DE102015221813A1 - Positive Elektrode für eine Lithiumionenbatterie und Lithiumionenbatterie, die diese verwendet - Google Patents

Positive Elektrode für eine Lithiumionenbatterie und Lithiumionenbatterie, die diese verwendet Download PDF

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Kyo Min SHIN
Shin Kook Kong
Sung Hoon Lim
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Abstract

Es sind eine positive Elektrode für eine Lithiumionenbatterie und eine Lithiumionenbatterie, die diese umfasst, offenbart. Die positive Elektrode für eine Lithiumionenbatterie umfasst eine zusammengesetzte leitende Schicht, umfassend ein Bindemittel und ein leitendes Material, und ist auf einer aktiven Materialschicht einer positiven Elektrode gebildet, so dass die Leistung und die Sicherheit zur gleichen Zeit verbessert werden. Zudem wird die Batterie-Lebensdauer verbessert, indem die Reaktion auf der Grenzfläche zwischen dem aktiven Elektrodenmaterial und einem Separator verbessert wird.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine positive Elektrode für eine Lithiumionenbatterie und eine Lithiumionenbatterie, die diese verwendet. Insbesondere kann die positive Elektrode für eine Lithiumionenbatterie eine zusammengesetzte leitende Schicht enthalten, die ein Bindemittel und ein leitendes Material umfasst, so dass Leistung und Sicherheit gleichzeitig verbessert werden können. Zudem kann eine verbesserte Batterie-Lebensdauer erzielt werden, indem die Reaktion auf der Grenzfläche zwischen dem aktiven Elektrodenmaterial und einem Separator gehemmt wird.
  • HINTERGRUND
  • Zur Erzielung einer hohen hohen Kapazität einer Batterie für ein Fahrzeug wurden unentwegt Studien durchgeführt, und der Bedarf an steigender Kapazität bleibt in Zukunft bestehen. In der Fahrzeugbatterie, die zugleich eine hohe Kapazität und hohe Leistung erfordert, kann jedoch wiederum die Sicherheitseigenschaft rasch verschlechtert werden, wenn die Batterie auf hohe Energie ausgelegt wird. Insbesondere können Leistungsverbesserung und Perforationseigenschaft gegeneinander abgewogen werden.
  • Die Einheitsstruktur einer sekundären Lithiumionenbatterie besteht dagegen im Allgemeinen aus einer laminierten Struktur einer positiven Elektrodenbasis/eines positiven Elektrodengemischs/eines Separators/eines Anodengemischs/einer Anodenbasis und dergleichen. Zur Verbesserung der Sicherheit einer Lithiumionenbatterie mit hoher Kapazität durch Verhinderung der Diffusion eines internen Kurzschlusses wurde vor Kurzem beispielsweise eine Isolierschicht auf dem positiven Elektrodengemisch, dem Anodengemisch, auf einer Seite des Separators oder auf beiden Seiten des Separators und dergleichen, gebildet, oder es wurde häufig ein Überzug mit Material auf Keramikbasis, bei dem es sich um ein nicht-leitendes Material ohne elektrische Leitfähigkeit handelt, erprobt, von denen einige im Handel erhältlich sind.
  • Das Gewährleisten der Sicherheit durch Bilden dieser Isolierschicht kann jedoch ein nachteiliger Faktor für die Steigerung des Energieinhalts pro Gewicht und dergleichen sein, und die Isolierschicht kann bei einem bestimmten oder höheren Energieniveau nicht effizient arbeiten. Wird zudem die Isolierschicht auf eine Batterie aufgebracht, die unbedingt eine hohe Leistungseigenschaft erfordert, beispielsweise eine Batterie für ein Fahrzeug, kann die Sicherheitseigenschaft, wie Perforation, rasch verschlechtert werden, und die Leistung, wie die Energiedichte (Energieinhalt pro Gewicht) oder Batteriekapazität, kann im Wesentlichen reduziert werden, wenn die Eigenschaft komplettiert wird.
  • In den zugehörigen Fachgebieten offenbart die Japanische Patentveröffentlichung Nr. 5237642 eine Elektrode für eine Lithiumsekundärbatterie, und eine auf einem Stromkollektor einer positiven Elektrode gebildete aktive Materialstrukturschicht umfasst die erste Schicht, einschließlich eines Materials, das ein Lithiumion absorbiert und freisetzt, und die zweite Schicht, einschließlich eines leitenden Materials, das mit Lithium nicht chemisch reagiert. Die Leistungs- und Sicherheitseigenschaften lassen sich jedoch nicht hinreichend zur gleichen Zeit erhalten.
  • Zudem offenbart die Koreanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2013-050473 eine positive Elektrode für eine Sekundärbatterie, die ein aktives Material der positiven Elektrode umfasst, welches eine hohe Leistung bereitstellt, wobei die erste aktive Materialschicht auf einem Stromkollektor der positiven Elektrode gebildet ist, und die zweite aktive Materialschicht aktives Material der positiven Elektrode umfasst, das relativ hohe Kapazität bereitstellt und auf der ersten aktiven Materialschicht gebildet ist. Die Leistungsanforderung, beispielsweise eine Sicherheitsgröße, wie Perforation und dergleichen und die Kapazitätsleistung und dergleichen können jedoch nicht ausreichend sein.
  • Zudem offenbart die Koreanische Patentschrift Nr. 441513 ein aktives Material für eine Batterie, umfassend eine mit einem leitenden Material beschichtete Schicht, die ein leitendes Material und ein leitendes Polymer-Dispergiermittel enthält. Die Sicherheitseigenschaft und Leistung, wie Energiedichte (Energieinhalt pro Gewicht) oder Batteriekapazität und dergleichen lassen sich parallel nicht hinreichend verbessern.
  • Es muss somit eine neue Lithiumionenbatterie erforscht werden, die sowohl mit Leistungs- als auch Sicherheitseigenschaften zur gleichen Zeit ausgestattet werden kann.
  • Die in diesem Hintergrundabschnitt offenbarte vorstehende Information soll nur das Verständnis des Hintergrundes der Erfindung erweitern und kann daher Information enthalten, die nicht den Stand der Technik bildet, der einem Durchschnittsfachmann in diesem Land bereits bekannt ist.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • In bevorzugten Aspekten wurde die vorliegende Erfindung mit der Absicht geschaffen, die vorstehend beschriebenen Probleme in den dazugehörigen Fachgebieten zu lösen.
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine zusammengesetzte leitende Schicht bereit, die ein Bindemittel und ein leitendes Material umfassen kann und auf eine aktive Materialschicht einer positiven Elektrode aufgebracht werden kann. Die Sicherheit der Lithiumionenbatterie als solche kann durch Verbessern der Leistungseigenschaft und der Sofortentladefähigkeit bei einer sehr niedrigen Temperatur und durch hervorragende Wärmeabgabe zur gleichen Zeit gesteigert werden, wodurch die Lebensdauer der Batterie verbessert wird.
  • Folglich stellt die vorliegende Erfindung eine positive Elektrode für eine Lithiumionenbatterie mit verbesserter Leistungs- und Sicherheitseigenschaft bereit.
  • Die vorliegende Erfindung stellt zudem eine Lithiumionenbatterie bereit, die die positive Elektrode mit verbesserter Batterie-Lebensdauereigenschaft umfassen kann.
  • In einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine positive Elektrode für eine Lithiumionenbatterie bereit, umfassend: einen Stromkollektor der positiven Elektrode; ein auf dem Stromkollektor der positives Elektrode gebildet aktives Material der positiven Elektrode; und eine auf der aktiven Materialschicht der positiven Elektrode gebildete zusammengesetzte leitende Schicht. Die zusammengesetzte leitende Schicht kann insbesondere ein Bindemittel und ein leitendes Material umfassen, vorzugsweise bei einem Gewichtsverhältnis von etwa 1:etwa 0,5 bis 10.
  • Das Bindemittel kann Polyurethan, Polyvinylidenfluorid (PVdF) oder ein Gemisch davon sein, und das leitende Material kann mindestens eines sein, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus künstlichem Graphit, natürlichem Graphit, Ketjen-Black, Kohlenstoff-Nanoröhrchen, Kohlenstoff-Nanofaser, Acetylen-Schwarz, Ruß und in der Dampfphase gezüchteten Kohlefasern (VGCF).
  • Die zusammengesetzte leitende Schicht kann eine Dicke von etwa 1 bis 30 μm aufweisen. In einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Lithiumionenbatterie bereit, die die positive Elektrode wie oben beschrieben umfasst.
  • Darüber hinaus werden Fahrzeuge bereitgestellt, die die Lithiumionenbatterie wie oben beschrieben umfassen.
  • Zudem stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer positiven Elektrode für eine Lithiumionenbatterie bereit. Das Verfahren kann folgendes umfassen: Bereitstellen eines Stromkollektors der positiven Elektrode; Bilden einer aktiven Materialschicht der positiven Elektrode auf dem Stromkollektor der positiven Elektrode; und Bilden einer zusammengesetzten leitenden Schicht auf der aktiven Materialschicht der positiven Elektrode. Insbesondere kann die zusammengesetzte leitende Schicht durch Mischen eines Bindemittels und eines leitenden Materials bei einem Gewichtsverhältnis von etwa 1:etwa 0,5 bis 10 hergestellt werden.
  • Das Bindemittel kann Polyurethan, Polyvinylidenfluorid (PVdF) oder ein Gemisch davon sein, und das leitende Material kann mindestens eines sein, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus künstlichem Graphit, natürlichem Graphit, Ketjen-Black, Kohlenstoff-Nanoröhrchen, Kohlenstoff-Nanofaser, Acetylen-Schwarz, Ruß und in der Dampfphase gezüchteten Kohlefasern (VGCF).
  • Die zusammengesetzte leitende Schicht kann eine Dicke von etwa 1 bis 30 μm haben.
  • Die vorliegende Erfindung stellt zudem ein Verfahren zur Herstellung einer Lithiumionenbatterie bereit, welches folgendes umfassen kann: nacheinander erfolgendes Stapeln eines Stromkollektors der positiven Elektrode, einer aktiven Materialschicht der positiven Elektrode, einer zusammengesetzten leitenden Schicht, eines Separators, einer aktiven Anoden-Materialschicht und eines Anoden-Stromkollektors und das Laminieren davon. Insbesondere umfasst die zusammengesetzte leitende Schicht ein Bindemittel und ein leitendes Material bei einem Gewichtsverhältnis von etwa 1:etwa 0,5 bis 10. Andere Aspekte und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend erörtert.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorstehenden und anderen Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden nun bezugnehmend auf bestimmte beispielhafte Ausführungsformen davon beschrieben, welche durch die beigefügten Zeichnungen veranschaulicht werden, die lediglich der Veranschaulichung halber nachstehend gezeigt werden, und somit für die vorliegende Erfindung nicht einschränkend sind. Es zeigt:
  • 1 eine Querschnittsansicht einer beispielhaften positiven Elektrode für eine Lithiumionenbatterie gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2 eine Strukturansicht einer beispielhaften Lithiumionenbatterie gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
  • 3 ein Schaubild, das die Entladekapazität von Lithiumionenbatterien, die in den Beispielen 1 und 2 und im Vergleichsbeispiel, hergestellt werden, bei einer Temperatur von etwa –15°C zeigt.
  • Es versteht sich, dass die beigefügten Zeichnungen nicht unbedingt maßstabsgetreu sind, und sie eine etwas vereinfachte Darstellung verschiedener bevorzugter Eigenschaften zeigen, die die Grundprinzipien der Erfindung veranschaulichen. Die spezifischen Designmerkmale der vorliegenden Erfindung wie sie hier offenbart sind, wie u. a. beispielsweise spezifische Abmessungen, Ausrichtungen, Stellen, und Formen, werden teilweise durch die jeweils vorgesehene Anwendung und die Nutzungsumgebung bestimmt.
  • In den Figuren stehen die Bezugszahlen für gleiche oder äquivalente Teile der vorliegenden Erfindung, was für die verschiedenen Figuren der Zeichnungen hinweg gilt.
  • EINGEHENDE BESCHREIBUNG
  • Der Begriff ”Fahrzeug” oder ”Fahrzeug-” oder ein anderer ähnlicher Ausdruck, wie hier verwendet, umfasst selbstverständlich Motorfahrzeuge im Allgemeinen wie Passagierfahrzeuge, wie u. a. Sport- und Nutzfahrzeuge (SUV), Busse, Lastwagen, verschiedene kommerzielle Fahrzeuge, Wasserfahrzeuge, wie u. a. eine Reihe von Booten und Schiffen, Flugzeuge und dergleichen und umfasst Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge, wasserstoffbetriebene Fahrzeuge und andere Fahrzeuge, die mit alternativem Kraftstoff fahren (z. B. Kraftstoffe, die aus anderen Quellen als Rohöl stammen). Wie hier verwendet, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, das zwei oder mehr Antriebsquellen aufweist, beispielsweise benzinbetriebene und elektrisch betriebene Fahrzeuge.
  • Die hier verwendete Terminologie dient lediglich dem Zweck der Beschreibung bestimmter beispielhafter Ausführungsformen und soll die Erfindung nicht einschränken. Wie hier verwendet, sollen die Singularformen ”ein”, ”eine” und ”der”, ”die”, ”das” auch die Pluralformen einschließen, sofern es der Zusammenhang nicht anders eindeutig angibt. Es versteht sich zudem, dass die Begriffe ”umfasst” und/oder ”umfassend”, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, das Vorliegen der genannten Eigenschaften, ganzen Zahlen, Schritte, Vorgänge, Bestandteile und/oder Komponenten spezifizieren, aber nicht das Vorliegen oder den Zusatz von ein oder mehreren anderen Eigenschaften, ganzen Zahlen, Schritten, Vorgängen, Bestandteilen, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen. Wie hier verwendet beinhaltet der Begriff ”und/oder” jedwede Kombinationen von einem oder mehreren der zugehörigen aufgeführten Punkte.
  • Wenn nicht anders spezifisch angegeben oder aus dem Zusammenhang wie hier verwendet ersichtlich, versteht sich der Begriff ”etwa” als innerhalb eines Bereichs der normalen Toleranz im Fachgebiet, beispielsweise innerhalb von 2 Standardabweichungen des Mittelwerts. ”Etwa” lässt sich als innerhalb von 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0,5%, 0,1%, 0,05% oder 0,01% des angegebenen Wertes verstehen. Wenn nicht anders aus dem Zusammenhang eindeutig hervorgeht, sind sämtliche hier bereitgestellten numerischen Werte durch den Begriff ”etwa” modifiziert.
  • Nachstehend wird eingehend auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hingewiesen, deren Beispiele in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht und nachstehend beschrieben sind. Die Erfindung wird zwar im Zusammenhang mit beispielhaften Ausführungsformen beschrieben, jedoch versteht es sich, dass die vorliegende Beschreibung die Erfindung nicht auf diese beispielhaften Ausführungsformen einschränken soll. Die Erfindung soll dagegen nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen abdecken, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und andere Ausführungsformen, die im Geist und Schutzbereich der Erfindung wie in den beigefügten Ansprüchen definiert, enthalten sein können.
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine positive Elektrode für eine Lithiumionenbatterie bereit, die folgendes umfassen kann: einen Stromkollektor der positiven Elektrode; eine auf dem Stromkollektor der positiven Elektrode gebildete aktive Materialschicht der positiven Elektrode; und eine zusammengesetzte leitende Schicht, die ein Bindemittel und ein leitendes Material umfasst und auf der aktiven Materialschicht der positiven Elektrode gebildet ist. Insbesondere kann die zusammengesetzte leitende Schicht das Bindemittel und das leitende Material bei einem Gewichtsverhältnis von etwa 1:etwa 0,5 bis 10 umfassen. Die zusammengesetzte leitende Schicht kann ein einfaches Gemisch, oder ein Verbundstoff des Bindemittels und des leitenden Materials sein.
  • Die positive Elektrode für eine Lithiumionenbatterie kann vorzugsweise die separat gebildete zusammengesetzte leitende Schicht enthalten, die das Bindemittel und das leitende Material auf der aktiven Materialschicht der positiven Elektrode umfasst, so dass sie eine größere Menge des leitenden Materials als die herkömmliche positive Elektrode aufweisen kann, die das aktive Material der positiven Elektrode, das leitende Material und das Bindemittel gleichzeitig umfasst, wodurch eine etwa 10fache oder größere elektrische Leitfähigkeit als bei der herkömmlichen positiven Elektrode geschaffen wird.
  • 1 zeigt einen Querschnitt einer beispielhaften positiven Elektrode für eine Lithiumionenbatterie gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Aus der 1 geht hervor, dass die zusammengesetzte leitende Schicht, die das Bindemittel und das leitende Material auf der aktiven Materialschicht der positiven Elektrode umfasst, mit reduzierter Dicke gebildet wird.
  • Insbesondere kann das aktive Material der positiven Elektrode mindestens eines sein, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus LiCoO2, LiNi0,5Mn1,5O4, LiMn2O4 und LiFePO4.
  • Kommt es zu einem Sicherheitsproblem, kann die zusammengesetzte leitende Schicht durch Steuern der Dicke und Kompaktheit und dergleichen vorzugsweise eine verbesserte Wärmeabgabeeigenschaft aufweisen, und sie kann die Sicherheit, wie die Perforationseigenschaft und dergleichen, steigern. Ist das Inhaltsverhältnis des Bindemittels und des leitenden Materials kleiner als etwa 1:etwa 0,5, kann die elektrische Leitfähigkeit einer solchen zusammengesetzten leitenden Schicht nicht ausreichend sein und ihr Widerstand kann erhöht sein, wodurch die Batterie-Lebensdauer verringert wird. Ist sie größer als etwa 1:etwa 10, kann die Bindungsstärke der zusammengesetzten leitenden Schicht zur Elektrode verringert sein, so dass die aktiven Elektrodenmaterialien aus dem Elektrodengemisch deinterkaliert werden können, oder elektrische Isolation während der Batterielebensdauer auftreten kann. Somit kann dies einen schlechten Einfluss zur Erhaltung der Lebensdauereigenschaft ausüben.
  • Das Bindemittel kann vorzugsweise Polyurethan, Polyvinylidenfluorid (PVdF) oder ein Gemisch davon sein, aber Beispiele dafür dürfen nicht darauf eingeschränkt sein. Zudem kann das Bindemittel auch zur Bildung der zusammengesetzten leitenden Schicht mit einer Leitfähigkeit verwendet werden, und die Haftfähigkeit kann durch Walzen in der Form einer Biskuitrolle und dann durch Ausüben von Heißwalzen und dergleichen verliehen werden.
  • Zudem kann das leitende Material mindestens eines sein, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus künstlichem Graphit, natürlichem Graphit, Ketjen-Black, Kohlenstoff-Nanoröhrchen, Kohlenstoff-Nanofaser, Acetylen-Schwarz, Ruß und in der Dampfphase gezüchteten Kohlefasern (VGCF).
  • Die zusammengesetzte leitende Schicht kann vorzugsweise eine Dicke von etwa 1 bis 30 μm aufweisen. Ist die Dicke der zusammengesetzten leitenden Schicht kleiner als etwa 1 μm, kann keine geeignete Schicht davon gebildet werden, und die Batterieleistung kann aufgrund ihrer niedrigen elektrischen Leitfähigkeit verschlechtert werden. Ist sie größer als etwa 30 μm, kann die Batterieleistung reduziert werden, und auch die Ionenleitfähigkeit kann verschlechtert werden, wodurch die Lebensdauereigenschaften und dergleichen reduziert werden. Als solche kann die Dicke der zusammengesetzten leitenden Schicht im Bereich von etwa 10 bis etwa 25 μm, insbesondere von etwa 12 bis etwa 18 μm sein. Weil die Perforationseigenschaften und die Lebensdauereigenschaften zudem so verwandt sein können, dass sie zueinander abgestimmt sind, wenn die Dicke der zusammengesetzten leitenden Schicht dünner wird, kann die Perforationseigenschaft besser werden, und wenn ihre Dicke größer wird, kann die Lebensdauereigenschaft verbessert werden. Somit kann die Dichte leicht innerhalb des Bereichs gesteuert werden, der von der Bedingung abhängt, die auf der Basis des Designs der Batterie erforderlich ist.
  • Die vorliegende Erfindung stellt auch eine Lithiumionenbatterie bereit, die die positive Elektrode wie vorstehend beschrieben umfasst.
  • 2 veranschaulicht eine Strukturansicht einer beispielhaften Lithiumionenbatterie gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 2 gezeigt, kann die Lithiumionenbatterie eine Struktur eines Stromkollektors der positiven (Kathode) Elektrode/einer aktiven Materialschicht einer positiven Elektrode/einer zusammengesetzten leitenden Schicht/eines Separators/einer aktiven Materialschicht einer Anode (negativ)/eines Anoden-Stromkollektors aufweisen, die gestapelt und nacheinander laminiert werden können.
  • Die positive Elektrode für eine erfindungsgemäße Lithiumionenbatterie kann die Leistungseigenschaft und Sofortentladefähigkeit bei einer sehr niedrigen Temperatur verbessern, indem man die zusammengesetzte leitende Schicht, die das Bindemittel und das leitende Material umfasst, auf die aktive Materialschicht der positiven Elektrode aufbringt. Kommt es zu einem Sicherheitsproblem, kann zudem die Sicherheit, wie Perforation, aufgrund hervorragender Wärmeabgabeeigenschaft gesteigert werden, und sogar bei einer unerwarteten Extremsituation kann das Auftreten des Problems der Batterie selbst verhindert werden, indem früh ein Mikrokurzschluss mit hervorragender Wärmeabfuhr verursacht wird. Zudem kann durch Aufbringen der zusammengesetzten leitenden Schicht zwischen der Elektrode und dem Separator die Oxidation verhindert werden, indem die Reaktion auf der Grenzfläche zwischen dem aktiven Elektrodenmaterial und dem Separator gehemmt wird, und bei zusätzlicher Bereitstellung von Haftfunktion durch Steigern der Bindemittel-Menge wird ein Fehler, wie die Ablagerung von Salzen, die durch einen gelockerten Spalt zwischen der Elektrode und dem Separator verursacht wird, verhindert, wodurch die Lebensdauer der Batterie verbessert wird.
  • BEISPIELE
  • Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung und sollen diese nicht einschränken.
  • Beispiel 1
  • Eine positive Elektrode wurde hergestellt durch Mischen eines aktiven Materials LiNi1/3Co1/3Mn1/3 94 Gew.-%: PVdF 3 Gew.-%: Acetylen-Schwarz 3 Gew.-%, Aufbringen desselben auf einen Al Stromkollektor in einer bestimmten Menge, und dann Walzen auf eine gewünschte Dicke bei einer Temperatur von 110°C. Dann wurden Polyurethan-Bindemittel 8 Gew.-% und Wasser 92 Gew.-% mit einem Mischer 2 Std. gerührt, so dass eine Bindemittel-Lösung zur Herstellung eines zusammengesetzten leitenden Materialschlammes zur zusätzlichen Beschichtung erhalten wurde. Dann wurde ein leitendes Material, d. h. Acetylen-Schwarz, zur Bindemittel-Lösung bei einem Gewichtsverhältnis von 1:2 gemischt, und mit einem Kugelmühlenmischer mit starkem Drehmoment vollständig vermengt, so dass der zusammengesetzte leitende Materialschlamm erhalten wurde. Dann wurde der zusammengesetzte leitende Materialschlamm auf die zuvor hergestellte aktive Positivelektroden-Materialschicht der positiven Elektrode aufgebracht, die durch Walzen des Stromkollektors der positiven Elektrode und der aktiven Materialschicht der positiven Elektrode hergestellt wurde, wobei ein Schlitzdüsenbeschichtungsgerät verwendet wurde, gefolgt von Trocknen desselben zur Herstellung einer positiven Elektrode, auf der die 12 μm dicke zusammengesetzte leitende Schicht gebildet wird. Anschließend wurde die Elektrode bei einer Temperatur von 110°C vakuumgetrocknet, und dann auf eine gewünschte Größe eingeschnitten, so dass eine Verbundschichtelektrode mit positiver Elektrode erhalten wurde.
  • Eine negative Elektrode wurde hergestellt durch Mischen von natürlichem Graphit 98 Gew.-%: CMC 1 Gew.-%: SBR 1 Gew.-%, Aufbringen des Gemischs auf einen Cu-Stromkollektor in einer festgelegten Menge, und dann Walzen bei Raumtemperatur. Dann wurde es bei einer Temperatur von 140°C vakuumgetrocknet und anschließend auf eine gewünschte Größe eingeschnitten, so dass eine negative Elektrode hergestellt wurde.
  • Nun wurden die hergestellte Elektrode mit positiver Elektrodenverbundschicht (zusammengesetzte leitende Schicht mit 12 μm Dicke), die negative Elektrode und der Separator hergestellt und gestapelt durch nacheinander erfolgendes Laminieren in der Reihenfolge einer negativen Elektrode/eines Separators/einer positiven Elektrode/eines Separators/einer negativen Elektrode/eines Separators/einer positiven Elektrode/eines Separators/einer negativen Elektrode im Bereich mit etwa 30 Ah-Grad Kapazität, gefolgt von Einlegen in einen Beutel. Anschließend wurde erneut ein lithiumsalzhaltiger Elektrolyt dort hinein injiziert, und daraufhin wurde eine Lithiumionenbatterie vom Pouch-Typ mit etwa 30 Ah-Grad durch einen Alterungsprozess hergestellt.
  • Beispiel 2
  • Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt, außer der Herstellung einer positiven Elektrode, auf der eine 18 μm dicke zusammengesetzte leitende Schicht gebildet wurde, durch Beschichten des zusammengesetzten leitenden Materialschlamms von Beispiel 1 mit einem Schlitzdüsenbeschichtungsgerät, gefolgt von Trocknen desselben zur Herstellung einer Lithiumionenbatterie.
  • Vergleichsbeispiel
  • Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt, außer dass keine zusammengesetzte leitende Schicht (0 μm) auf der positiven Elektrode zur Herstellung einer Lithiumionenbatterie gebildet wurde.
  • Testbeispiel
  • Für die in den Beispielen 1 und 2 und im Vergleichsbeispiel hergestellten Lithiumionenbatterien wurde die Entladekapazität bei der Entladung bei einer sehr niedrigen Temperatur (–15°C) gemessen, und die Ergebnisse sind in der folgenden 3 gezeigt.
  • 3 ist ein Schaubild, das die Entladekapazität der in den Beispielen 1 und 2 und im Vergleichsbeispiel hergestellten Lithiumionenbatterien bei einer Temperatur von –15°C zeigt.
  • Wie in 3 gezeigt, wurde die Batterie des Vergleichsbeispiels 3 sec bei einer sehr niedrigen Temperatur entladen, aber die Batterien der Beispiele 1 und 2 wurden für etwa 15 sec bzw. 11 sec, entladen. Folglich wurde es bestätigt, dass die Entladezeit der Batterien der Beispiele zum größten Teil stark erhöht war. Dadurch wurde bestätigt, dass die elektrische Leitfähigkeit auf der Oberfläche der positiven Elektrode durch Aufbringen der zusammengesetzten leitenden Schicht auf die bestehende positive Elektrode verbessert werden kann, wodurch die Leistung der Batterie selbst bei einer niedrigen Temperatur verbessert wurde. Somit zeigte in den vorhergehenden Tests, Beispiel 1 mit der zusammengesetzten leitenden Schicht von 12 μm die beste Entladefähigkeit (Lebensdauereigenschaft). Dadurch stellte sich heraus, dass bei der Entwicklung einer Batterie ein Bereich der Batterie (Entladekapazität, Lebensdauereigenschaft), der durch seine Steuerung gemäß den erforderten Eigenschaften, wie Entladekapazität, Sicherheit, Leistung und dergleichen komplementiert werden kann, erweitert werden kann.
  • Folglich wurde bestätigt, dass die positiven Elektroden für eine Lithiumionenbatterie, hergestellt in den Beispielen, die Leistungseigenschaft und Sofortentladefähigkeit bei einer sehr niedrigen Temperatur verbessern können. Wenn zudem ein Sicherheitsproblem auftritt, kann die Wärmeabgabeeigenschaft erhöht werden, indem die Dicke der zusammengesetzten leitenden Schicht gesteuert wird, wodurch die Sicherheit, wie Perforation, verbessert wird, und das Auftreten eines Problems der Batterie selbst verhindert werden kann, indem früh ein Mikrokurzschluss mit hervorragender Wärmeabgabeeigenschaft sogar bei einer unerwarteten Extremsituation verursacht wird. Zudem kann die Oxidation verhindert werden, indem die Reaktion auf der Grenzfläche zwischen dem aktiven Elektrodenmaterial und dem Separator gehemmt wird, und durch zusätzliches Bereitstellen der Haftfunktion mit erhöhter Menge Bindemittel, können Defekte, wie die Ablagerung von Salzen, die durch einen gelockerten Spalt zwischen der Elektrode und dem Separator verursacht werden, verhindert werden. Demzufolge kann die Batterie-Lebensdauer verbessert werden.
  • Die positive Elektrode für eine Lithiumionenbatterie der vorliegenden Erfindung kann eine verbesserte elektrische Leitfähigkeit bereitstellen und kann die Leistungseigenschaft und Sofortentladefähigkeit bei einer sehr niedrigen Temperatur durch Aufbringen der zusammengesetzten leitenden Schicht auf der aktiven Materialschicht der positiven Elektrode verbessern. Insbesondere kann die zusammengesetzte leitende Schicht das Bindemittel und das leitende Material bei dem festgelegten Gewichtsverhältnis umfassen.
  • Wenn zudem ein Sicherheitsproblem auftritt, kann die Sicherheit, wie Perforation, aufgrund ihrer hervorragenden Wärmeabgabeeigenschaft, verbessert werden, und das Aufkommen eines Problems der Batterie selbst kann verhindert werden, indem früh ein Mikrokurzschluss mit verbesserter Wärmeabgabeeigenschaft sogar bei einer unerwarteten Extremsituation verursacht wird.
  • Durch Aufbringen der zusammengesetzten leitenden Schicht zwischen der Elektrode und dem Separator kann die Oxidation verhindert werden, indem die Reaktion auf der Grenzfläche zwischen dem aktiven Elektrodenmaterial und dem Separator gehemmt wird, und da die erhöhte Menge Bindemittel zusätzlich bereitgestellt wurde, um die Haftfunktion zu verbessern, können Defekte wie die Ablagerung von Salzen, die durch einen gelockerten Spalt zwischen der Elektrode und dem Separator verursacht werden, verhindert werden, wodurch die Batterie-Lebensdauer verbessert wird.
  • Die Erfindung wurde eingehend anhand ihrer bevorzugten Ausführungsformen beschrieben. Der Fachmann schätzt jedoch, dass an diesen Ausführungsformen Änderungen vorgenommen werden können, ohne dass man von den Prinzipien und vom Geist der Erfindung abweicht, wobei deren Schutzbereich in den beigefügten Ansprüchen und ihren Äquivalenten definiert ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • 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.
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    • KR 2013-050473 [0006]
    • KR 441513 [0007]

Claims (11)

  1. Positive Elektrode für eine Lithiumionenbatterie, umfassend: einen Stromkollektor der positiven Elektrode; eine aktive Materialschicht der positiven Elektrode, die auf dem Stromkollektor der positiven Elektrode gebildet ist; und eine zusammengesetzte leitende Schicht, die auf der aktiven Materialschicht der positiven Elektrode gebildet ist, wobei die zusammengesetzte leitende Schicht ein Bindemittel und ein leitendes Material bei einem Gewichtsverhältnis von etwa 1:etwa 0,5 bis 10 umfasst.
  2. Positive Elektrode nach Anspruch 1, wobei das Bindemittel Polyurethan, Polyvinylidenfluorid (PVdF) oder ein Gemisch davon ist.
  3. Positive Elektrode nach Anspruch 1, wobei das leitende Material mindestens eines ist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus künstlichem Graphit, natürlichem Graphit, Ketjen-Black, Kohlenstoff-Nanoröhrchen, Kohlenstoff-Nanofaser, Acetylen-Schwarz, Ruß und in der Dampfphase gezüchteten Kohlefasern (VGCF).
  4. Positive Elektrode nach Anspruch 1, wobei die zusammengesetzte leitende Schicht eine Dicke von etwa 1 bis 30 μm aufweist.
  5. Lithiumionenbatterie, umfassend eine positive Elektrode für eine Lithiumionenbatterie nach Anspruch 1.
  6. Fahrzeug, das eine Lithiumionenbatterie nach Anspruch 5 umfasst.
  7. Verfahren zur Herstellung einer positiven Elektrode für eine Lithiumionenbatterie, umfassend: Bereitstellen eines Stromkollektors der positiven Elektrode; Bilden einer aktiven Materialschicht der positiven Elektrode auf dem Stromkollektor der positiven Elektrode; und Bilden einer zusammengesetzten leitenden Schicht auf der aktiven Materialschicht der positiven Elektrode, wobei die zusammengesetzte leitende Schicht durch Mischen eines Bindemittels und eines leitenden Materials bei einem Gewichtsverhältnis von etwa 1:etwa 0,5 bis 10 hergestellt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Bindemittel Polyurethan, Polyvinylidenfluorid (PVdF) oder ein Gemisch davon ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das leitende Material mindestens eines ist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus künstlichem Graphit, natürlichem Graphit, Ketjen-Black, Kohlenstoff-Nanoröhrchen, Kohlenstoff-Nanofaser, Acetylen-Schwarz, Ruß und in der Dampfphase gezüchteten Kohlefasern (VGCF).
  10. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die zusammengesetzte leitende Schicht eine Dicke von etwa 1 bis 30 μm hat.
  11. Verfahren zur Herstellung einer Lithiumionenbatterie, umfassend: nacheinander erfolgendes Stapeln eines Stromkollektors der positiven Elektrode, einer aktiven Materialschicht der positiven Elektrode, einer zusammengesetzten leitenden Schicht, eines Separators, einer aktiven Anoden-Materialschicht und eines Anoden-Stromkollektors und das Laminieren derselben, wobei die zusammengesetzte leitende Schicht ein Bindemittel und ein leitendes Material bei einem Gewichtsverhältnis von etwa 1:etwa 0,5 bis 10 umfasst.
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