DE102018200977A1 - Process for producing an electrode material - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenmaterials (1) umfassend die folgenden Schritte:a. Bereitstellen einer Mischung (3), die aus einem Bindemittel (5) und einem Lösungsmittel (7) besteht,b. Vorlegen und Bewegen eines pulverförmigen Aktivmaterials (9), das bevorzugt Lithium enthält, in einer Mischvorrichtung (11),c. Zugeben der Mischung (3) in die Mischvorrichtung (11), wobei das pulverförmige Aktivmaterial (9) mit dem Bindemittel (5) beschichtet wird, so dass beschichtete Partikel (13) entstehen undd. ggf. zumindest teilweises Entfernen des Lösungsmittels (7) aus den beschichteten Partikeln (13), so dass Partikel des Elektrodenmaterials (1) entstehen.Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Batterie und eine Verwendung der Batterie.The invention relates to a method for producing an electrode material (1) comprising the following steps: a. Providing a mixture (3) consisting of a binder (5) and a solvent (7), b. Presenting and moving a powdered active material (9), which preferably contains lithium, in a mixing device (11), c. Adding the mixture (3) into the mixing device (11), wherein the powdered active material (9) is coated with the binder (5), so that coated particles (13) arise andd. if appropriate, at least partial removal of the solvent (7) from the coated particles (13) so that particles of the electrode material (1) are formed. Furthermore, the invention relates to a battery and a use of the battery.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenmaterials umfassend Bereitstellen einer Mischung, Vorlegen und Bewegen eines pulverförmigen Aktivmaterials in einer Mischvorrichtung und Zugeben der Mischung. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Batterie umfassend das Elektrodenmaterial und eine Verwendung einer solchen Batterie.The invention relates to a method for producing an electrode material comprising providing a mixture, presenting and moving a powdery active material in a mixing device and adding the mixture. Furthermore, the invention relates to a battery comprising the electrode material and a use of such a battery.
Stand der TechnikState of the art
Lithium-Ionen-Batterien zeichnen sich unter anderem durch eine sehr hohe spezifische Energie und eine äußerst geringe Selbstentladung aus. Lithium-Ionen-Batterien besitzen mindestens eine positive und mindestens eine negative Elektrode (Kathode beziehungsweise Anode), wobei während des Ladens und Entladens der Batterie Lithium-Ionen von einer Elektrode zur anderen wandern. Für den Transport der Lithium-Ionen ist ein sogenannter Lithium-Ionen-Leiter notwendig. Als Lithium-Ionen-Leiter kann ein Flüssigelektrolyt oder auch ein Festkörperelektrolyt eingesetzt werden.Among other things, lithium-ion batteries are characterized by a very high specific energy and extremely low self-discharge. Lithium-ion batteries have at least one positive and at least one negative electrode (cathode or anode), with lithium ions migrating from one electrode to the other during the charging and discharging of the battery. For the transport of lithium ions, a so-called lithium-ion conductor is necessary. As a lithium-ion conductor, a liquid electrolyte or a solid electrolyte can be used.
Die Lithium-Ionen-Batterien können in einer Verpackung eingeschlossen sein. Als Verpackung kommen beispielsweise Aluminium-Verbundfolien zum Einsatz. So verpackte Batterien werden wegen ihrer weichen Verpackung auch als Pouch beziehungsweise Softpack bezeichnet. Neben den Softpack-Verpackungsdesigns kommen als Verpackung auch feste Metallgehäuse zum Einsatz, zum Beispiel in Form von tiefgezogenen oder gepressten Gehäuseteilen. In diesem Fall spricht man von festem Gehäuse oder Hardcase. The lithium-ion batteries may be enclosed in a package. For example, aluminum composite films are used as packaging. So packaged batteries are referred to as a pouch or soft pack because of their soft packaging. In addition to the softpack packaging designs, solid metal housings are also used as packaging, for example in the form of deep-drawn or pressed housing parts. In this case we speak of a solid housing or hardcase.
Eine Lithium-Ionen-Batterie umfasst die Elektroden, den Lithium-Ionen-Leiter sowie Stromableiter, die die elektrischen Anschlüsse herstellen. Die Stromableiter können auch aus Stromsammler bezeichnet werden und sind häufig als Kupferfolien beziehungsweise als Aluminiumfolien ausgeführt.A lithium-ion battery includes the electrodes, the lithium-ion conductor and current conductors that make the electrical connections. The current conductors can also be called current collectors and are often designed as copper foils or as aluminum foils.
Die Elektroden werden häufig basierend auf Lösungen oder Dispersionen, sogenannten Slurries, hergestellt. Die Slurries werden mittels eines Beschichtungsverfahrens auf den jeweiligen Stromableiter, der üblicherweise als Metallfolie ausgeführt ist, aufgebracht und in einem nachfolgenden Trocknungsprozess getrocknet. Dabei werden die eingesetzten Lösungsmittel beziehungsweise Dispersionsflüssigkeiten durch Wärmezufuhr oder Druckabsenkung im Vakuumverfahren aus den aufgetragenen Slurries entfernt, wobei auch die Porosität der Elektroden eingestellt wird.The electrodes are often produced based on solutions or dispersions, so-called slurries. The slurries are applied by means of a coating process to the respective current conductor, which is usually designed as a metal foil, and dried in a subsequent drying process. The solvents or dispersion liquids used are removed by heat supply or pressure reduction in a vacuum process from the applied slurries, whereby the porosity of the electrodes is adjusted.
Die Slurries können in unterschiedlichen Mischern und/oder Rührwerken ausgehend von pulverförmigen Ausgangsstoffen unterschiedlicher Partikelgröße hergestellt werden. Diese Verfahren sind in Abhängigkeit von den pulverförmigen Stoffen sehr zeitaufwändig. Zweiwellenextruder können zum Vermischen der pulverförmigen Ausgangsstoffe eingesetzt werden, die eine Verringerung der Mischzeit bieten.The slurries can be prepared in different mixers and / or agitators starting from powdery starting materials of different particle size. These methods are very time consuming depending on the powdery materials. Twin-screw extruders can be used to mix the powdery starting materials, which offer a reduction in the mixing time.
Die pulverförmigen Ausgangsstoffe umfassen Aktivmaterialien wie Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxid (NCM) zur Herstellung einer Kathode und neben dem Aktivmaterial können verschiedene Leitadditive wie Graphit und Leitruß enthalten sein und darüber hinaus Bindemittel, die auch als Binder bezeichnet werden können.The powdery raw materials include active materials such as lithium-nickel-manganese-cobalt-oxide (NCM) for producing a cathode, and besides the active material, there may be contained various conductive additives such as graphite and carbon black, and also binders which may also be referred to as binders.
Zur Herstellung eines Kathodenmaterials werden, in Abhängigkeit vom eingesetzten Bindemittel, Lösungsmittel eingesetzt, die gesundheitsgefährdend sind.For the preparation of a cathode material, depending on the binder used, solvents are used which are hazardous to health.
Mischverfahren zur Herstellung von Elektrodenmaterialien streben eine optimale Verteilung von Partikeln bestehend aus Bindemittel an, damit in den sich daran anschließenden Beschichtungs- und Press-, insbesondere Kalandrierschritten das Elektrodenmaterial sowohl auf dem Stromableiter als auch Partikel des Elektrodenmaterials untereinander durch den Einfluss von Druck und Wärme zu einer Elektrodenschicht gebunden werden.Mixing methods for the production of electrode materials aim for an optimum distribution of particles consisting of binder, so that in the subsequent coating and pressing, in particular calendering, the electrode material on both the current collector and particles of the electrode material to each other by the influence of pressure and heat be bound to an electrode layer.
Entsprechend hat die Qualität des Mischverfahrens direkten Einfluss auf die mechanischen und elektrochemischen Eigenschaften der hergestellten Elektroden.Accordingly, the quality of the mixing process has a direct influence on the mechanical and electrochemical properties of the electrodes produced.
Neben den Slurry-Verfahren werden auch sogenannte Dry-Coating-Verfahren eingesetzt, in denen keine Lösungs- und Dispergierflüssigkeiten eingesetzt werden. Hierbei werden die pulverförmigen Ausgangsstoffe trocken vermischt und anschließend in einem Walz-/Rollverfahren zum einem freistehenden Film verarbeitet. Dieser wird auf die Stromableiter, die üblicherweise als metallische Folie ausgeführt sind, laminiert.In addition to the slurry process, so-called dry-coating processes are also used in which no solution and dispersing liquids are used. Here, the powdery starting materials are dry-mixed and then processed in a rolling / rolling process for a freestanding film. This is laminated to the current conductors, which are usually designed as a metallic foil.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenmaterials vorgeschlagen, umfassend die folgenden Schritte:
- a. Bereitstellen einer Mischung, die aus einem Bindemittel und einem Lösungsmittel besteht,
- b. Vorlegen und Bewegen eines pulverförmigen Aktivmaterials, das bevorzugt Lithium enthält, in einer Mischvorrichtung,
- c. Zugeben der Mischung in die Mischvorrichtung, wobei das pulverförmige Aktivmaterial mit dem Bindemittel beschichtet wird, so dass beschichtete Partikel entstehen und
- d. ggfs. zumindest teilweises Entfernen des Lösungsmittels aus den beschichteten Partikeln, so dass Partikel des Elektrodenmaterials entstehen.
- a. Providing a mixture consisting of a binder and a solvent,
- b. Presenting and moving a powdery active material, which preferably contains lithium, in a mixing device,
- c. Adding the mixture in the mixing device, wherein the powdered active material is coated with the binder, so that coated particles are formed and
- d. if necessary, at least partial removal of the solvent from the coated particles, so that particles of the electrode material are formed.
Zunächst wird eine Mischung, die eine Lösung und/oder eine Dispersion sein kann, von dem Bindemittel und dem Lösungsmittel hergestellt. In der Mischvorrichtung wird das pulverförmige Aktivmaterial, das in trockener Form, bevorzugt mit einem Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 100 ppm, insbesondere mit einem Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 20 ppm vorliegt, vorgelegt und bewegt, insbesondere gemischt. Das Aktivmaterial weist beispielsweise Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxide (NCM), Lithium-Nickel-Cobalt-Aluminum-Oxide (NCA), Lithium-Mangan-Oxid (LMO), Lithium-Eisenphosphate (LFP), Lithium-Cobalt(III)-oxid (LCO), Lithiumtitanat (LTO), Silicium und/oder Graphit auf. Bevorzugt besteht das Aktivmaterial aus NCM
Dem pulverförmigen Aktivmaterial, das sich in der Mischvorrichtung befindet, wird die Mischung zugebenen, insbesondere durch Einsprühen, wobei sich zumindest das in der Mischung enthaltene Bindemittel auf die Oberfläche des pulverförmigen Aktivmaterials legt und dieses zumindest teilweise überzieht, was auch als Beschichten bezeichnet werden kann. Die damit gebildeten beschichteten Partikel weisen bevorzugt eine dünne Schicht an Bindemittel auf. Die Bindemittelschichtdicke liegt bevorzugt zwischen 1 nm und 1000 nm, mehr bevorzugt zwischen 1 nm und 100 nm.The powdered active material, which is located in the mixing device, the mixture is added, in particular by spraying, wherein at least the binder contained in the mixture lays on the surface of the powdered active material and this at least partially covers, which may also be referred to as coating. The coated particles thus formed preferably have a thin layer of binder. The binder layer thickness is preferably between 1 nm and 1000 nm, more preferably between 1 nm and 100 nm.
Bevorzugt wird das Lösungsmittel zumindest teilweise in der Mischvorrichtung aus den beschichteten Partikeln entfernt. Das Entfernen kann durch einen Gasstrom oder das Anlegen von Unterdruck erzielt werden. Bevorzugt herrscht während des Zugebens der Mischung in Schritt c) ein Druck von weniger als einem Bar in der Mischvorrichtung.Preferably, the solvent is at least partially removed in the mixing device from the coated particles. The removal can be achieved by a gas flow or the application of negative pressure. Preferably, during the addition of the mixture in step c), there is a pressure of less than one bar in the mixing device.
Weiterhin wird bevorzugt bereits beim Zugeben der Mischung zumindest teilweise das Lösungsmittel aus der Mischung und/oder aus den beschichteten Partikeln entfernt, insbesondere durch Verdampfen in einem Gasstrom. Durch die unmittelbare Entfernung des Lösungsmittels vor bzw. beim Kontakt mit dem pulverförmigen Aktivmaterial können auch Lösungsmittel eingesetzt werden, die üblicherweise negative Wechselwirkungen mit dem pulverförmigen Aktivmaterial zeigen. Im Gegensatz zu einem Slurry-Verfahren, wobei sich das Aktivmaterial in dem Lösungsmittel befindet, besteht entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren lediglich eine kurze Kontaktzeit zwischen dem pulverförmigen Aktivmaterial und dem Lösungsmittel, das insbesondere in Form von Nebel vorliegt.Furthermore, the solvent is preferably at least partially removed from the mixture and / or from the coated particles when the mixture is added, in particular by evaporation in a gas stream. By the immediate removal of the solvent before or during contact with the powdery active material and solvents can be used, which usually show negative interactions with the powdered active material. In contrast to a slurry process, wherein the active material is in the solvent, there is only a short contact time between the powdered active material and the solvent, which is present in particular in the form of mist according to the inventive method.
Alternativ können die beschichteten Partikel aus der Mischvorrichtung entnommen werden und dann wird das Lösungsmittel zumindest teilweise aus den beschichteten Partikeln entfernt, so dass Partikel des Elektrodenmaterials entstehen.Alternatively, the coated particles can be removed from the mixing device and then the solvent is at least partially removed from the coated particles, so that particles of the electrode material are formed.
Das Lösungsmittel ist bevorzugt ein organisches Lösungsmittel. Bevorzugt enthält das Lösungsmittel Aceton, N-Methyl-2-Polydon (NMP), Acetonitril, Ethanol, Propylencarbonat (PC), Ethylencarbonat (EC), Diethylcarbonat (DEC), Dimethylcarbonat (DMC), Ethylmethylcarbonat (EMC), Tetrahydrofuran (THF) oder Mischungen davon und gegebenenfalls Lithiumsalz wie LiPF6, LiTFSI und/oder LiClO4.The solvent is preferably an organic solvent. The solvent preferably comprises acetone, N-methyl-2-polydone (NMP), acetonitrile, ethanol, propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), tetrahydrofuran (THF). or mixtures thereof and optionally lithium salt such as LiPF 6 , LiTFSI and / or LiClO 4 .
Besonders bevorzugt weist das Lösungsmittel die Zusammensetzung eines Batterieelektrolyten auf. Beispielsweise enthält das Lösungsmittel
In dem Fall, in dem das Lösungsmittel nicht alle Bestandteile des späteren Batterieelektrolyten enthält, können bei der folgenden Herstellung der Elektrode weitere Bestandteile des Elektrolyten (z. B. Leitsalz, leitfähiges Polymer oder Flüssigelektrolyt) zugegeben werden. Wird mit flüssigem Elektrolyten gearbeitet, kann auch bei der Elektrolytbefüllung der Batterie über die Zugabe von weiteren Elektrolytbestandteilen ein optimaler Elektrolytgehalt erzielt werden.In the case where the solvent does not contain all the constituents of the later battery electrolyte, further constituents of the electrolyte (eg conductive salt, conductive polymer or liquid electrolyte) may be added in the subsequent preparation of the electrode. Is working with liquid electrolyte, can also in the electrolyte filling the Battery can be achieved through the addition of other electrolyte components optimum electrolyte content.
Weiterhin können die Partikel des Elektrodenmaterials und/oder die beschichteten Partikel agglomeriert werden, bevorzugt in der Mischvorrichtung oder in einem anschließenden Agglomerationsschritt. Das Agglomerieren der Partikel des Elektrodenmaterials und/oder der beschichteten Partikel kann in einem nachgeschalteten Verfahrensschritt durch Wirbelschicht-Sprühagglomeration, Wirbelschicht-Sprühgranulation oder High-Shear-Granulation erfolgen. Hierbei werden aus einzelnen Partikeln des Elektrodenmaterials und/oder einzelnen beschichteten Partikeln Agglomerate gebildet, welche besser zur Förderung in weitere Prozessschritte und zur Handhabung in weiteren Prozessschritten geeignet sind.Furthermore, the particles of the electrode material and / or the coated particles can be agglomerated, preferably in the mixing device or in a subsequent agglomeration step. The agglomeration of the particles of the electrode material and / or the coated particles can be carried out in a subsequent process step by fluidized bed spray agglomeration, fluidized bed spray granulation or high shear granulation. In this case, agglomerates are formed from individual particles of the electrode material and / or individual coated particles, which are better suited for conveying in further process steps and for handling in further process steps.
Die Mischvorrichtung kann ein Rührwerk umfassen. Für den Fall, dass die Mischvorrichtung ein Rührwerk umfasst, kann je nach Schereintrag die Form des Bindemittels eingestellt werden. So zeigt beispielsweise PTFE unter Scherung die Ausformung von dünnen Fibrillen, die der Stärkung des Materialverbunds des Elektrodenmaterials dienen.The mixing device may comprise a stirrer. In the event that the mixing device comprises a stirrer, depending on the shear entry, the shape of the binder can be adjusted. For example, PTFE shows under shear the formation of thin fibrils, which serve to strengthen the composite material of the electrode material.
Bevorzugt liegt das pulverförmige Aktivmaterial in der Mischvorrichtung in Form einer Wirbelschicht vor, insbesondere während die Mischung eingesprüht wird. Entsprechend ist die Mischvorrichtung bevorzugt ein Wirbelschichtapparat. Unter einer Wirbelschicht, die auch Wirbelbett genannt wird, wird eine Schüttung von Feststoffpartikeln verstanden, welche durch eine aufwärts gerichtete Strömung eines Fluids in einen fluidisierenden Zustand versetzt wird, wobei die Schüttung fluid-ähnliche Eigenschaften aufweist. Als Fluide kommen beispielsweise Inertgase, wie z. B. Stickstoff, Argon und Mischungen davon, bevorzugt trockene Gase wie Stickstoff und Argon mit einer Reinheit von mehr als 99,99 % in Frage. Durch Einsatz einer Wirbelschicht wird eine besonders gute Durchmischung des pulverförmigen Aktivmaterials erreicht, da einzelne Partikel des pulverförmigen Aktivmaterials im Fluid vorliegen und zur Beschichtung mit dem Bindemittel zur Verfügung stehen.Preferably, the powdered active material is present in the mixing device in the form of a fluidized bed, in particular while the mixture is being sprayed. Accordingly, the mixing device is preferably a fluidized bed apparatus. Under a fluidized bed, which is also called fluidized bed, a bed of solid particles is understood, which is caused by an upward flow of a fluid in a fluidized state, the bed has fluid-like properties. As fluids such as inert gases, such as. As nitrogen, argon and mixtures thereof, preferably dry gases such as nitrogen and argon having a purity of more than 99.99% in question. By using a fluidized bed, a particularly good mixing of the powdered active material is achieved because individual particles of the powdery active material are present in the fluid and are available for coating with the binder.
Das Bindemittel kann ein Stoffgemisch umfassen, bevorzugt umfasst das Bindemittel einen ersten, im Lösungsmittel löslichen Stoff und/oder einen zweiten, im Lösungsmittel unlöslichen Stoff. Der erste Stoff und/oder der zweite Stoff kann eine Fibrillation zeigen.The binder may comprise a mixture of substances, preferably the binder comprises a first, solvent-soluble substance and / or a second, solvent-insoluble substance. The first substance and / or the second substance may show fibrillation.
Das Bindemittel enthält bevorzugt ein Polymer, insbesondere Polyethylenoxid (PEO), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Poly(vinyl)idenefluoride-Cohexafluoropropylen (PVDF-HFP), ein PVDF-Copolymer, Polymethylmethylacrylat (PMMA), Polystyrol-Butadien-Styrol (SPS), Carboxylmethylcellulosen (CMC) und/oder Polytetrafluorethylen (PTFE). Mehr bevorzugt enthält das Bindemittel mehr als 90 Gew.-% Polymer. Insbesondere bevorzugt enthält das Bindemittel kein Leitadditiv und die Mischung enthält insbesondere bevorzugt kein Leitadditiv.The binder preferably contains a polymer, in particular polyethylene oxide (PEO), polyvinylidene fluoride (PVDF), poly (vinyl) idenefluoride-co-hexafluoropropylene (PVDF-HFP), a PVDF copolymer, polymethylmethylacrylate (PMMA), polystyrene-butadiene-styrene (SPS), Carboxylmethylcelluloses (CMC) and / or polytetrafluoroethylene (PTFE). More preferably, the binder contains more than 90% by weight of polymer. Particularly preferably, the binder does not contain a conductive additive and the mixture particularly preferably contains no conductive additive.
Die Mischung enthält bevorzugt 1 Gew.-% bis 20 Gew.-% Bindemittel, insbesondere 2 Gew.-% bis 18 Gew.-% PEO. Beispielsweise besteht die Mischung aus 8 g PEO und 100 g Aceton.The mixture preferably contains 1% by weight to 20% by weight of binder, in particular 2% by weight to 18% by weight of PEO. For example, the mixture consists of 8 g of PEO and 100 g of acetone.
Bevorzugt wird dem pulverförmigen Aktivmaterial, den beschichteten Partikeln und/oder den Partikeln des Elektrodenmaterials ein elektrisches und/oder ein ionisches Leitadditiv zugegeben, wobei insbesondere bevorzugt die Zugabe des elektrisches und/oder des ionischen Leitadditivs separat vom Zugeben der Mischung enthaltend das Bindemittel erfolgt.Preferably, an electrical and / or an ionic conductive additive is added to the powdered active material, the coated particles and / or the particles of the electrode material, wherein particularly preferably the addition of the electrical and / or the ionic conductive additive is carried out separately from adding the mixture containing the binder.
Das Aktivmaterial kann, insbesondere vor dem Schritt c), in mit einem elektrischen Leitadditiv beschichteter Form vorliegen.The active material may, in particular before step c), be in a form coated with an electrical conductive additive.
Durch die separate Zugabe des elektrischen und/oder des ionischen Leitadditives, getrennt von der Mischung, wird vermieden, dass die Viskosität der Mischung durch die Zugabe beispielsweise eines ionischen Leitadditivs drastisch steigt, was die weitere Prozessierung in Bezug auf Fließfähigkeit, Reproduzierbarkeit und Effizienz erschweren würde. Das ionische Leitadditiv ist sehr gut löslich in Polymeren mit Donoreigenschaften, wie z. B. PEO, so dass auch eine Homogenisierung im letzten Schritt der Verarbeitung möglich ist. Ähnlich verhält es sich bei der Zugabe eines elektrischen Leitadditivs, was ebenfalls Auswirkungen auf die Viskosität der Mischung aufweisen würde. Zudem ist von der Zugabe des elektrischen Leitadditivs im Gasstrom abzusehen, da aufgrund der geringeren Dichte des elektrischen Leitadditives die Gefahr besteht, dass die teilweise nanopartikulär vorliegenden Teilchen über den Gasstrom ausgetragen werden.The separate addition of the electrical and / or the ionic Leitadditives, separate from the mixture, it is avoided that the viscosity of the mixture by the addition of, for example, an ionic Leitadditivs increases dramatically, which would complicate the further processing in terms of flowability, reproducibility and efficiency , The ionic conductive additive is very soluble in polymers with donor properties, such as. B. PEO, so that a homogenization in the last step of the processing is possible. Similarly, the addition of an electrical conduction additive would also affect the viscosity of the mixture. In addition, it is to be foreseen from the addition of the electrical conductive additive in the gas stream, since due to the lower density of the electrical Leitadditives there is a risk that the partially nanoparticulate particles present are discharged through the gas stream.
Durch die gezielte Beschichtung des pulverförmigen Aktivmaterials mit dem Bindemittel kann die Reihenfolge der Zugabe verschiedener Komponenten und auch die Zugabe der Leitadditive freier variiert werden, unabhängig von den Wechselwirkungen der zugesetzten Stoffe in herkömmlichen Mischprozessen.By the targeted coating of the powdery active material with the binder, the order of addition of various components and also the addition of the conductive additives can be varied more freely, independently of the interactions of the added substances in conventional mixing processes.
Die verschiedenen Komponenten und/oder das elektrische und/oder das ionische Leitadditiv können einen Verbund mit den beschichteten Partikeln eingehen. Ferner kann durch den gewählten Zeitpunkt der Zugabe der Komponenten und/oder des elektrischen oder des ionischen Leitadditives der Grad der Homogenisierung des Elektrodenmaterials und/oder der Grad der Beschichtung der beschichteten Partikel eingestellt werden.The various components and / or the electrical and / or the ionic conductive additive can form a bond with the coated particles. Further, by the selected time of addition of the components and / or the electrical or ionic Leitadditives the Degree of homogenization of the electrode material and / or the degree of coating of the coated particles can be adjusted.
Es können mindestens zwei Mischvorrichtungen, bevorzugt in Reihe geschaltet, verwendet werden, so dass neben einem Batchverfahren auch ein quasikontinuierliches Verfahren möglich ist.At least two mixing devices, preferably connected in series, can be used, so that in addition to a batch process, a quasi-continuous process is also possible.
Des Weiteren wird eine Batterie vorgeschlagen, die das erfindungsgemäß hergestellte Elektrodenmaterial umfasst. Das erfindungsgemäß hergestellte Elektrodenmaterial kann auch in PEM-Brennstoffzellen sowie in Superkondensatoren, die auch als Super Caps bezeichnet werden, eingesetzt werden.Furthermore, a battery is proposed which comprises the electrode material produced according to the invention. The electrode material produced according to the invention can also be used in PEM fuel cells and in supercapacitors, which are also referred to as super caps.
Eine erfindungsgemäße Batterie findet vorteilhaft Verwendung in einem Elektrofahrzeug (EV), in einem Hybrid-Fahrzeug (HEV), in einem Plugged-in-Hybrid-Fahrzeug (PHEV) oder in einem Consumer-Elektronik-Produkt. Unter Consumer-Elektronik-Produkten sind insbesondere Mobiltelefone, Tablet-PCs oder Notebooks zu verstehen.A battery according to the invention advantageously finds use in an electric vehicle (EV), in a hybrid vehicle (HEV), in a plugged-in hybrid vehicle (PHEV) or in a consumer electronics product. Consumer electronics products are in particular mobile phones, tablet PCs or notebooks.
Im Rahmen dieser Beschreibung wird der Begriff Batterie beziehungsweise Batteriezelle wie in der Umgangssprache üblich verwendet, das heißt von dem Begriff Batterie ist sowohl eine Primärbatterie als auch eine Sekundärbatterie (Akkumulator) umfasst.In the context of this description, the term battery or battery cell is used as is customary in the vernacular, that is to say the term battery encompasses both a primary battery and a secondary battery (accumulator).
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Menge an Lösungsmittel reduziert und gesundheitsgefährdendes Lösungsmittel kann vollständig vermieden werden.With the method according to the invention, the amount of solvent can be reduced and hazardous solvent can be completely avoided.
Bei der Herstellung von Elektrodenfolien kann gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren der aufwändige Trocknungsschritt entfallen und darüber hinaus können Folien mit größerer Dicke hergestellt werden.In the production of electrode films can be dispensed with according to the inventive method, the complex drying step and also films can be made with a greater thickness.
Darüber hinaus kann aus einer Wirbelschicht das Lösungsmittel direkt zurückgewonnen und der Energiebedarf kann durch reduzierte Ofenstrecken zum Ausdampfen der Lösungsmittel aus der fertigen Elektrode vermindert werden.In addition, the solvent can be recovered directly from a fluidized bed and the energy requirement can be reduced by reducing furnace distances to evaporate the solvent from the finished electrode.
Weiterhin wird das Bindemittel in dem hergestellten Elektrodenmaterial homogener verteilt, wodurch die benötigte Menge an Bindemittel, die zur Herstellung von Elektrodenfilmen mindestens benötigt wird, reduziert werden kann. Eine Reduzierung der Menge an Bindemittel ermöglicht eine Erhöhung des Anteils an Aktivmaterial in der Elektrode, so dass eine erhöhte Energiedichte in der Batterie erzielt werden kann. Ein geringerer Anteil an Bindemittel kann auch die elektrische Leitfähigkeit der Elektrode und dabei die Leistung der Elektrode verbessern.Furthermore, the binder in the produced electrode material is distributed more homogeneously, whereby the required amount of binder, which is at least needed for the production of electrode films, can be reduced. A reduction in the amount of binder allows an increase in the proportion of active material in the electrode, so that an increased energy density in the battery can be achieved. A lower proportion of binder can also improve the electrical conductivity of the electrode and thereby the performance of the electrode.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das Bindemittel gezielt auf Partikel des Aktivmaterials aufgebracht werden, während beispielsweise im Slurry-Verfahren das Bindemittel im Elektrodenmaterial verteilt ist. Durch die gezielte Beschichtung der Partikel sind neue Materialzusammensetzungen der Elektroden realisierbar.With the method according to the invention, the binder can be applied specifically to particles of the active material, while, for example, in the slurry method, the binder is distributed in the electrode material. By targeted coating of the particles new material compositions of the electrodes can be realized.
Es können weitere Mischschritte entfallen, so dass die Anzahl von Förderschritten und Mischaggregaten im Herstellungsverfahren reduziert werden kann. Weiterhin wird die Mischzeit stark reduziert.It can be omitted further mixing steps, so that the number of conveying steps and mixing units can be reduced in the manufacturing process. Furthermore, the mixing time is greatly reduced.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann bekannte Slurry-Verfahren oder Trockenherstellungsverfahren ersetzen.The process according to the invention can replace known slurry processes or dry production processes.
Figurenlistelist of figures
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings and the description below.
Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und -
2 eine schematische Darstellung einer Beschichtung von Aktivmaterial.
-
1 a schematic representation of an embodiment of the method according to the invention and -
2 a schematic representation of a coating of active material.
In einer Mischvorrichtung
Ferner wird eine Mischung
Durch den Gasstrom
Aus dem beschichteten Partikel
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.The invention is not limited to the embodiments described herein and the aspects highlighted therein. Rather, within the scope given by the claims a variety of modifications are possible, which are within the scope of expert action.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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