DE102016225925A1 - Batteriezelle und Batterie umfassend irreversibel Lithium freisetzendes Material - Google Patents

Batteriezelle und Batterie umfassend irreversibel Lithium freisetzendes Material Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle (2), insbesondere eine Lithiumionen-Batteriezelle oder eine Lithiummetall-Batteriezelle, welche mindestens eine positive Elektrode (22), umfassend einen Stromsammler (32) und mindestens ein positives Aktivmaterial (42), mindestens eine negative Elektrode (21), umfassend mindestens einen Stromsammler (31), und mindestens einen Elektrolyt (15) umfasst, wobei die Batteriezelle (2) ferner mindestens ein Lithiumadditiv (52) umfasst, welches durch Anlegen einer elektrischen Spannung Lithiumionen freisetzt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle und eine Batterie, insbesondere eine Lithiumionen-Batterie/Batteriezelle oder eine Lithiummetall-Batterie/Batteriezelle, welche in der Lage ist, ein während des Be- oder Entladevorgangs der Batteriezelle auftretendes, durch Reaktion des Lithiums bzw. der Lithiumionen aus dem Aktivmaterial mit dem Elektrolyt bzw. darin enthaltender Hilfsstoffe bewirktes Absinken der zur Energiespeicherung zur Verfügung stehenden Menge an Lithiumionen zu kompensieren. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung einer solchen Batteriezelle und/oder Batterie.
  • Stand der Technik
  • Die Speicherung elektrischer Energie hat in den vergangenen Jahrzehnten eine immer größere Bedeutung erlangt. Elektrische Energie ist mittels Batterien speicherbar. Batterien wandeln chemische Reaktionsenergie in elektrische Energie um. Hierbei werden Primärbatterien und Sekundärbatterien unterschieden. Primärbatterien sind nur einmal funktionsfähig, während Sekundärbatterien, die auch als Akkumulator bezeichnet werden, wieder aufladbar sind. Eine Batterie (auch Batteriemodul genannt) umfasst dabei eine oder mehrere Batteriezellen (elektrochemische Zellen).
  • In einem Akkumulator finden häufig Lithium enthaltende Elektroden, umfassend Lithiumionen (sogenannte Lithiumionen-Batterie) oder auch metallisches Lithium (sogenannte Lithiummetall-Batterie) Verwendung. Diese zeichnen sich unter anderem durch hohe spezifische Energie, gute thermische Stabilität und eine äußerst geringe Selbstentladung aus.
  • Lithium enthaltende Batteriezellen weisen eine positive Elektrode und eine negative Elektrode auf. Die positive sowie die negative Elektrode umfassen üblicherweise je einen Stromsammler, auf dem ein positives bzw. negatives Aktivmaterial aufgebracht ist. Das positive und negative Aktivmaterial ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass es zur reversiblen Einlagerung und Abgabe von Lithiumionen fähig ist.
  • Bei dem Aktivmaterial für die negative Elektrode einer solchen Batteriezelle handelt es sich in der Regel um amorphes Silizium, welches Legierungs- und Interkalationsverbindungen mit Lithium-Atomen bilden kann. Aber auch Kohlenstoffverbindungen, wie z.B. Graphit, oder metallisches Lithium sind als Aktivmaterial für negative Elektroden verbreitet. Als Aktivmaterial für die positive Elektrode wird neben weiteren Materialien in der Regel ein Lithium-haltiges Metalloxid oder ein Lithium-haltiges Metallphosphat verwendet.
  • Darüber hinaus umfassen die Batteriezellen einen Elektrolyt, welcher den Transport von Ladungsträgern zwischen den Elektroden ermöglicht. Der Elektrolyt umfasst dabei häufig ein aprotisches organisches Lösungsmittel, in dem Leitsalze gelöst sind. Alternativ können leitfähige Feststoffe, insbesondere Polymerzusammensetzungen, welche ebenfalls Leitsalze umfassen, als Festelektrolyte eingesetzt werden. Häufig ist zusätzlich ein Separator Bestandteil einer Batteriezelle, welcher zwischen den Elektroden angeordnet ist und dazu dient den Kontakt zwischen den Elektroden zu unterbinden.
  • Beim Betrieb der Batteriezelle, also bei einem Entladungsvorgang, fließen Elektronen in einem äußeren Stromkreis von der negativen Elektrode zur positiven Elektrode. Innerhalb der Batteriezelle wandern Lithiumionen beim Entladungsvorgang von der negativen Elektrode zur positiven Elektrode. Beim Beladungsvorgang der Batteriezelle wandern die Lithiumionen von der positiven Elektrode zu der negativen Elektrode.
  • Insbesondere in den ersten Be- und Entladungszyklen einer Batteriezelle bilden sich auf den Oberflächen der Elektroden sogenannte Solid Electrolyte Interphases (SEI) aus. Diese bilden sich aus Reaktionen der Aktivmaterialien, insbesondere der darin enthaltenen Lithiumionen bzw. -atome, mit den Bestandteilen des Elektrolyten, z.B. den häufig als Lösungsmittel verwendeten Carbonaten. Um besonders vorteilhafte Eigenschaften der SEI zu erhalten, werden dem Elektrolyten häufig zusätzliche Hilfsstoffe wie Sultone zugegeben, welche an der Oberfläche der Elektroden zu polymeren Strukturen umgesetzt und in die SEI eingebaut werden. Bei diesen Reaktionen kommt es zu einem Verlust an Lithiumionen aus dem Aktivmaterial, die im weiteren Betrieb der Batteriezelle nicht mehr für die Energiespeicherung zur Verfügung stehen. Dies ist aus mehreren Gründen unerwünscht. Zum einen geht so teures Aktivmaterial verloren. Außerdem wird zusätzlicher Raum in der Zelle für das Material benötigt obwohl dieser später nicht zur Energiespeicherung zur Verfügung steht.
  • US 2015/0050561 A1 schlägt eine Batteriezelle mit hohem Entladungspotential vor, welche zusätzlich ein Lithiumadditiv umfasst. Das Lithiumadditiv umfasst metallisches Lithium oder Lithiumorganyle, Opferkathodenaktivmaterialien oder überlithiierte Kathodenaktivmaterialien. Als Anodenaktivmaterialien werden herkömmliche Silizium oder Kohlenstoff enthaltende Materialien sowie Legierungsbildende Materialien vorgeschlagen. Nachteilig an dieser Lösung ist, dass insbesondere metallisches Lithium bei der Montage der Batteriezellen besonders hohe Anforderungen an die Fertigungstechnik stellt (wasser- und sauerstofffreie Umgebung). In Hinblick auf die Kapazität der Batteriezelle ist eine Lithiummetall-Elektrode als negative Elektrode jedoch durchaus wünschenswert, da so auf unnötiges Aktivmaterial und den damit verbundenen Gewicht- und Platzbedarf verzichtet werden kann. Da ein Großteil des Lithiums (rund 50 Atom-%) einer herkömmlichen Lithiummetall-Elektrode nicht zyklisiert wird (d.h. nicht am Energiespeicherprozess teilnimmt und als passiver Bestandteil das Volumen und Gewicht der Batteriezelle unnötig erhöht, kann die metallische Lithiumschicht an der negativen Elektrode theoretisch sehr dünn gehalten werden. Praktisch ergeben sich daraus jedoch Probleme, da die Handhabung dünner Lithiumfolien den Zusammenbau der Batteriezellen schwierig macht und kostenintensive Prozesse erfordert. Auch die mechanische Instabilität und die Defektanfälligkeit bei inhomogener Stromdichteverteilung ist ein Problem dünner Lithiumfolien.
  • Die zuvor genannten Probleme werden mit der nachfolgend beschriebenen Erfindung gelöst.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle, insbesondere eine Lithiumionen-Batteriezelle oder eine Lithiummetall-Batteriezelle, welche mindestens eine positive Elektrode, umfassend einen Stromsammler und mindestens ein positives Aktivmaterial, mindestens eine negative Elektrode, umfassend mindestens einen Stromsammler, und mindestens einen Elektrolyt umfasst, wobei die Batteriezelle ferner mindestens ein Lithiumionen enthaltendes Additiv (nachfolgend als Lithiumadditiv bezeichnet) umfasst, welches durch Anlegen einer elektrischen Spannung Lithiumionen freisetzt.
  • Die mindestens eine positive Elektrode umfasst mindestens einen Stromsammler. Der Stromsammler ist elektrisch leitfähig und ist vorzugsweise aus einem Metall, beispielsweise Aluminium, Kupfer, Nickel oder Legierungen dieser Metalle, gefertigt. In einer Ausführungsform ist der Stromsammler beispielsweise flächig ausgestaltet. Der Stromsammler ist elektrisch leitend mit einem Terminal verbunden, über welches der elektrische Strom abgegriffen werden kann. Auf mindestens einer Oberfläche des Stromsammlers ist eine Schicht aus einer positiven Aktivmaterialzusammensetzung aufgebracht. Diese umfasst mindestens ein positives Aktivmaterial, vorzugsweise umfassend ein Lithium-haltiges Metalloxid, ein Lithium-haltiges Metallsulfit oder ein Lithium-haltiges Metallphosphat, sowie ggf. ein Bindemittel und/oder einen Leitzusatz.
  • In einer Ausführungsform kann das positive Aktivmaterial ein zusammengesetztes Oxid umfassen, welches mindestens ein Metall, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kobalt, Magnesium, Nickel, sowie Lithium, enthält.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält beispielsweise ein Kathodenaktivmaterial, umfassend eine Verbindung der Formel LiMO2, wobei M ausgewählt ist aus Co, Ni, Mn oder Gemischen von diesen sowie Gemischen von diesen mit Al. Insbesondere ist LiCoO2 zu nennen. In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Kathodenaktivmaterial um ein Material, welches Nickel umfasst, d.h. LiNi1-xM‘xO2, wobei M‘ ausgewählt ist aus einem oder mehreren der Elemente Co, Mn und Al und 0 ≤ x < 1 ist. Beispiele umfassen Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminium-Oxid-Kathoden (z.B. LiNi0,8Co0,15Al0,05O2; NCA) und Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid-Kathoden (z.B. LiNi0,8Mn0,1Co0,1O2 (NMC (811)), LiNi0,33Mn0,33Co0,33O2 (NMC (111)), LiNi0,6Mn0,2Co0,2O2 (NMC (622)), LiNi0,5Mn0,3Co0,2O2 (NMC (532)) oder LiNi0,4Mn0,3Co0,3O2 (NMC (433)). Ferner sind als bevorzugte positive Aktivmaterialien überlithiierte Oxide zu nennen, welche dem Fachmann bekannt sind. Beispiele hierfür sind Schichtoxide der allgemeinen Formel n(Li2MnO3) : 1-n(LiMO2) mit M = Co, Ni, Mn, Cr und 0 ≤ n ≤ 1 und Spinelle der allgemeinen Formel n(Li2MnO3) : 1-n(LiM2O4) mit M=Co, Ni, Mn, Cr und 0 ≤ n ≤ 1. Ferner sind insbesondere Spinellverbindungen der Formel LiMxMn2-xO4 mit M = Ni, Co, Cu, Cr, Fe (z.B. LiMn2O4, LiNi0.5Mn1.5O4), Olivinverbindungen der Formel LiMPO4 mit M = Mn, Ni, Co, Cu, Cr, Fe (z.B. LiFePO4, LiMnPO4), Silikatverbindungen der Formel Li2MSiO4 mit M = Ni, Co, Cu, Cr, Fe, Mn (z.B. Li2FeSiO4), Tavoritverbindungen (z.B. LiVPO4F), Li2MnO3, Li1.17Ni0.17Co0.1Mn0.56O2 und Li3V2(PO4)3 als geeignete positive Aktivmaterialien hervorzuheben.
  • Als geeignete Bindemittel können beispielsweise Styrol-Butadien-Copolymer (SBR), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polytetrafluorethen (PTFE), Polyethylenoxid (PEO), Carboxymethylcellulose (CMC), Polyacrylsäure (PAA), Polyvinylalkohol (PVA) und Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer (EPDM) genannt werden.
  • Als Leitzusätze können beispielsweise Graphit oder Leitruß dienen, welche die elektrische Leitfähigkeit erhöhen. Darüber hinaus können zur Erhöhung der lonenleitfähigkeit Lithiumsalze zugegeben werden.
  • Die mindestens eine negative Elektrode umfasst mindestens einen Stromsammler. Der Stromsammler ist elektrisch leitfähig und ist vorzugsweise aus einem Metall, beispielsweise Aluminium, Kupfer, Nickel oder Legierungen dieser Metalle, gefertigt. Der Stromsammler ist elektrisch leitend mit einem Terminal verbunden ist, über welches der elektrische Strom abgegriffen werden kann. Der Stromsammler weist mindestens eine Oberfläche auf. Beispielsweise kann Stromsammler flächig ausgestaltet sein. Insbesondere im Falle einer Lithiummetall-Elektrode ist eine flächige Ausgestaltung nicht zwingend notwendig, solange ein ausreichender elektrischer Kontakt zwischen dem metallischen Lithium und dem Stromsammler gewährleistet ist. Insbesondere eignet sich ein Kupferblech oder eine Kupferfolie zur Herstellung des Stromsammlers der negativen Elektrode. Um das Gewicht des Stromsammlers weiter zu reduzieren, kann dem elektrisch leitfähigen Material zusätzlich Kohlenstoff in Form von Kohlenstofffasern, Kohlenstoffnanoröhrchen oder Graphen zugefügt werden. Der Stromsammler kann bis zu 50 Gew.-% Kohlenstoff umfassen. Vorzugsweise liegt der Kohlenstoffanteil in einem Bereich von 0 bis 25 Gew.-%, insbesondere 1 bis 15 Gew.-%.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der Batteriezelle um eine Lithiummetall-Batteriezelle. Dies bedeutet, dass an der negativen Elektrode der Batteriezelle wenigstens zeitweise während des Be- und Entladevorgangs der Batteriezelle Lithium in elementarer, metallischer Form vorliegt. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dieses Lithium jedoch nicht in metallischer Form beim Zusammenbau der Batteriezelle in diese Eingebracht. Stattdessen werden Lithiumionen in Form weniger empfindlicher Lithium enthaltender Verbindungen als Additive in die Zelle eingebracht. Diese Additive sind in der Lage Lithiumionen durch das Anlegen einer elektrischen Spannung freizusetzen und bilden dabei als Nebenprodukt stabile Verbindungen, welche den weiteren Betrieb der Batteriezelle nicht negativ beeinflussen. Die so freigesetzten Lithiumionen werden in den ersten Be- und Entladungszyklen der Batteriezelle unter anderem an der Oberfläche des Stromsammlers der negativen Elektrode in Form einer dünnen elementaren, metallischen Lithiumschicht abgeschieden. Diese Schicht ist ausreichend, um die Energiespeicherung in der Batteriezelle zu gewährleisten. Darüber hinaus ist die Lithiummetallschicht optimal angepasst an mögliche Inhomogenität der Stromdichteverteilung in dem Stromsammler der negativen Elektrode.
  • Darüber hinaus dient das Lithium enthaltende Material dazu die möglichen Verluste an verfügbaren Lithiumionen in der Batteriezelle, welche insbesondere während der ersten Be- und Entladezyklen durch die Reaktion der Elektrodenaktivmaterialien mit dem Elektrolyten und ggf. darin enthaltenen Hilfsstoffen zu kompensieren. So kann auf den Oberflächen der Aktivmaterialien der Elektroden, insbesondere der positiven Elektrode, eine schützende Schicht in Form einer Solid Electrolyte Interphase aufgebaut werden. Nach einigen Be- und Entladezyklen hat sich so ein Gleichgewicht eingestellt und der weitere Verlust an Lithiumionen fällt nur noch gering aus.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Lithiumadditiv ein Material, welches die Lithiumionen irreversibel freisetzt, d.h. dass dieses Additiv nach der Freisetzung von Lithiumionen eine unter den Betriebsbedingungen der Batteriezelle stabiles Material bildet, welches auch bei Umkehr der Flussrichtung des elektrischen Stroms (d.h. beim Wechsel von Be- zu Entladezyklus und umgekehrt) im Wesentlichen keine Lithiumionen aufnimmt. Im Wesentlichen bedeutet in diesem Zusammenhang, dass weniger als 5 Atom-%, insbesondere weniger als 3 Atom-%, besonders bevorzugt weniger als 1 Atom-% der freigesetzt Lithiumionen wieder von dem Lithiumadditiv aufgenommen werden.
  • Geeignete Materialien sind Lithium enthaltende Oxide, Fluoride, Oxyfluoride, Carbide, Boride, Metallsulfide, Metallphosphate und Fluorophosphate, die Lithium in einem elektrochemischen Entladeprozess irreversibel abgeben. Insbesondere zu nennen sind Li4Mn2O5, Li2MnO3, Li2NbO3, Li2WO4, Li3V2O5, Li7Ti5O12, Li2VxCr1-xO2F (0<x<0.8), Li2VO2F, Li3VO4 und Li3V2(PO4)2, sowie Gemische davon. Bevorzugt sind insbesondere Li4Mn2O5, Li2NbO3, Li2WO4, Li3V2O5, Li7Ti5O12, Li2VxCr1-xO2F (0<x<0.8), Li2VO2F, Li3VO4 und Li3V2(PO4)2, sowie Gemische davon.
  • Obwohl die negative Elektrode vorzugsweise nur einen Stromsammler sowie ggf. Lithiummetall umfasst, kann die negative Elektrode der Batteriezelle in einer alternativen Ausführungsform ein negatives Aktivmaterial umfassen, welches auf mindestens einem Teil einer Oberfläche des Stromsammlers der negativen Elektrode aufgebracht ist. Das negative Aktivmaterial ist ausgewählt aus Silizium enthaltenden Aktivmaterialien, Kohlenstoff enthaltenden Aktivmaterialien und Legierungen bildenden Aktivmaterialien. Zu nennen sind insbesondere synthetische und natürliche Graphite, Silizium und Siliziumoxide, Silizium-Graphit-Komposite, Siliziumlegierungen, Zinnlegierungen und Kupfer-Antimon-Legierungen. Sofern die negative Elektrode ein negatives Aktivmaterial umfasst, ist das Lithiumadditiv ausgewählt aus Li4Mn2O5, Li2NbO3, Li2WO4, Li3V2O5, Li7Ti5O12, Li2VxCr1-xO2F (0<x<0.8), Li2VO2F, Li3VO4 und Li3V2(PO4)2, sowie Gemische davon.
  • Sofern ein negatives Aktivmaterial verwendet wird, kann dieses zusätzlich Bindemittel und/oder Leitzusätze umfassen, um die Eigenschaften, insbesondere die mechanische Stabilität und die elektrische Leitfähigkeit zu verbessern. Als geeignete Bindemittel können beispielsweise Styrol-Butadien-Copolymer (SBR), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polytetrafluorethen (PTFE), Polyethylenoxid (PEO), Carboxymethylcellulose (CMC), Polyacrylsäure (PAA), Polyvinylalkohol (PVA) und Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer (EPDM) genannt werden. Als Leitzusätze können beispielsweise Graphit oder Leitruß dienen, welche die elektrische Leitfähigkeit erhöhen. Darüber hinaus können zur Erhöhung der lonenleitfähigkeit Lithiumsalze zugegeben werden.
  • Der mindestens eine Elektrolyt kann sowohl aus einem Flüssigelektrolyt als auch aus einem Festkörperelektrolyt oder einer Kombination aus einem Flüssigelektrolyt und einem Festkörperelektrolyt ausgewählt sein.
  • Ein Flüssigelektrolyt im Sinne dieser Erfindung ist eine Lösung eines Leitsalzes in einem geeigneten Lösungsmittel. Als geeignete Lösungsmittel sind insbesondere aprotische, organische Lösungsmittel wie Acetonitril, Tetrahydrofuran, Diethylcarbonat oder γ-Butyrolacton sowie cyclische und acyclische Carbonate sowie Gemische davon zu nennen. Ferner umfasst der Flüssigelektrolyt mindestens ein Leitsalz. Geeignet sind insbesondere Lithiumsalze.
  • Darüber hinaus kann der Elektrolyt Additive umfassen, die der Verbesserung der Eigenschaften der Solid Electrolyte Interphase dienen. Als Beispiele zu nennen sind zyklische Sulfonate wie 1,3-Propansulton.
  • Schließlich sind Festkörperelektrolyte, insbesondere Polymerelektrolyte und keramische Elektrolyte zu nennen. Insbesondere hervorzuheben sind Polymerelektrolyte auf Basis von Polyalkylenoxiden, insbesondere Polyethylenoxid, in dem ein Leitsalz eingearbeitete ist. Ebenfalls sind keramische Elektrolyte, wie z.B. oxidische lonenleiter (LATP (Li1-xAlxTi2-x(PO4)3), LLTO (Li3xLa2/3-xTiO3), LLZO (Li7La3Zr2O12) oder Sulfidische lonenleiter (β-Li3PS4, Li6PS5Cl, LGPS (Li10GeP2S12)) zu nennen.
  • Die Batteriezelle kann ferner einen Separator umfassen, welcher dazu dient einen elektrischen Kontakt zwischen den Elektroden zu unterbinden. Der Separator ist daher zwischen der mindestens einen negativen Elektrode und der mindestens einen positiven Elektrode angeordnet und trennt diese so voneinander. Der Separator ist vorzugsweise flächig ausgestaltet und weist vorzugsweise eine Größe auf, welche es ermöglicht, die gesamte Oberfläche der positiven bzw. negativen Elektrode zu bedecken. Der Separator ist aus einem Material gefertigt, welches einen Durchtritt von Ladungsträgern, die in dem Elektrolyt gelöst sind, ermöglicht. Somit weist der Separator eine ausreichend hohe lonenleitfähigkeit auf. Vorzugsweise ist der Separator porös. Sofern ein Festkörperelektrolyt verwendet wird und dieser derart zwischen den Elektroden angeordnet ist, dass ein elektrischer Kontakt der Elektroden effektiv unterbunden wird, ist der Einsatz eines Separators nicht erforderlich. Der Separator kann allerdings auch in diesem Fall eingesetzt werden, sofern die Verwendung zweckdienlich erscheint.
  • Geeignete Materialien, aus denen der Separator gefertigt sein kann, umfassen insbesondere Polymere, wie Cellulose, Polyolefine, Polyester und fluorierte Polymere. Besonders bevorzugte Polymere sind Cellulose, Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyethylenterephthalat (PET), Polytetrafluorethen (PTFE) und Polyvinylidenfluorid (PVdF). Ferner kann der Separator keramische Materialen umfassen oder aus diesen bestehen, sofern ein weitgehender (Lithium-)lonen-Transfer gewährleistet ist. Als Materialien sind insbesondere Keramiken, welche MgO oder Al2O3 umfassen, zu nennen. Der Separator kann aus einer Schicht aus einem oder mehreren der zuvor genannten Materialien bestehen oder auch aus mehreren Schichten, in denen jeweils eines oder mehrere der genannten Materialein miteinander kombiniert sind.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Batteriezelle zusätzlich mindestens ein Lithiumionen enthaltendes Additiv, auch Lithiumadditiv bezeichnet. Vorzugsweise befindet sich dieses Lithiumadditiv an einer Position in der Batteriezelle, welche einen elektrisch leitenden Kontakt des Lithiumadditivs mit dem Aktivmaterial der positiven Elektrode erlaubt. In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Lithiumadditiv in die Aktivmaterialzusammensetzung mindestens der positiven Elektrode eingearbeitet. Hierzu kann beispielsweise eine Zusammensetzung aus positivem Aktivmaterial, Lithiumadditiv, sowie ggf. Bindemittel und/oder Leitzusatz gebildet werden, welche anschließend ggf. unter Zusatz eines Lösungsmittels auf mindestens einer Oberfläche eines Stromsammlers aufgebracht und - sofern notwendig - getrocknet und verdichtet wird. Alternativ kann das Lithiumadditiv auch als Beschichtung auf die Oberfläche des partikelförmigen Aktivmaterials aufgebracht sein.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist das Lithiumadditiv flächig ausgestaltet, d.h. in Form einer Lithiumadditivschicht, insbesondere in Form einer Lithiumadditivfolie. Die flächig ausgestaltete Lithiumadditivschicht kann so an beliebiger Stelle in die Batteriezelle eingelegt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Lithiumadditivschicht in unmittelbarer Nähe zu der positiven Elektrode angeordnet. Beispielsweise kann die Lithiumadditivschicht auf der Oberfläche der positiven Elektrode angeordnet sein, sofern hierdurch der Kontakt zu dem Elektrolyt nicht behindert wird. In diesem Fall ist die Lithiumadditivschicht vorzugsweise porös ausgestaltet, um einen Kontakt zwischen Elektrolyt und Aktivmaterial zu ermöglichen.
  • Alternativ kann die Lithiumadditivschicht auch auf der Oberfläche des Stromsammlers angeordnet sein, sofern hierdurch der Stromfluss zwischen beiden nicht behindert wird. Diese Ausführungsform kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass der flächig ausgestaltete Stromsammler auf einer Oberfläche mit einer Lithiumadditivschicht versehen ist und auf der anderen Oberfläche mit dem positiven Aktivmaterial bzw. der positiven Aktivmaterialzusammensetzung. Alternativ ist es auch möglich, die Lithiumadditivschicht auf der Oberfläche des Stromsammlers aufzubringen und anschließend darauf das jeweilige Aktivmaterial bzw. die Aktivmaterialzusammensetzung, z.B. in Form einer Aktivmaterialschicht bzw. Aktivmaterialzusammensetzungsschicht, aufzubringen. In diesem Fall muss das Lithiumadditiv eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweise, um den Transport der elektrischen Ladung zwischen dem Aktivmaterial und dem Stromsammler zu gewährleisten.
  • Die Menge an Lithiumadditiv in der Batteriezelle wird vorzugsweise so gewählt, dass mindestens 1 Atom-% der Lithiumionen in der Batteriezelle in Form des Lithiumadditivs in diese eingebracht werden. Vorzugsweise beträgt der Anteil an Lithiumionen in der Batteriezelle, welche aus dem Lithiumadditiv stammen 2 bis 10 Atom-%, insbesondere 3 bis 6 Atom-%. Dies gewährleistet, dass ausreichend Lithiumionen in Form einer kostengünstigen Lithiumquelle zur Verfügung stehen, ohne dass diese Verbindung, welche nicht in großem Umfang an dem Energiespeicherprozess teilnimmt, einen ungebührlich hohen Raum in der Zelle in Anspruch nimmt.
  • Das elektrische Potential, welches zur Freisetzung der Lithiumionen aus dem Lithiumadditiv benötigt wird ist vorzugsweise geringer oder gleich dem elektrischen Potential des Aktivmaterials der positiven Elektrode. Dabei ist es unschädlich, wenn ein Teil der Lithiumionen aus dem Lithiumadditiv nicht freigesetzt werden. Vorzugsweise liegt dieser Teil in einem Bereich von weniger als 50 Atom-% der theoretisch freisetzbaren Lithiumionen, insbesondere in einem Bereich von weniger als 30 Atom-% der theoretisch freisetzbaren Lithiumionen.
  • Es wird auch eine Batterie vorgeschlagen, welche mindestens eine erfindungsgemäße Batteriezelle umfasst.
  • Gegenstand der Erfindung ist ferner die Verwendung der erfindungsgemäßen Batteriezelle und/oder der erfindungsgemäßen Batterie in einem Elektrofahrzeug (EV), in einem Hybridfahrzeug (HEV), in einem Plug-In-Hybridfahrzeug (PHEV), in einem Werkzeug oder in einem Consumer-Elektronik-Produkt.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, das Gewicht und Volumen von Batteriezellen zu reduzieren und gleichzeitig die Sicherheit des Herstellungsprozesses zu erhöhen und die Kosten der Batteriezellenherstellung zu reduzieren. Der Einsatz kostengünstiger Lithiumadditive, welche dazu dienen in situ während der ersten Be- und Entladezyklen der Batteriezelle eine Lithiummetall-Anode zu erzeugen und gleichzeitig den Verlust von Lithiumionen aus dem Ladungskreislauf auszugleichen und so die kostenintensiven Aktivmaterialien zu schonen, ermöglicht in einfacher Weise die genannten Vorteile. Zusätzlich wird der erforderliche verfahrenstechnische Aufwand bei der Batteriezellenmontage reduziert, da das hochempfindliche metallische Lithium erst innerhalb der verschlossenen Batteriezelle erzeugt wird. Darüber hinaus wird durch das Fehlen des metallischen Lithiums bei der Zellfertigung eine bekannte potentielle Fehlerquelle für das Versagen von Batterien mit Lithiummetall-Anode eliminiert.
  • Figurenliste
  • Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Batteriezelle vor dem ersten Beladungsvorgang;
    • 2 eine schematische Darstellung der Batteriezelle gemäß 1 nach der Durchführung einiger Be- und Entladezyklen; und
    • 3 eine schematische Darstellung alternative Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Batteriezelle vor dem ersten Beladungsvorgang.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • In 1 ist eine Batteriezelle 2 vor dem ersten Beladungsvorgang, d.h. unmittelbar nach der Montage der Batteriezelle 2 schematisch dargestellt. Die Batteriezelle 2 umfasst ein Zellengehäuse 3. Das Zellengehäuse 3 kann elektrisch leitend, beispielsweise aus Aluminium, oder aber auch aus einem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise Kunststoff, gefertigt sein.
  • Die Batteriezelle 2 umfasst ein negatives Terminal 11 und ein positives Terminal 12. Über die Terminals 11, 12 kann eine von der Batteriezelle 2 zur Verfügung gestellte Spannung abgegriffen werden. Ferner kann die Batteriezelle 2 über die Terminals 11, 12 auch geladen werden. Die Terminals 11, 12 sind beabstandet voneinander an einer Deckfläche des Zellengehäuses 3 angeordnet.
  • Innerhalb des Zellengehäuses 3 der Batteriezelle 2 ist ein Elektrodenwickel oder Stack angeordnet, welcher zwei Elektroden, nämlich eine negativen Elektrode 21 und eine positive Elektrode 22, aufweist. Die negative Elektrode 21 und die positive Elektrode 22 sind jeweils folienartig ausgeführt und unter Zwischenlage eines Separators 18 zu dem Elektrodenwickel gewickelt. Anstelle des Separators 18 kann auch eine Schicht eines Festelektrolyten eingesetzt werden. Es ist auch denkbar, dass mehrere Elektrodenwickel in dem Zellengehäuse 3 vorgesehen sind. Anstelle des Elektrodenwickels kann auch beispielsweise ein Elektrodenstapel vorgesehen sein.
  • Die negative Elektrode 21 umfasst einen Stromsammler 31, welcher vorliegend folienartig ausgebildet ist, wobei eine solche Ausgestaltung nicht zwingend notwendig ist, da der elektrische Kontakt zum Stromsammler 31 der negativen Elektrode 21 über das metallische Lithium auf über weitere Entfernungen in der Regel gewährleistet ist. Der Stromsammler 31 der negativen Elektrode 21 ist elektrisch leitfähig ausgeführt und aus einem Metall gefertigt, beispielsweise aus Kupfer. Der Stromsammler 31 der negativen Elektrode 21 ist elektrisch mit dem negativen Terminal 11 der Batteriezelle 2 verbunden.
  • Bei der positiven Elektrode 22 handelt es sich vorliegend beispielsweise um eine NCM-(Nickel-Cobalt-Mangan)-Elektrode. Die positive Elektrode 22 umfasst eine positive Aktivmaterialzusammensetzung, welche ein partikelförmiges positives Aktivmaterial 42 sowie ein partikelförmiges Lithiumadditiv 52, beispielsweise Li7Ti5O12, umfasst. Zwischen den Partikeln des positiven Aktivmaterials 42 und des Lithiumadditivs 52 sind Zusatzstoffe, insbesondere Leitruß und Binder, angeordnet. Das positive Aktivmaterial 42, das Lithiumadditiv 52 und die Zusatzstoffe bilden dabei die positive Aktivmaterialzusammensetzung, einen Verbund, welcher folienartig ausgeführt ist.
  • Die positive Elektrode 22 umfasst ferner einen Stromsammler 32, welcher ebenfalls folienartig ausgebildet ist. Die positive Aktivmaterialzusammensetzung und der Stromsammler 32 der positiven Elektrode 22 sind flächig aneinander gelegt und miteinander verbunden. Der Stromsammler 32 der positiven Elektrode 22 ist elektrisch leitfähig ausgeführt und aus einem Metall gefertigt, beispielsweise aus Aluminium. Der Stromsammler 32 der positiven Elektrode 22 ist elektrisch mit dem positiven Terminal 12 der Batteriezelle 2 verbunden.
  • Die negative Elektrode 21 und die positive Elektrode 22 sind durch den Separator 18 voneinander getrennt. Der Separator 18 ist ebenfalls folienartig ausgebildet. Der Separator 18 ist elektronisch isolierend ausgebildet, aber ionisch leitfähig, also für Lithiumionen durchlässig. Bei der Verwendung eines Festkörperlelektrolyten ist dieser Separator 18 gegebenenfalls nicht nötig.
  • Das Zellengehäuse 3 der Batteriezelle 2 ist mit einem Elektrolyt 15 gefüllt. Dieser kann ein Flüssigelektrolyt oder ein Polymerelektrolyt sein. Der Elektrolyt 15 umgibt dabei die negative Elektrode 21, die positive Elektrode 22 und den Separator 18.
  • 2 zeigt schematisch eine Batteriezelle 2 gemäß 1 nach der Durchführung einiger Be- und Entladezyklen, vorliegend im Beladenen zustand. Es ist zu erkennen, dass sich auf der Oberfläche des Stromsammlers 31 an der negativen Elektrode 21 eine dünne Lithiummetallschicht 41 abgeschieden hat.
  • Diese wurde durch die Reduktion von Lithiumionen während des Beladungsvorgangs erzeugt. Gleichzeitig wird auf der Oberfläche der positiven Elektrode 22 eine schützende Solid Electrolyte Interphase 72 gebildet. Hierdurch werden dem Gleichgewicht der Batteriezelle 2 Lithiumionen entzogen, welche durch das Lithiumadditiv 52 bereitgestellt wurden. Dieses hat durch das während der Be- und Entladezyklen angelegte elektrische Potential Lithiumionen freigesetzt. Vorliegend ist dabei Li7Ti5O12 beispielsweise zu Li4Ti5O12 oxidiert worden, welches als Nebenprodukt 62 nun weiterhin in der positiven Elektrode vorliegt.
  • 3 zeigt alternative Ausführungsformen einer Batteriezelle 2 gemäß der Erfindung vor dem ersten Beladungsvorgang. Dabei ist das Lithiumadditiv 52 flächig, vorliegend folienartig ausgeführt und auf einem Teil der Oberfläche der positiven Elektroden 22 oder des Stromsammlers 32. Die einzelnen Ausführungsformen können allein oder in Kombination miteinander verwendet und so aufeinander abgestimmt werden, dass ein optimales Ergebnis erzielt wird.
  • Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
  • 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 2015/0050561 A1 [0009]

Claims (11)

  1. Batteriezelle (2), insbesondere eine Lithiumionen-Batteriezelle oder eine Lithiummetall-Batteriezelle, welche mindestens eine positive Elektrode (22), umfassend einen Stromsammler (32) und mindestens ein positives Aktivmaterial (42), mindestens eine negative Elektrode (21), umfassend mindestens einen Stromsammler (31), und mindestens einen Elektrolyt (15) umfasst, wobei die Batteriezelle (2) ferner mindestens ein Lithiumadditiv (52) umfasst, welches durch Anlegen einer elektrischen Spannung Lithiumionen freisetzt.
  2. Batteriezelle (2) nach Anspruch 1, wobei das Lithiumadditiv (52) die Lithiumionen irreversibel freisetzt.
  3. Batteriezelle (2) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Lithiumadditiv (52) in einer Menge in der Batteriezelle vorliegt, dass mindestens 1 Atom-% der Lithiumionen in der Batteriezelle in Form des Lithiumadditivs in diese eingebracht werden.
  4. Batteriezelle (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Stromsammler (31) der negativen Elektrode (21) eine Metallblech oder eine Metallfolie ist.
  5. Batteriezelle (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Lithiumadditiv (52) ausgewählt ist aus Lithium enthaltenden Oxiden, Fluoriden, Oxyfluoriden, Carbiden, Boriden, Metallsulfiden, Metallphosphaten und Fluorophosphaten, die Lithium in einem elektrochemischen Entladeprozess irreversibel abgeben.
  6. Batteriezelle (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Lithiumadditiv (52) ausgewählt ist aus Li4Mn2O5, Li2MnO3, Li2NbO3, Li2WO4, Li3V2O5, Li7Ti5O12, Li2VxCr1-xO2F (0<x<0.8), Li2VO2F, Li3VO4 und Li3V2(PO4)2, sowie Gemische davon.
  7. Batteriezelle (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Batteriezelle (2) eine Lithiummetall-Batteriezelle ist.
  8. Batteriezelle (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei die negative Elektrode (21) über ein negatives Aktivmaterial verfügt, ausgewählt aus Silizium enthaltenden Aktivmaterialien, Kohlenstoffhaltigen Aktivmaterialien und Legierungen bildenden Aktivmaterialien, und wobei das Lithiumadditiv (52) ausgewählt ist aus Li4Mn2O5, Li2NbO3, Li2WO4, Li3V2O5, Li7Ti5O12, Li2VxCr1-xO2F (0<x<0.8), Li2VO2F, Li3VO4 und Li3V2(PO4)2, sowie Gemischen davon.
  9. Batteriezelle (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das das Lithiumadditiv (52) so in der Batteriezelle (2) angeordnet ist, dass es in elektrisch leitendem Kontakt zu dem positiven Aktivmaterial (42) der positiven Elektrode (22) steht.
  10. Batterie, umfassend mindestens eine Batteriezelle (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 9.
  11. Verwendung einer Batteriezelle (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und/oder einer Batterie nach Anspruch 9 in einem Elektrofahrzeug (EV), in einem Hybridfahrzeug (HEV), in einem Plug-In-Hybridfahrzeug (PHEV), in einem Werkzeug oder in einem Consumer-Elektronik-Produkt.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11637285B2 (en) * 2020-10-02 2023-04-25 GM Global Technology Operations LLC Over-lithiated cathode material

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120105007A1 (en) * 2010-11-02 2012-05-03 Shabab Amiruddin Lithium ion batteries with supplemental lithium
US20150050561A1 (en) 2013-08-16 2015-02-19 Uchicago Argonne, Llc High voltage lithium ion batteries having fluorinated electrolytes and lithium-based additives
DE102014216839A1 (de) * 2014-08-25 2016-02-25 Robert Bosch Gmbh Komposit-Anode für eine galvanische Zelle und galvanische Zelle

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105247715B (zh) * 2013-07-30 2019-04-09 株式会社Lg 化学 包含不可逆添加剂的二次电池用正极混合物

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120105007A1 (en) * 2010-11-02 2012-05-03 Shabab Amiruddin Lithium ion batteries with supplemental lithium
US20150050561A1 (en) 2013-08-16 2015-02-19 Uchicago Argonne, Llc High voltage lithium ion batteries having fluorinated electrolytes and lithium-based additives
DE102014216839A1 (de) * 2014-08-25 2016-02-25 Robert Bosch Gmbh Komposit-Anode für eine galvanische Zelle und galvanische Zelle

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