DE102015015406A1

DE102015015406A1 - Elektrochemischer Energiespeicher und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102015015406A1
Application number: DE102015015406.0A
Authority: DE
Inventors: Andreas Hintennach
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2015-11-27
Filing date: 2015-11-27
Publication date: 2016-06-02

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrochemischen Energiespeicher (1), umfassend zumindest eine als Anode ausgebildete Elektrode (2), zumindest eine als Kathode ausgebildete Elektrode (3) und einen in einem zwischen den Elektroden (2, 3) ausgebildeten Elektrodenzwischenraum (4) vorhandenen Elektrolyten (5), wobei die Elektroden (2, 3) aus einem Metall gebildet sind. Erfindungsgemäß ist der Elektrolyt (5) mit einem Additiv versetzt, welches (RS)-4-dichloroacetyl-3,3-dihydro-3-methyl-2H-1,4-benzoxazin umfasst. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines solchen elektrochemischen Energiespeichers (1), umfassend die folgenden Schritte: – Bereitstellen des Elektrolyten (5) und des Additivs, – Hinzufügen des Additivs zu einer ersten Teilmenge des Elektrolyten (5), – Einfüllen der mit dem Additiv versetzen ersten Teilmenge des Elektrolyten (5) in den Elektrodenzwischenraum (4) und – Einfüllen der zweiten Teilmenge des Elektrolyten (5) in den Elektrodenzwischenraum (4).

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrochemischen Energiespeicher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines elektrochemischen Energiespeichers.
Aus dem Stand der Technik sind allgemein elektrochemische Energiespeicher bekannt, welche eine als Anode ausgebildete Elektrode, eine als Kathode ausgebildete Elektrode und einen in einem zwischen den Elektroden ausgebildeten Elektrodenzwischenraum vorhandenen Elektrolyten umfassen, wobei die Elektroden aus einem Metall gebildet sind.
Aus der DE 10 2013 224 088 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer metallischen Elektrode für einen elektrochemischen Energiespeicher bekannt. Hierbei erfolgt ein zumindest bereichsweises Aufbringen einer Elektrodenbeschichtung auf zumindest eine Seite eines Stromableiters und ein Aufbringen eines Inhibitormaterials auf sämtliche Kantenbereiche der Elektrodenbeschichtung mit einer vorbestimmten Breite, wobei das Inhibitormaterial elektrisch isolierend und isolierend für Metallionen der Elektrodenbeschichtung ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen gegenüber dem Stand der Technik verbesserten elektrochemischen Energiespeicher sowie ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines elektrochemischen Energiespeichers anzugeben.
Hinsichtlich des elektrochemischen Energiespeichers wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale und hinsichtlich des Verfahrens durch die im Anspruch 7 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der elektrochemische Energiespeicher umfasst zumindest eine als Anode ausgebildete Elektrode, zumindest eine als Kathode ausgebildete Elektrode und einen in einem zwischen den Elektroden ausgebildeten Elektrodenzwischenraum vorhandenen Elektrolyten, wobei die Elektroden aus einem Metall gebildet sind.
Erfindungsgemäß ist der Elektrolyt mit einem Additiv versetzt, welches (RS)-4-dichloroacetyl-3,3-dihydro-3-methyl-2H-1,4-benzoxazin umfasst.
Mittels dieses Additivs wird eine Schutzschicht auf den metallischen Elektroden erzeugt, welche eine Ausbildung so genannter Dendriten auf einer Oberfläche der Elektroden verhindert. Hierdurch können elektrische Kurzschlüsse innerhalb des Energiespeichers vermieden werden.
Weiterhin ermöglicht das Additiv, dass eine Reaktion von Ionen mit der metallischen Oberfläche der Elektroden schneller und homogener erfolgt, wodurch eine Lebensdauer des Energiespeichers verlängert wird, da weniger Überspannungen an den Oberflächen der Elektroden auftreten und somit ein Zersetzen des Elektrolyten vermindert wird. Hierdurch wird gleichzeitig eine Leistungsfähigkeit des Energiespeichers erhöht.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 schematisch eine Schnittdarstellung eines elektrochemischen Energiespeichers,
2 schematisch eine Elektrodenanordnung eines Energiespeichers nach dem Stand der Technik und
3 schematisch eine Elektrodenanordnung des Energiespeichers gemäß 1.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist eine Schnittdarstellung eines elektrochemischen Energiespeichers 1 dargestellt.
Der Energiespeicher 1 umfasst eine als Anode ausgebildete Elektrode 2, eine als Kathode ausgebildete Elektrode 3 und einen in einem zwischen den Elektroden 2, 3 ausgebildeten Elektrodenzwischenraum 4 vorhandenen flüssigen Elektrolyten 5, wobei die Elektroden 2, 3 und der Elektrolyt 5 in einem gemeinsamen Gehäuse 6 angeordnet sind.
Zumindest eine der Elektroden 2, 3 ist aus metallischem Natrium, Lithium, Magnesium, Calcium oder Kalium gebildet.
Eine solche metallische Ausbildung der Elektroden 2, 3 ermöglicht ein geringes Volumen der Elektroden 2, 3, so dass ein Volumenanteil dieser verringert werden kann und somit eine Energiedichte des Energiespeichers 1 erhöht ist.
Bei solchen metallischen Elektroden 2, 3 besteht jedoch die Gefahr einer Ausbildung so genannter Dendriten D1 bis Dn auf Oberflächen der Elektroden 2, 3, welche zu Kurzschlüssen innerhalb des Energiespeichers 1 führen können und somit ein Sicherheitsproblem bilden.
2 zeigt eine Elektrodenanordnung mit einer als Anode ausgebildeten Elektrode 2, einer als Kathode ausgebildeten Elektrode 3 und einem zwischen den Elektroden 2, 3 angeordneten Separator 7 nach dem Stand der Technik. Aufgrund der metallischen Ausbildung der Elektroden 2, 3 kommt es an der als Anode ausgebildeten Elektrode 2 zur Bildung der Dendriten D1 bis Dn.
In 3 ist eine Elektrodenanordnung mit einer als Anode ausgebildeten Elektrode 2, einer als Kathode ausgebildeten Elektrode 3 und einem zwischen den Elektroden 2, 3 angeordneten Separator 7 des Energiespeichers 1 gemäß 1 dargestellt. Um die Bildung der Dendriten D1 bis Dn zu vermeiden, ist auf der als Anode ausgebildeten Elektrode 2 eine Schutzschicht 8 angeordnet.
Diese Schutzschicht 8 wird durch Hinzufügen eines Additivs zum Elektrolyten 5 erzeugt, wobei das Additiv (RS)-4-dichloroacetyl-3,3-dihydro-3-methyl-2H-1,4-benzoxazin umfasst.
Zur Herstellung des Energiespeichers 1 werden zunächst die Elektroden 2, 3 innerhalb des Gehäuses 6 angeordnet.
Zur Erzeugung der Schutzschicht 8 wird anschließend das Additiv zu einer ersten Teilmenge des Elektrolyten 5 hinzugefügt. Die erste Teilmenge beträgt die Hälfte einer Gesamtmenge des Elektrolyten 5.
Anschließend wird die mit dem Additiv versetze ersten Teilmenge des Elektrolyten 5 in den Elektrodenzwischenraum 4 eingefüllt. Zur Bildung der Schutzschicht 8 ist eine gewisse Zeit erforderlich, so dass das Einfüllen der zweiten Teilmenge des Elektrolyten 5 in den Elektrodenzwischenraum 4 nach einer vorgegebenen Wartezeit erfolgt. Das Einfüllen der Teilmengen des Elektrolyten 5 erfolgt dabei insbesondere in einem Temperaturbereich von 15°C bis 25°C.
Eine Menge des Additivs bezogen auf die Gesamtmenge des Elektrolyten 5 ist dabei abhängig vom verwendeten Metall zur Erzeugung der Elektroden 2, 3. Ist das Metall Natrium, entspricht die Menge des Additivs 1 Volumen-% der Menge des Elektrolyten 5.
Ist das Metall Lithium, entspricht die Menge des Additivs 1,25 Volumen-% der Menge des Elektrolyten 5.
Ist das Metall Magnesium, entspricht die Menge des Additivs 2 Volumen-% der Menge des Elektrolyten 5.
Ist das Metall Calcium, entspricht die Menge des Additivs 1,1 Volumen-% der Menge des Elektrolyten 5.
Ist das Metall Kalium, entspricht die Menge des Additivs 1,75 Volumen-% der Menge des Elektrolyten 5.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013224088 A1 [0004]

Claims

Elektrochemischer Energiespeicher (1), umfassend – zumindest eine als Anode ausgebildete Elektrode (2), – zumindest eine als Kathode ausgebildete Elektrode (3) und – einen in einem zwischen den Elektroden (2, 3) ausgebildeten Elektrodenzwischenraum (4) vorhandenen Elektrolyten (5), wobei – die Elektroden (2, 3) aus einem Metall gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass – der Elektrolyt (5) mit einem Additiv versetzt ist, welches (RS)-4-dichloroacetyl-3,3-dihydro-3-methyl-2H-1,4-benzoxazin umfasst.
Elektrochemischer Energiespeicher (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – das Metall Natrium ist und – eine Menge des Additivs 1 Volumen-% der Menge des Elektrolyten (5) entspricht.
Elektrochemischer Energiespeicher (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – das Metall Lithium ist und – eine Menge des Additivs 1,25 Volumen-% der Menge des Elektrolyten (5) entspricht.
Elektrochemischer Energiespeicher (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – das Metall Magnesium ist und – eine Menge des Additivs 2 Volumen-% der Menge des Elektrolyten (5) entspricht.
Elektrochemischer Energiespeicher (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – das Metall Calcium ist und – eine Menge des Additivs 1,1 Volumen-% der Menge des Elektrolyten (5) entspricht.
Elektrochemischer Energiespeicher (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – das Metall Kalium ist und – eine Menge des Additivs 1,75 Volumen-% der Menge des Elektrolyten (5) entspricht.
Verfahren zur Herstellung eines elektrochemischen Energiespeichers (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die folgenden Schritte: – Bereitstellen des Elektrolyten (5) und des Additivs, – Hinzufügen des Additivs zu einer ersten Teilmenge des Elektrolyten (5), – Einfüllen der mit dem Additiv versetzen ersten Teilmenge des Elektrolyten (5) in den Elektrodenzwischenraum (4) und – Einfüllen der zweiten Teilmenge des Elektrolyten (5) in den Elektrodenzwischenraum (4).
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Einfüllen der Teilmengen des Elektrolyten (5) in einem Temperaturbereich von 15°C bis 25°C erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass als erste Teilmenge und als zweite Teilmenge des Elektrolyten (5) jeweils die Hälfte einer Gesamtmenge des Elektrolyten (5) in den Elektrodenzwischenraum (4) gefüllt wird.