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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Ausgangsstoffes für die Herstellung eines Konversionsaktivmaterials für eine kathodische Elektrode für eine Lithium-Ionen-Zelle mit den Schritten, Lösen von FeF3-Partikeln in destilliertem Wasser durch Rühren, um eine FeF3-Lösung zu erhalten, Zugabe eines Substrat zur FeF3-Lösung und Herstellung einer Dispersion durch Mischen, und Ausfällen und Kristallisieren von FeF3 auf dem Substrat durch Verdampfen der Dispersion in Vakuum, um den Ausgangsstoff zu erhalten.A process for the preparation of a starting material for the preparation of a conversion active material for a cathodic electrode for a lithium-ion cell comprising the steps of dissolving FeF3 particles in distilled water by stirring to obtain an FeF3 solution, adding a substrate to the FeF3 solution. Solution and preparation of a dispersion by mixing, and precipitation and crystallization of FeF3 on the substrate by evaporating the dispersion in vacuo to obtain the starting material.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Ausgangsstoffes für die Herstellung eines Konversionsaktivmaterials für eine kathodische Elektrode für eine Lithium-Ionen-Zelle. The invention relates to a process for the preparation of a starting material for the preparation of a conversion active material for a cathodic electrode for a lithium-ion cell.

Eisen(III)-fluorid (FeF3) ist eine der vielversprechendsten Verbindungen für Konversionsaktivmaterialien für Kathoden von Lithium-Ionen-Zellen. Es weist eine hohe theoretische Kapazität auf und die Konversionsreaktion beim Laden und Entladen der sekundären Zelle von Kathoden mit einem Aktivmaterial auf Basis von FeF3 ist im Vergleich zu anderen Konversionsaktivmaterialien hoch reversibel. Nach dem Stand der Technik, siehe z.B. Chem. Unserer Zeit, 2013, 47, 230–238 wird FeF3 aktiviert, indem es in nanoskaliger Form als Partikel in eine leitfähige Matrix eingebracht wird. Durch die Größe der Partikel im Nanometer-Bereich werden Diffusionswege im Volumen des elektrisch nichtleitenden FeF3 verkürzt. Mittels Kugelmahlen werden Nanokomposite aus FeF3 und Kohlenstoff hergestellt. Dabei wird versucht, durch das Kugelmahlen, das FeF3 mit dem Graphit zu kontaktieren. Eine gute und dauerhafte elektrische Verbindung von Graphit und FeF3 ist für die Zyklenstabilität des Materials entscheidend. Für die Synthese des Ausgangsmaterials FeF3 wird Flusssäure eingesetzt, um Eisen(III)-Oxid in einem wässrigen Prozess zu FeF3 umzusetzen. Nach Calcinieren des gelben Reaktionsproduktes in Argon-Atmosphäre kann das grüne phasenreine FeF3 erhalten werden. Das FeF3 kann auch durch die Umsetzung von Eisennitrat in einer ethanolischen Lösung mit Flusssäure gewonnen werden. Ferric fluoride (FeF 3 ) is one of the most promising compounds for conversion active materials for cathodes of lithium-ion cells. It has a high theoretical capacity and the conversion reaction when charging and discharging the secondary cell of cathodes with an FeF 3 based active material is highly reversible compared to other conversion active materials. According to the prior art, see for example Chem. Of Our Time, 2013, 47, 230-238 FeF 3 is activated by being introduced in nanoscale form as particles in a conductive matrix. Due to the size of the particles in the nanometer range, diffusion paths in the volume of the electrically non-conductive FeF 3 are shortened. Ball milling is used to produce nanocomposites of FeF 3 and carbon. An attempt is made, by ball milling, to contact the FeF 3 with the graphite. A good and lasting electrical connection of graphite and FeF 3 is crucial for the cycle stability of the material. For the synthesis of the starting material FeF 3 hydrofluoric acid is used to convert iron (III) oxide to FeF 3 in an aqueous process. After calcination of the yellow reaction product in argon atmosphere, the green phase pure FeF 3 can be obtained. The FeF 3 can also be obtained by the reaction of iron nitrate in an ethanolic solution with hydrofluoric acid.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Ausgangsstoffes für die Herstellung eines Konversionsaktivmaterials für eine kathodische Elektrode für eine Lithium-Ionen-Zelle anzugeben. It is an object of the invention to provide an improved process for the preparation of a starting material for the preparation of a conversion active material for a cathodic electrode for a lithium-ion cell.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. This object is achieved by a method according to claim 1. Advantageous embodiments and modifications of the invention will become apparent from the dependent claims.

Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren die Schritte,

  • – Lösen von FeF3-Partikeln in destilliertem Wasser durch Rühren, um eine FeF3-Lösung zu erhalten,
  • – Zugabe von einem Substrat zur FeF3-Lösung und Herstellung einer Dispersion durch Mischen, und
  • – Ausfällen und Kristallisieren von FeF3 auf dem Substrat durch Verdampfen der Dispersion in Vakuum, um den Ausgangsstoff zu erhalten.
According to the invention, the method comprises the steps
  • Dissolve FeF 3 particles in distilled water by stirring to obtain a FeF 3 solution
  • Adding a substrate to the FeF 3 solution and preparing a dispersion by mixing, and
  • Precipitation and crystallization of FeF 3 on the substrate by evaporation of the dispersion in vacuo to obtain the starting material.

Der im Folgenden verwendete Begriff Substrat schließt Kohlenstoff, wie zum Beispiel technische Ruße, bevorzugt mit großer Oberfläche, sowie andere anorganische Trägermaterialien wie hyperdisperse Kieselsäure oder Zeolithe mit ein. The term substrate used below includes carbon, such as technical carbon blacks, preferably having a high surface area, and other inorganic support materials such as hyperdispersed silica or zeolites.

Die elektrische Verbindung zwischen dem FeF3 und dem Kohlenstoff wird also durch Abscheidung des FeF3 auf dem Kohlenstoff erreicht. Die Abscheidung wird durch das Verdampfen des Lösungsmittels Wasser aus der Dispersion im Vakuum erreicht. Das Vakuum ist notwendig, um eine Oxidation des FeF3 während des Verdampfens zu unterbinden. Die erhaltenen auf dem Kohlenstoff abgeschiedenen Schichten von FeF3 zeigen eine hohe Aktivierung des FeF3 in Kathodenmaterialien, die auf Basis des FeF3-C-Ausgangsstoffes hergestellt werden. Zudem ist die großtechnische Herstellung des FeF3-C-Materials aufgrund der Fällung aus einer wässrigen Lösung kostengünstig und apparativ einfach umsetzbar. Aufgrund der schweren Löslichkeit von FeF3 in Wasser ist beim ersten Schritt des Lösens von FeF3 ein intensives Rühren bei einer geringen Einwaage von FeF3 notwendig. The electrical connection between the FeF 3 and the carbon is thus achieved by deposition of FeF 3 on the carbon. The deposition is achieved by evaporating the solvent water from the dispersion in vacuo. The vacuum is necessary to prevent oxidation of FeF 3 during evaporation. The obtained carbon deposited layers of FeF 3 show high activation of FeF 3 in cathode materials prepared based on the FeF 3 -C source. In addition, the large-scale production of FeF 3 -C material due to the precipitation from an aqueous solution is inexpensive and easy to implement. Due to the low solubility of FeF 3 in water, the first step in the dissolution of FeF 3 requires intensive stirring with low FeF 3 weigh-in.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Verdampfen der Dispersion durch einen Rotationsverdampfer. Zum Verdampfen der wässrigen Lösung wird als Parameter eine Erwärmung des Verdampferkolbens auf 40 °C bei einem Unterdruck von 20 mbar vorgeschlagen. According to a further embodiment of the invention, the evaporation of the dispersion takes place by means of a rotary evaporator. To evaporate the aqueous solution is proposed as a parameter heating of the evaporator flask to 40 ° C at a reduced pressure of 20 mbar.

Nach einem alternativen erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Herstellung eines Ausgangsstoffes für die Herstellung eines Konversionsaktivmaterials für eine kathodische Elektrode für eine Lithium-Ionen-Zelle mit den Schritten,

  • – Lösen von FeF3-Partikeln in destilliertem Wasser durch Rühren, um eine FeF3-Lösung zu erhalten,
  • – Zugabe eines Substrat zur FeF3-Lösung und Herstellung einer Dispersion durch Mischen,
  • – Ausfällen und Kristallisieren von FeF3 auf dem Substrat durch Zugabe eines Alkohols zur der Dispersion und
  • – Zentrifugieren oder Sedimentation der Dispersion, um den Ausgangsstoff als abgetrennten Feststoff zu erhalten.
According to an alternative method of the invention, the preparation of a starting material for the preparation of a conversion active material for a cathodic electrode for a lithium-ion cell is carried out with the steps of
  • Dissolve FeF 3 particles in distilled water by stirring to obtain a FeF 3 solution
  • Adding a substrate to the FeF 3 solution and preparing a dispersion by mixing,
  • Precipitation and crystallization of FeF 3 on the substrate by adding an alcohol to the dispersion and
  • - Centrifuging or sedimentation of the dispersion to obtain the starting material as a separated solid.

Auch nach diesem Verfahren wird das FeF3 aus der wässrigen Lösung auf dem Substrat, das beispielsweise technischer Ruß sein kann, ausgefällt. Dies wird durch eine Verschiebung des Löslichkeitsgleichgewichts von FeF3 in der Lösung erreicht. Da FeF3 in Alkohol unlöslich ist und in Wasser nur schwer löslich ist, führt die Verschiebung des Löslichkeitsgleichgewichts von Wasser zum Wasser-Alkohol-Gemisch zum Ausfällen des FeF3 auf den in der Dispersion vorhandenen Kristallisationskeimen, die durch das Substrat gegeben sind. Lediglich das physikalische Prinzip des Schrittes der Fällung unterscheidet sich in den beiden Verfahren. Die Dispersion, aus der gefällt wird, ist identisch. Nach der Fällung wird das FeF3-C-Material, der als disperser Feststoff in dem Wasser-Alkohol-Gemisch vorliegt, bevorzugt durch Zentrifugieren gewonnen. Also according to this method, the FeF 3 is precipitated from the aqueous solution on the substrate, which may be technical carbon black, for example. This is achieved by shifting the solubility equilibrium of FeF 3 in the solution. Since FeF 3 is insoluble in alcohol and is sparingly soluble in water, shifting the solubility equilibrium of water to the water-alcohol mixture results in the precipitation of FeF 3 on the crystallization nuclei present in the dispersion which are passed through the substrate. Only that The physical principle of the precipitation step differs in the two methods. The dispersion from which precipitation is made is identical. After precipitation, the FeF 3 -C material, which is present as a disperse solid in the water-alcohol mixture, is preferably obtained by centrifugation.

Nach einer weiteren Variante der vorgestellten Verfahren zur Herstellung von Konversionsaktivmaterial für eine kathodische Elektrode für eine Lithium-Ionen-Zelle wird durch den weiteren Schritt, der im Mischen des Ausgangsstoffes mit Leitruß, Elektrodenbinder und Lösungsmittel besteht, eine Dispersion erhalten. Diese Dispersion bildet nun das Basismaterial für das Konversionsaktivmaterial bei der weiteren Herstellung der kathodischen Elektrode und wird ohne Beschränkung der Allgemeinheit auch als Slurry-Dispersion bezeichnet. Der Leitruß stellt eine gute elektrische Leitfähigkeit des späteren Aktivmaterials sicher. According to another variant of the presented method for the preparation of conversion active material for a cathodic electrode for a lithium-ion cell, a dispersion is obtained by the further step, which consists in mixing the starting material with conductive carbon black, electrode binder and solvent. This dispersion now forms the base material for the conversion active material in the further production of the cathodic electrode and is also called without limitation of generality as slurry dispersion. The Leitruß ensures good electrical conductivity of the later active material.

Durch Bereitstellen einer metallischen Ableiterfolie, Beschichten der Ableiterfolie mit der Slurry-Dispersion und Trocknen des aufgetragenen Materials auf der Ableiterfolie wird die Kathode für die Lithium-Ionen-Zelle hergestellt. Die Ableiterfolie für die Kathodenherstellung ist eine Aluminiumfolie. Die Slurry-Dispersion wird idealerweise in einer Dicke von etwa 50 µm im nassen Zustand aufgetragen. By providing a metallic drain foil, coating the drain foil with the slurry dispersion, and drying the coated material on the drain foil, the cathode for the lithium ion cell is fabricated. The arrester foil for the cathode production is an aluminum foil. The slurry dispersion is ideally applied in a thickness of about 50 microns when wet.

Die Herstellung einer Kathode nach diesem Verfahren hat gegenüber der Herstellung nach dem Stand der Technik die Vorteile, dass die Elektrodenmaterialien nach dem Stand der Technik eine geringere spezifische Kapazität und auch eine geringere volumetrische Energiedichte aufweisen. Dadurch lassen sich auch während der Verarbeitung technische Vorteile erzielen. Diese bestehen darin, dass vergleichbare Elektroden nach dem Stand der Technik einer höheren Nassfilmdicke beim Beschichten der Slurry-Dispersion bedürfen, einhergehend mit großen Energiemengen für die Entfernung des Trägerlösemittels und höheren Schrumpfungseffekten des beschichteten Materials. Beim erfindungsgemäßen Verfahren mit kleinerer Nassfilmdicke liegt die beschichtete Rohelektrode vor dem Verdichten spannungsfreier vor. Es können höhere Verdichtungen erreicht werden, ohne dass Trägerfolien durch die mechanische Spannung in der Beschichtung zerreißen. Die dann erreichte geringere Trockenfilmdicke führt zu einer besseren Verarbeitbarkeit beim Konfektionieren durch Stanz- oder Schneidwerkzeuge. Diese dünneren Beschichtungen lassen sich beim Wickeln der sog. Jelly-roll mit geringeren Biegeradien aufspulen. Dadurch wird der Nutzungsgrad des Zellgehäuses erhöht. The preparation of a cathode according to this method has the advantages over prior art fabrication that the prior art electrode materials have lower specific capacitance and also lower volumetric energy density. As a result, technical advantages can also be achieved during processing. These are that comparable prior art electrodes require a higher wet film thickness in coating the slurry dispersion, along with large amounts of energy for removal of the carrier solvent and higher shrinkage effects of the coated material. In the method according to the invention with a smaller wet film thickness, the coated raw electrode is more stress-free before being compacted. Higher densities can be achieved without tearing carrier foils by the mechanical stress in the coating. The then achieved lower dry film thickness leads to better processability during assembly by punching or cutting tools. These thinner coatings can be wound up with smaller bending radii when winding the so-called jelly-roll. This increases the efficiency of the cell housing.

Die Erfindung beruht auf den nachfolgend dargelegten Überlegungen:
Als Kathodenmaterialien für Lithium-Ionen-Zellen kommen bislang Schichtoxide und Spinelle zum Einsatz (z.B. LiNiMnCo (NMC), LiMn2O4 (LMO), LiFePO4 (LFP)). Als neue Klasse von Kathodenmaterialien kommen Konversionsmaterialien, wie Eisenfluorid (FeF3) in Frage, für die es heute noch keine großtechnische Applikation gibt. Die Aktivmaterialien wie FeF3 werden als Sekundärpartikel oder Agglomerat verarbeitet. Es wird dabei aber nur ein Bruchteil der verfügbaren Kapazität nutzbar gemacht, da die Diffusion innerhalb der Partikel sehr langsam und die Oberfläche gleichzeitig klein ist. Es wird deshalb vorgeschlagen, das Aktivmaterial aus einer wässrigen Lösung auf einem porösen Trägermaterial in dünnen Schichten abzuscheiden. Durch einen erweiterten Schichtaufbau, Trägermaterial – Aktivmaterial – leitfähige Beschichtung (z.B. amorpher Kohlenstoff), kann die Reversibilität von Ladung und Entladung im Vergleich zur Verarbeitung des Aktivmaterials nach dem Stand der Technik verbessert werden. Es wird das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen erhöht, wodurch das Material elektrochemisch verfügbar gemacht wird und die langsame Diffusion ausgeglichen werden kann. Das Hystereseverhalten des Konversionsaktivmaterials wird durch die vorgeschlagene Verarbeitung verbessert. The invention is based on the following considerations:
So far, layer oxides and spinels have been used as cathode materials for lithium-ion cells (eg LiNiMnCo (NMC), LiMn 2 O 4 (LMO), LiFePO 4 (LFP)). As a new class of cathode materials conversion materials, such as iron fluoride (FeF 3 ) in question, for which there is no large-scale application today. The active materials such as FeF 3 are processed as secondary particles or agglomerate. However, only a fraction of the available capacity is used, since the diffusion within the particles is very slow and the surface is small at the same time. It is therefore proposed to deposit the active material from an aqueous solution on a porous carrier material in thin layers. By an extended layer structure, carrier material - active material - conductive coating (eg amorphous carbon), the reversibility of charge and discharge compared to the processing of the active material according to the prior art can be improved. It increases the surface area to volume ratio, making the material electrochemically available and compensating for the slow diffusion. The hysteresis behavior of the conversion active material is improved by the proposed processing.

Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Daraus ergeben sich weitere Details, bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung. Hereinafter, a preferred embodiment of the invention will be described. This results in further details, preferred embodiments and further developments of the invention.

Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ohne Einschränkung der Allgemeinheit Eisen(III)-fluorid FeF3 in einer Partikelgröße von etwa 10 µm verarbeitet. Um diese Partikelgröße zu erreichen, sind keine besonderen Mahlverfahren erforderlich. According to a preferred embodiment of the invention, iron (III) fluoride FeF 3 is processed in a particle size of about 10 microns without limiting the generality. To achieve this particle size, no special milling processes are required.

Das FeF3 wird in destilliertes Wasser eingewogen. Hierzu wird eine Menge von 0,7 g auf das Volumen von 1 l destilliertem Wasser verwendet. Bei Raumtemperatur wird das schwer lösliche FeF3 im Lösungsmittel Wasser gelöst. Hierzu ist intensives Rühren z.B. mit einem Rührfisch über einen Zeitraum von mindestens 1 h nötig, ehe sich das FeF3 in Lösung vollständig übergeht. The FeF 3 is weighed into distilled water. For this purpose, an amount of 0.7 g to the volume of 1 liter of distilled water is used. At room temperature, the sparingly soluble FeF 3 is dissolved in the solvent water. This requires intensive stirring, for example with a stirrer over a period of at least 1 h, before the FeF 3 completely dissolves in solution.

Anschließend wird technischer Ruß mit einer hohen spezifischen Oberfläche von 420 m2/g in einer Menge von 0,175 g als Substrat zugegeben. Der technische Ruß ist hochporös und stellt einen Kristallisationskeim für das gelöste FeF3 in einem späteren Schritt dar. Durch Mischen, z.B. mit einem Rotor-Stator-Mischer über einen Zeitraum von 10–15 Minuten wird eine Dispersion hergestellt. Subsequently, technical carbon black having a high specific surface area of 420 m 2 / g is added in an amount of 0.175 g as a substrate. The technical carbon black is highly porous and represents a crystallization nucleus for the dissolved FeF 3 in a later step. A dispersion is produced by mixing, for example with a rotor-stator mixer over a period of 10-15 minutes.

Im weiteren Schritt wird das Lösungsmittel Wasser verdampft. Um einen Oxidation des FeF3 zu verhindern, muss das Verdampfen möglichst schonend erfolgen. Es wird die Nutzung eines Rotationsverdampfers vorgeschlagen. Der Verdampferkolben wird auf etwa 40 °C bei einem Unterdruck von 20 mbar erwärmt. Die Verdampfungszeit beträgt circa 2 h. Während des Verdampfens erhöht sich die Konzentration des FeF3 im Lösungsmittel, so dass beim Erreichen der Löslichkeitsschwelle das noch gelöste FeF3 ausfällt. Als Kristallisationskeime dienen die Rußpartikel, so dass eine Dispersion von FeF3-C-Partikeln während des Verdampfens gebildet wird. Nach dem Verdampfen zeigen sich die FeF3-C-Partikel als eine dunkel gefärbte Feststoffschicht im Verdampferkolben. In a further step, the solvent water is evaporated. In order to prevent oxidation of the FeF 3 , the evaporation must be as possible gently done. The use of a rotary evaporator is proposed. The evaporator flask is heated to about 40 ° C at a reduced pressure of 20 mbar. The evaporation time is about 2 h. During evaporation, the concentration of FeF 3 in the solvent increases, so that when the solubility threshold is reached, the still dissolved FeF 3 precipitates. The soot particles serve as crystallization seeds, so that a dispersion of FeF 3 -C particles is formed during the evaporation. After evaporation, the FeF 3 -C particles appear as a dark colored solid layer in the evaporator flask.

Mit einer geringen Menge von destilliertem Wasser (wenige Milliliter) wird der FeF3-C-Feststoff aus dem Verdampfkolben gespült und anschließend in einem Glasofen bei 300 ° über 12 h bei 0,01 mbar getrocknet. Dadurch wird der FeF3-C-Feststoff in Pulverform gewonnen. Dieses Pulver ist der wesentliche Ausgangsstoff für die Herstellung von Konversionsaktivmaterial für eine Kathode einer Lithium-Ionen-Zelle. With a small amount of distilled water (a few milliliters) of the FeF 3 -C solid is rinsed from the evaporating flask and then dried in a glass oven at 300 ° for 12 h at 0.01 mbar. As a result, the FeF 3 -C solid is recovered in powder form. This powder is the essential starting material for the preparation of conversion active material for a cathode of a lithium-ion cell.

Dazu wird das FeF3-C-Pulver mit Leitruß mit dem gängigen Elektrodenbinder PVdF (Polyvinylidendifluorid) und dem Lösungsmittel NMP (N-Methyl-2-pyrrolidon) vermengt und ein Slurry hergestellt. Der Slurry wird auf eine Ableiterfolie aus Alufolie aufgetragen, gegebenenfalls kalandriert und getrocknet sowie geschnitten und mit einem Separator und einer Anode gestackt oder gewickelt in eine Lithium-Ionen-Zelle eingebracht. For this purpose, the FeF 3 -C powder is mixed with conductive carbon black with the common electrode binder PVdF (polyvinylidene difluoride) and the solvent NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) and a slurry is prepared. The slurry is applied to an absorber foil of aluminum foil, optionally calendered and dried, and cut and stacked with a separator and an anode or wound into a lithium-ion cell.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Chem. Unserer Zeit, 2013, 47, 230–238 [0002] Chem. Of Our Time, 2013, 47, 230-238 [0002]

Claims (5)

Verfahren zur Herstellung eines Ausgangsstoffes für die Herstellung eines Konversionsaktivmaterials für eine kathodische Elektrode für eine Lithium-Ionen-Zelle mit den Schritten, – Lösen von FeF3-Partikeln in destilliertem Wasser durch Rühren, um eine FeF3-Lösung zu erhalten, – Zugabe eines Substrat zur FeF3-Lösung und Herstellung einer Dispersion durch Mischen, und – Ausfällen und Kristallisieren von FeF3 auf dem Substrat durch Verdampfen der Dispersion in Vakuum, um den Ausgangsstoff zu erhalten. A process for the preparation of a starting material for the preparation of a conversion active material for a cathodic electrode for a lithium-ion cell comprising the steps of: - dissolving FeF 3 particles in distilled water by stirring to obtain a FeF 3 solution, - adding a Substrate to FeF 3 solution and prepare a dispersion by mixing, and - precipitate and crystallize FeF 3 on the substrate by evaporating the dispersion in vacuo to obtain the starting material. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem – das Verdampfen der Dispersion durch einen Rotationsverdampfer erfolgt.  The method of claim 1, wherein - The evaporation of the dispersion is carried out by a rotary evaporator. Verfahren zur Herstellung eines Ausgangsstoffes für die Herstellung eines Konversionsaktivmaterials für eine kathodische Elektrode einer Lithium-Ionen-Zelle mit den Schritten, – Lösen von FeF3-Partikeln in destilliertem Wasser durch Rühren, um eine FeF3-Lösung zu erhalten, – Zugabe eines Substrat zur FeF3-Lösung und Herstellung einer Dispersion durch Mischen, – Ausfällen und Kristallisieren von FeF3 auf dem Substrat durch Zugabe eines Alkohols zur der Dispersion und – Zentrifugieren oder Sedimentation der Dispersion, um den Ausgangsstoff als abgetrennten Feststoff zu erhalten. A process for producing a starting material for producing a conversion active material for a cathodic electrode of a lithium ion cell, comprising the steps of: - dissolving FeF 3 particles in distilled water by stirring to obtain a FeF 3 solution, - adding a substrate to the FeF 3 solution and preparing a dispersion by mixing, precipitating and crystallizing FeF 3 on the substrate by adding an alcohol to the dispersion and centrifuging or sedimenting the dispersion to obtain the starting material as a separated solid. Verfahren zur Herstellung von Konversionsaktivmaterial für eine kathodische Elektrode für eine Lithium-Ionen-Zelle mit den Schritten nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und dem weiteren Schritt – Mischen des Ausgangsstoffes mit Leitruß, Elektrodenbinder und Lösungsmittel, um einen Slurry zu erhalten.  A process for producing a cathode ionic conversion active material for a lithium ion cell comprising the steps of any of claims 1 to 3 and the further step - Mixing the starting material with Leitruß, electrode binder and solvent to obtain a slurry. Verfahren zur Herstellung einer kathodischen Elektrode für eine Lithium-Ionen-Zelle mit den Schritten nach Anspruch 4 und den weiteren Schritten – Bereitstellen einer metallischen Ableiterfolie, – Beschichten der Ableiterfolie mit dem Slurry und – Trocknen des Slurry.  A method of manufacturing a cathodic electrode for a lithium-ion cell comprising the steps of claim 4 and the further steps Providing a metallic arrester foil, - Coating the trap foil with the slurry and - drying the slurry.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2016061216A1 (en) 2014-10-14 2016-04-21 Sila Nanotechnologies Inc. Nanocomposite battery electrode particles with changing properties

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016061216A1 (en) 2014-10-14 2016-04-21 Sila Nanotechnologies Inc. Nanocomposite battery electrode particles with changing properties

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Chem. Unserer Zeit, 2013, 47, 230–238

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