-
Die Erfindung betrifft die Verwendung von Graphen in einer Lithiumionen-Batterie zur Verminderung der Bildung metallischen Lithiums auf der Anode der Batterie.
-
Es ist bekannt, Graphen in Lithiumionen-Batterien zu verwenden.
-
US 2011/0111302 A1 schlägt eine Elektrode für eine Lithiumionen-Batterie vor, welche eine hohe Speicherkapazität und eine hohe Lebensdauer besitzt. Dabei werden Nanopartikel oder dünne Schichten, welche das Aktivmaterial der Elektrode enthalten, von Graphen-Schichten sandwichartig umgeben bzw. sind die Graphen-Schichten mit den Nanopartikeln oder den dünnen Schichten beschichtet, wobei das Aktivmaterial und die Graphen-Schichten in ein Netzwerk aus Graphit eingebettet sind. Die Verwendung von Graphen soll zu einer verbesserten mechanischen Stabilität der Elektroden führen.
-
DE 10 2012 005 348.7 schlägt die Verwendung von Graphen zur Beschichtung eines Separators in einer Lithiumionen-Batterie vor. Die Beschichtung soll die mechanische Stabilität des Separators erhöhen und soll beim Eintreten eines Störfalls das Ausgasen flüchtiger Bestandteile verhindern.
-
DE 10 2012 005 426.2 schlägt die Verwendung eines Materials, welches Graphen aufweist oder Graphen ist, zur Beschichtung eines Ableiters für eine positive und/oder negative Elektrode einer Lithiumionen-Batterie, einer positiven und/oder negativen Elektrode und/oder eines Separators einer Lithiumionen-Batterie vor. Das Dokument offenbart auch die Verwendung von Graphen als Gassperre für flüchtige Komponenten.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es zu untersuchen, ob für Graphen oder für ein Graphen-haltiges Material weitere vorteilhafte Verwendungsmöglichkeiten in einer Lithiumionen-Batterie gegeben sind.
-
Die Erfinder haben gefunden, dass sich bei Verwendung von Graphen als Beschichtung der Anode einer Lithiumionen-Batterie die Bildung metallischen Lithiums auf der Anode zurückdrängen lässt.
-
Die aufgefundene Verwendung ist aus den nachstehend geschilderten Gründen überaus wichtig:
- Eine Lithiumionen-Batterie weist zumindest eine Anode und eine Kathode auf, die durch einen Separator voneinander getrennt sind, wobei der Separator mit einem Elektrolyt getränkt ist. Die Kathode in einer wiederaufladbaren Lithiumionen-Batterie besteht typischerweise aus einem Lithium-Metall-Oxid, wobei das Standardmaterial für die Anode der Batterie Graphit (Kohlenstoff) ist. Beim Laden der Batterie werden Lithiumionen aus dem Elektrolyt zu metallischem Lithium reduziert, welches sich in die Schichten der Schichtstruktur des Graphits der Anode einlagert.
-
Falls eine Lithiumionen-Batterie mit einem zu hohem Ladestrom geladen wird und/oder bei zu niedriger Temperatur geladen wird und/oder überladen wird, kann es vorkommen, dass das Lithium, statt wie erwünscht sich in die Graphitschichten der Anode einzulagern, auf der Anode abgelagert wird (wobei der Begriff „Anode“ im Sinne der Erfindung nachstehend erläutert wird). Die Ablagerung metallischen Lithiums auf der Anode wird auch als Lithium-Plating bezeichnet. Verbunden mit dem Lithium-Plating ist die Ausbildung metallischen Lithiums in Form von Dendriten, die auf der Anode wachsen. In extremen Fällen kann es sogar vorkommen, dass Dendriten von der Anode aus durch den Separator hindurch bis zur Kathode wachsen. Es kommt dann zum Kurzschluss, der zum „thermal runaway“ führen kann, also zum unkontrollierten Temperaturanstieg in der Batterie.
-
Da das auf der Anode gebildete metallische Lithium auch mit Elektrolytbestandteilen unter Bildung einer Passivierungsschicht reagieren kann, werden beim Lithium-Plating sowohl Elektrolyt wie auch Lithium verbraucht. Lithium, welches in Metallform auf der Anode abgelagert wird und/oder welches mit Elektrolytbestandteilen reagiert, steht aber für die elektrochemischen Prozesse in der Batterie nicht mehr zur Verfügung, was zum Kapazitätsverlust der Batterie und zu einer verminderten Lebensdauer führen kann.
-
Gegenstand der Erfindung ist somit die Verwendung von Graphen oder eines Graphen-haltigen Materials bzw. ein Verfahren unter Verwendung von Graphen oder eines Graphen-haltigen Materials zur Verminderung der Bildung metallischen Lithiums auf der Anode einer Lithiumionen-Batterie wie in Anspruch 1 definiert. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den davon abhängigen Ansprüchen bzw. den nebengeordneten Ansprüchen definiert.
-
Die Verwendung von Graphen oder eines Graphen-haltigen Materials zur Verminderung der Bildung metallischen Lithiums auf der Anode einer Lithiumionen-Batterie stellt damit eine wertvolle Maßnahme zur Erhöhung der Sicherheit einer Lithiumionen-Batterie sowie zum Erhalt der Kapazität wie auch der Lebensdauer der Batterie dar.
-
In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Verminderung der Bildung metallischen Lithiums auf der Anode einer Lithiumionen-Batterie, wobei die Lithiumionen-Batterie zumindest die Anode und eine Kathode aufweist, wobei die Anode und die Kathode durch einen Separator voneinander getrennt sind, und wobei sich zwischen der Anode und der Kathode ein Elektrolyt befindet, zumindest aufweisend die Stufe (A):
- (A) Beschichten der Separator-seitigen Oberfläche der Anode mit Graphen. Der Begriff „Verminderung der Bildung metallischen Lithiums auf der Anode einer Lithiumionen-Batterie“ wird relativ zu einer Anode verstanden, die ansonsten bei gleicher Zusammensetzung und Herstellmethode kein Graphen aufweist.
-
Demzufolge betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Verminderung der Bildung metallischen Lithiums auf der Anode einer Lithiumionen-Batterie, wobei die Lithiumionen-Batterie zumindest die Anode und eine Kathode aufweist, wobei die Anode und die Kathode durch einen Separator voneinander getrennt sind, und wobei sich zwischen der Anode und der Kathode ein Elektrolyt befindet, zumindest aufweisend die Stufe (A):
- (A) Beschichten der Separator-seitigen Oberfläche der Anode mit Graphen;
relativ zu einer Anode einer Lithiumionen-Batterie, die ansonsten bei gleicher Zusammensetzung und Herstellmethode kein Graphen aufweist.
-
Der Begriff „Bildung metallischen Lithiums auf der Anode“ wird synonym zum Begriff „Ablagerung metallischen Lithiums auf der Anode“ verwendet.
-
Das auf der Anode abgelagerte metallische Lithium liegt typischerweise in Form eines oder mehrere Dendriten vor.
-
Der Begriff „Dendrif“ bezeichnet den in der Metallographie oder Kristallographie verwendeten Begriff für die Ausbildung baum- oder strauchartiger Kristallstrukturen.
-
Demzufolge schließt das Verfahren auch ein Verfahren zur Verminderung der Bildung metallischen Lithiums unter Dendritenbildung auf der Anode ein.
-
Der Begriff „Verminderung der Dendritenbildung“ wird synonym zu Begriffen wie „Erniedrigung der Dendritenbildung“ oder „Reduzierung der Dendritenbildung“ verwendet.
-
Das Verfahren schließt auch ein „Verfahren zur Verminderung des Elektrolytverbrauchs in einer Lithiumionen-Batterie“ oder ein „Verfahren zur Verminderung des Lithiumverlusts in einer Lithiumionen-Batterie“ oder ein „Verfahren zur Verminderung des Kapazitätsverlusts in einer Lithiumionen-Batterie“ ein.
-
Der Begriff „Anode“ bedeutet die Elektrode, die bei Anschluss der Batterie an einen Verbraucher, beispielsweise an einen Elektromotor, in der Lage ist, bei Betrieb der Batterie Elektronen abzugeben. Die Anode stellt dann die negative Elektrode dar.
-
Der Begriff „Kathode“ bedeutet die Elektrode, die bei Betrieb der Batterie in der Lage ist, Elektronen aufzunehmen. Sie stellt die positive Elektrode dar.
-
Die Begriffe „Lithiumionen-Batterie“, „wiederaufladbare Lithiumionen-Batterie“ und „Lithiumionen-Sekundärbatterie“ werden synonym verwendet. Die Begriffe schließen auch die Begriffe „Lithium-Batterie“, „Lithium-Ionen-Akkumulator“ und „Lithium-Ionen-Zelle“ ein. Somit wird der Begriff „Lithiumionen-Batterie“ als Sammelbegriff für die im Stand der Technik gebräuchlichen vorgenannten Begriffe verwendet. Er schließt damit wiederaufladbare Batterien (Sekundärbatterien) ein. Insbesondere umfasst eine „Batterie“ im Sinne der vorliegenden Erfindung auch eine einzelne oder eine einzige „elektrochemische Zelle“. Vorzugsweise sind in einer „Batterie“ zwei oder mehr solcher elektrochemischer Zellen zusammengeschaltet, entweder in Reihe (also hintereinander) oder parallel.
-
Der Begriff „Separator“ bezeichnet ein Material, das die positive Elektrode und die negative Elektrode voneinander trennt. Dieses Material ist für Lithiumionen durchlässig, leitet also Lithiumionen, ist aber für Elektronen ein Nichtleiter.
-
Der Begriff „Elektrolyt“ bezeichnet im weitesten Sinne einen Stoff, der Lithiumionen enthält, die sich bei Betrieb der Batterie im elektrischen Feld von der Kathode zur Anode bewegen.
-
Der Begriff „Graphen“ bedeutet eine Modifikation des Kohlenstoffs mit zweidimensionaler Struktur, in der jedes Kohlenstoffatom von drei weiteren Kohlenstoffatomen umgeben ist, so dass sich ein bienenwabenförmiges Muster ausbildet.
-
Der Begriff „Graphen“ umfasst auch den Begriff „Graphen-haltiges Material“.
-
Graphen kann - bedingt durch das Herstellverfahren, wie z.B. durch Reduktion von Graphitoxid - weitere Atome bzw. Gruppen enthalten, welche von Kohlenstoff verschieden sind. Graphen, wie es im Sinn der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann demzufolge auch Sauerstoff, beispielsweise in Form von Hydroxyl- oder Carboxylgruppen, sowie Stickstoff oder Schwefel, Alkalimetallkationen, oder Mischungen davon enthalten.
-
Graphen kann als Folie, vorzugsweise als Folie in Form von Flocken, oder als „Nanoröhre“ (Nanotube) vorliegen.
-
Geeignete Verfahren zur Herstellung von Graphen sind aus dem Stand der Technik bekannt.
-
Der Begriff „Separator-seitig“ bedeutet die Seite oder Fläche der Anode, die dem Separator zugewandt ist.
-
Der Begriff „Beschichten der Separator-seitigen Oberfläche der Anode mit Graphen“ bedeutet sowohl vollständiges wie auch teilweises Beschichten.
-
Ohne an eine Theorie gebunden zu sein wird angenommen, dass die auf der Anode befindliche Graphenschicht bessere Transporteigenschaften für Lithiumionen aufweist als die typischen Anodenmaterialien wie Graphit. Deshalb erfolgt der Transport von Lithiumionen von der Oberfläche in das Innere der Anode und dort die Reduktion zu metallischem Lithium schneller als die Abscheidung metallischen Lithiums auf der Anode. Dieser schnelle Transport vermindert die Gefahr der Bildung von Dendriten auf der Oberfläche der Anode sowie die Gefahr von Nebenreaktionen metallischen Lithiums mit dem Elektrolyt.
-
In einer Ausführungsform ist die Oberfläche der Anode im erfindungsgemäßen Verfahren der Verwendung so ausgestaltet, dass sie Hohlräume aufweist, wobei sich die Graphenschicht zumindest teilweise außerhalb der Hohlräume erstreckt.
-
Der Begriff „Hohlräume“ schließt regelmäßig geformte Hohlräume wie auch unregelmäßig geformte Hohlräume ein. Die Hohlräume können auf der Oberfläche der Anode regelmäßig wie auch unregelmäßig verteilt sein.
-
Unter dem Begriff „Hohlräume“ werden auch Mikrostrukturen verstanden.
-
Das Einbringen von Hohlräumen auf der Anodenoberfläche weist den Vorteil auf, dass diese Hohlräume als Reservoir für metallisches Lithium genutzt werden können. Dies hat den Vorteil, dass der irreversible Verlust an Lithium durch Passivierungsschritte beim Formatieren der Batterie beim ersten Laden der Batterie ausgeglichen werden kann. Dieses Reservoir kann demzufolge zum Erhöhen der Kapazität der Batterie nach dem Formatieren genutzt werden.
-
Demgemäß ist in einer Ausführungsform in den Hohlräumen metallisches Lithium oder eine Verbindung aufweisend metallisches Lithium eingebracht.
-
In einer weiteren Ausführungsform liegt das metallische Lithium als oberflächenbeschichtete Lithium-Nanopartikel vor.
-
In einer weiteren Ausführungsform ist das metallische Lithium mit Graphit stabilisiert.
-
In einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Lithiumionen-Batterie, zumindest aufweisend eine Anode und eine Kathode, wobei die Anode und die Kathode durch einen Separator voneinander getrennt sind, und wobei sich zwischen der Anode und der Kathode ein Elektrolyt befindet, wobei die Separator-seitige Oberfläche der Anode mit Graphen beschichtet ist, und wobei die Oberfläche der Anode so ausgestaltet ist, dass sie Hohlräume aufweist, wobei sich die Graphenschicht zumindest teilweise außerhalb der Hohlräume erstreckt.
-
In einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Lithiumionen-Batterie, welche zumindest eine Anode und eine Kathode aufweist, wobei die Anode und die Kathode durch einen Separator voneinander getrennt sind, und wobei sich zwischen der Anode und der Kathode ein Elektrolyt befindet, aufweisend zumindest die Stufen (A) und (B):
- (A) Beschichten der Separator-seitigen Oberfläche der Anode mit Graphen; und weiter aufweisend die Stufe (B) vor Stufe (A):
- (B) Bearbeiten besagter Separator-seitigen Oberfläche der Anode unter Ausbildung von Hohlräumen.
-
Das Bearbeiten der Stufe (B) kann vorzugsweise durch bekannte Verfahren wie Laserablation oder Sputtern erfolgen.
-
Die Batterie kann analog zu den im Stand der Technik verwendeten Verfahren hergestellt werden.
-
Die Elektroden weisen vorzugsweise anorganisches Material oder anorganische Verbindungen oder Substanzen auf, die für oder in oder auf einer Elektrode oder als Elektrode verwendet werden können. Vorzugsweise sind dies Verbindungen oder Substanzen, welche unter den Arbeitsbedingungen der Lithiumionen-Batterie auf Grund ihrer chemischen Beschaffenheit Lithiumionen leiten bzw. Lithiumionen oder metallisches Lithium aufnehmen (interkalieren) und auch wieder abgeben können. Im Stand der Technik wird ein derartiges Material auch als „Aktivmaterial“ der Elektrode bezeichnet. Dieses Material wird für die Anwendung in einer elektrochemischen Zelle bzw. Batterie vorzugsweise auf einen Träger aufgebracht, vorzugsweise auf einen metallischen Träger, vorzugsweise Aluminium oder Kupfer.
-
Der metallische Träger wird auch als „Ableiter“ oder auch als „Kollektor“ bezeichnet.
-
Als Aktivmaterial für die positive Elektrode (Kathode) können alle aus dem diesbezüglichen Stand der Technik bekannten Materialien eingesetzt werden. Es besteht also im Hinblick auf die positive Elektrode im Sinne der vorliegenden Erfindung keine Beschränkung.
-
In einer Ausführungsform können als Aktivmaterial für die positive Elektrode Lithiumphosphate eingesetzt werden, vorzugsweise der Summenformel LiXPO4 mit X = Mn, Fe, Co oder Ni, oder Kombinationen hiervon. Weitere geeignete Verbindungen sind Lithiummanganat, vorzugsweise LiMn2O4, Lithiumkobaltat, vorzugsweise LiCoO2, Lithiumnickelat, vorzugsweise LiNiO2, oder Mischungen aus zwei oder mehreren dieser Oxide, oder deren gemischte Oxide.
-
Zur Erhöhung der Leitfähigkeit können im Aktivmaterial weitere Verbindungen vorhanden sein, vorzugsweise Kohlenstoff-haltige Verbindungen, oder Kohlenstoff, vorzugsweise in Form von Leitruß oder Graphit. Der Kohlenstoff kann auch in Form von Kohlenstoff-Nanotubes eingebracht werden.
-
Das Aktivmaterial kann auch Mischungen aus zwei oder mehreren der genannten Substanzen enthalten.
-
Geeignete Materialien für die negative Elektrode (Anode) sind ausgewählt aus: Lithiummetall-Oxide wie Lithium-Titan-Oxid, kohlenstoffhaltige Materialien, vorzugsweise Graphit, synthetischer Graphit, Graphen, Ruß, Mesokohlenstoff, dotierter Kohlenstoff, oder Fullerene. Als Elektrodenmaterial für die negative Elektrode sind auch Niobpentoxid, Zinnlegierungen, Titandioxid, Zinndioxid oder Silizium bevorzugt.
-
Die für die positive oder für die negative Elektrode verwendeten Materialien wie beispielsweise die Aktivmaterialien, können durch ein oder mehrere Bindemittel, das oder welche diese Materialien auf der Elektrode bzw. auf dem Ableiter halten, zusammengehalten werden. Geeignete Bindemittel sind vorzugsweise Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), Polyvinylidenfluorid, Polyethylenoxid, Polyethylen, Polypropylen, Polytetrafluorethylen, Polyacrylat, Ethylen-(Propylen-Dien-Monomer)-Copolymer (EPDM) und Mischungen und Copolymere davon.
-
In einer Ausführungsform kann auf einen metallischen Träger das Elektrodenmaterial in Form einer Paste aufgebracht werden, vorzugsweise durch Kalandrieren oder Extrudieren. Nach Trocknung der aufgebrachten Paste liegt dann das Aktivmaterial in Form einer Beschichtung auf dem metallischen Träger vor.
-
Erfindungsgemäß kann Graphen oder ein Graphem-haltiges Material auf das Aktivmaterial der Anode aufgebracht. In einer Ausführungsform wird dieses Material in Pastenform auf den Träger aufgebracht. Eine Aufbringung von Material, welches Graphen aufweist oder welches aus Graphen besteht in Form einer Suspension oder Lösung ist gleichfalls möglich. In der Paste oder der Suspension kann das Graphen beispielsweise in Form von Flocken oder Röhren vorliegen. Nach Abdampfen flüchtiger Bestandteile verbleibt Material, welches Graphen aufweist oder welches aus Graphen besteht, auf der Anode.
-
Vor dem Aufbringen von Graphen kann die Oberfläche des sich auf der Anode befindlichen Aktivmaterials unter Bildung von Mikrostrukturen bearbeitet werden, wie oben beschrieben.
-
Der Begriff „Elektrolyt“ oder „Lithiumsalz-Elektrolyt“ bedeutet vorzugsweise eine Flüssigkeit und ein Leitsalz. Vorzugsweise ist die Flüssigkeit ein Lösungsmittel für das Leitsalz. Vorzugsweise liegt der Elektrolyt dann als Elektrolytlösung vor. Polymerelektrolyte sind allerdings auch möglich.
-
Geeignete Lösungsmittel sind vorzugsweise inert. Geeignete Lösungsmittel sind vorzugsweise Lösungsmittel wie Ethylencarbonat, Propylencarbonat, Butylencarbonat, Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat, Ethylmethylcarbonat, Methylpropylcarbonat, Butylmethylcarbonat, Ethylpropylcarbonat, Dipropylcarbonat, Cyclopentanone, Sulfolane, Dimethylsufoxid, 3-Methyl-1,3-oxazolidin-2-on, ү-Butyrolacton, 1,2-Diethoxymethan, Tetrahydrofuran, 2-Methyltetrahydrofuran, 1,3-Dioxolan, Methylacetat, Ethylacetat, Nitromethan, 1,3-Propansulton.
-
In einer Ausführungsform können als Lösungsmittel auch ionische Flüssigkeiten verwendet werden. Solche „ionischen Flüssigkeiten“ enthalten ausschließlich Ionen. Bevorzugte Kationen, die insbesondere alkyliert sein können, sind Imidazolium-, Pyridinium-, Pyrrolidinium-, Guanidinium-, Uronium-, Thiuronium-, Piperidinium-, Morpholinium-, Sulfonium-, Ammonium- und Phosphonium-Kationen. Beispiele für verwendbare Anionen sind Halogenid-, Tetrafluoroborat-, Trifluoracetat-, Triflat-, Hexafluorophosphat-, Phosphinat- und Tosylat-Anionen.
-
Als beispielhafte ionische Flüssigkeiten seien genannt: N-Methyl-N-propyl-piperidinium-bis(trifluormethylsulfonyl)imid, N-Methyl-N-butyl-pyrrolidinium-bis (trifluormethyl-sulfonyl)imid, N-Butyl-N-trimethyl-ammonium-bis(trifluormethylsulfonyl)imid, Triethylsulfonium-bis(trifluormethylsulfonyl)imid, N,N-Diethyl-N-methyl-N-(2-methoxyethyl)-ammonium-bis(trifluormethylsulfonyl)-imid.
-
Bevorzugt werden zwei oder mehrere der oben genannten Flüssigkeiten verwendet.
-
Bevorzugte Leitsalze sind Lithiumsalze, welche inerte Anionen aufweisen und welche vorzugsweise nicht-toxisch sind. Geeignete Lithiumsalze sind vorzugsweise Lithiumhexafluorophosphat, Lithiumhexafluoroarsenat, Lithiumbis(trifluoro-methylsulfonylimid), Lithiumtrifluoromethansulfonat, Lithiumtris(trifluoro-methylsulfonyl)-methid, Lithiumtetrafluoroborat, Lithiumperchlorat, Lithium-tetrachloraluminat, Lithiumbisoxalatoborat, Lithiumdifluoroxalatoborat und/oder Lithiumchlorid; und Mischungen aus einem oder mehreren dieser Salze.
-
In einer Ausführungsform kann auf das organische Lösungsmittel teilweise oder ganz verzichtet werden. Der Elektrolyt kann in dieser Ausführungsform dann als feste Masse vorliegen oder als Masse mit festkörperartiger Konsistenz.
-
In einer Ausführungsform liegt der Elektrolyt als Festkörperelektrolyt vor oder als Polymerelektrolyt vor.
-
Geeignete Separatoren sind aus dem Stand der Technik bekannt.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform werden als Separatoren Polymere eingesetzt. In einer Ausführungsform sind die Polymere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Polyester, vorzugsweise Polyethylenterephthalat oder Polybutylenterephthalat; Polyolefin, vorzugsweise Polyethylen, Polypropylen oder Polybutylen; Polyacrylnitril; Polycarbonat; Polysulfon; Polyethersulfon; Polyvinylidenfluorid; Polystyrol; Polyetherimid; Polyether; Polyetherketon.
-
Die Polymere können als Film, vorzugsweise in Form einer Membran, eingesetzt werden. Die Polymere weisen Poren auf, so dass sie für Lithiumionen durchlässig sind.
-
In einer weiteren Ausführungsform können die Polymere in Form von Fasern eingesetzt werden. Die Fasern können verwebt oder unverwebt sein.
-
Die Verwendung von Glasfasern oder von Cellulosefasern als Separator ist gleichfalls möglich.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Separator mindestens ein Polymer und mindestens ein keramisches Material auf, mit welchem das Polymer beschichtet ist.
-
Vorzugsweise ist der Separator mit dem Elektrolyten getränkt.
-
Bevorzugt ist auch eine Ausführungsform, in der der Separator zusammen mit dem Lithiumsalz-Elektrolyt einen Polymerelektrolyt bildet.
-
Nach vorzugsweise Tränken des Separators mit einem Elektrolyt kann durch Zusammenfügen der Elektroden und des Separators, wobei dieser die Elektroden voneinander trennt, sich dieser also zwischen den Elektroden befindet, die Batterie nach bekannten Verfahren hergestellt werden.
-
In einem vierten Aspekt betrifft die Erfindung eine Anode für eine Lithiumionen-Batterie, wobei die Anode und die Kathode durch einen Separator voneinander getrennt sind, und wobei sich zwischen der Anode und der Kathode ein Elektrolyt befindet, wobei die Separator-seitige Oberfläche der Anode mit Graphen beschichtet ist, und wobei die Oberfläche der Anode so ausgestaltet ist, dass sie Hohlräume aufweist, wobei sich die Graphenschicht zumindest teilweise außerhalb der Hohlräume erstreckt.
-
In einem fünften Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Anode für eine Lithiumionen-Batterie, welche zumindest eine Anode und eine Kathode aufweist, wobei die Anode und die Kathode durch einen Separator voneinander getrennt sind, und wobei sich zwischen der Anode und der Kathode ein Elektrolyt befindet, aufweisend zumindest die Stufen (A) und (B):
- (A) Beschichten der Separator-seitigen Oberfläche der Anode mit Graphen; und weiter aufweisend die Stufe (B) vor Stufe (A):
- (B) Bearbeiten besagter Separator-seitigen Oberfläche der Anode unter Ausbildung von Hohlräumen.
-
In bevorzugten Ausführungsformen der Lithiumionen-Batterie wie im zweiten Aspekt definiert, oder des Verfahrens zur Herstellung einer Lithiumionen-Batterie wie im dritten Aspekt definiert, oder der Anode wie im vierten Aspekt definiert, oder des Verfahrens zur Herstellung einer Anode wie im fünften Aspekt definiert, ist die Oberfläche der Anode so ausgestaltet, dass sie Hohlräume aufweist, wobei sich die Graphenschicht zumindest teilweise außerhalb der Hohlräume erstreckt.
-
In einer Ausführungsform ist in die Hohlräume metallisches Lithium oder eine Verbindung aufweisend metallisches Lithium eingebracht.
-
In einer weiteren Ausführungsform liegt das metallische Lithium als oberflächenbeschichtete Lithium-Nanopartikel vor.
-
In einer Ausführungsform ist das metallische Lithium mit Graphit stabilisiert.
-
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.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- US 2011/0111302 A1 [0003]
- DE 102012005348 [0004]
- DE 102012005426 [0005]