakt (44) zur Stromführung vorgesehen ist.Electrode for a lithium-containing battery or a capacitor, comprising an electrically conductive carbon substrate ( 10 ) and an active material mixture ( 12 ) with an electrochemically active material, wherein the electrically conductive carbon substrate ( 10 ) provides an arrester structure, wherein a material, force and / or positive contact of electrically conductive carbon substrates ( 10 ) with one another and / or with at least one metallic current-carrying contact ( 44 ) is provided for power supply. Elektrode nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierung mittels einer Klemmvorrichtung erfolgt.Electrode according to claim 8, characterized in that the contacting takes place by means of a clamping device. Elektrode nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierung mittels einer Nietverbindung, einer Schraubverbindung oder mittels Vernähen mit einem leitfähigen Material erfolgt.Electrode according to claim 8, characterized in that the contacting takes place by means of a riveted joint, a screw connection or by sewing with a conductive material. Elektrode nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierung mittels Verpressen erfolgt.Electrode according to claim 8, characterized in that the contacting takes place by means of pressing.
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