DE102018207773A1 - Verfahren zur Herstellung poröser Elektroden für elektrochemische Zellen - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung elektrochemischen Zelle umfassend mindestens eine poröse Elektrode (2'), wobei das Verfahren mindestens die folgenden Verfahrensschritte umfasst:(a) Bereitstellen einer Elektrodenzusammensetzung in Form eines homogenen Gemisches umfassend(i) mindestens ein partikelförmiges Aktivmaterial (3);(ii) mindestens ein partikelförmiges Bindemittel (5);(iii) mindestens einen partikelförmigen Porenbildner (4); und(iv) optional mindestens ein Leitadditiv (6);(b) Bilden einer, formbaren Masse aus der Elektrodenzusammensetzung;(c) Aufbringen der Elektrodenzusammensetzung auf mindestens einer Oberfläche eines Substrats (1), um eine kompakte Elektrode (2) zu erhalten;(d) Herstellen einer elektrochemischen Zelle umfassend mindestens eine kompakte Elektrode (2), welche die Elektrodenzusammensetzung gemäß Verfahrensschritt (a) umfasst; und(e) Erwärmen der mindestens einen kompakten Elektrode (2), um den mindestens einen partikelförmigen Porenbildner (4) zu verflüssigen; und/oder(f) Inkontaktbringen der kompakten Elektrode (2) mit mindestens einer flüssigen Elektrolytzusammensetzung oder mindestens einem flüssigen Bestandteil einer Elektrolytzusammensetzung für eine elektrochemische Zelle, welche(r) in der Lage ist, den mindestens einen partikelförmigen Porenbildner (4) wenigstens teilweise zu lösen, um so eine poröse Elektrode (2') zu erhalten,wobei die Verfahrensschritte (a), (b), (c), (d) und (e) im Wesentlichen frei von Lösungsmitteln durchgeführt werden.

Description

  • Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer porösen Elektrode für eine Elektrode, wobei das Verfahren auf den Einsatz von Lösungsmittel soweit wie möglich verzichtet. Gegenstand ist auch die mit diesem Verfahren hergestellte Elektrode sowie die Verwendung derselben in einer elektrochemischen Zelle.
  • Stand der Technik
  • Elektroden für elektrochemische Zellen, beispielsweise Elektroden für lithiumhaltige Batteriezellen oder Elektroden für Brennstoffzellen, umfassen in der Regel mindestens ein partikelförmiges Material (z.B. partikelförmige Aktivmaterialien und/oder Leitadditive), welches mit Hilfe mindestens eines Bindemittels zu einer agglomerierten Elektrodenzusammensetzung verbunden wird. Dabei ist es für die Qualität der Elektroden entscheidend eine möglichst homogene Verteilung sämtlicher Bestandteile der Elektrodenzusammensetzung, d.h. sowohl sämtlicher partikelförmiger Materialien als auch sämtlicher Bindemittel, zu erreichen. Im Stand der Technik werden hierzu zwei grundlegend verschiedene Verfahren beschrieben. Die mittels dieser Verfahren erhaltenen Elektroden unterscheiden sich in erster Linie durch deren Porosität. Eine hohe Porosität ist in Hinblick auf eine rasche Diffusion der Ladungsträger (z.B. Lithiumionen) in der Elektrode vorteilhaft.
  • Beim sogenannten Slurry-Verfahren wird ein Aktivmaterialschlicker hergestellt, in dem die partikelförmigen Materialien in einer Lösung aus einem polymeren Bindemittel und einem geeigneten Lösungsmittel dispergiert sind. Der Schlicker wird anschließend in einem Beschichtungsverfahren auf einem Stromsammler aufgebracht. Das Lösungsmittel wird nun durch Trocknen entfernt und man erhält eine poröse Schicht aus den partikelförmigen Materialien und dem Bindemittel auf der Oberfläche des Stromsammlers.
  • US 2015/0357626 A1 und US 2010/0015327 A1 beschreiben solche Verfahren, wobei der Aktivmaterialschlicker zusätzlich ein Porenbildner beigemischt wird, welcher in einem späteren Schritt aus der Elektrode herausgelöst wird. So wird die Porosität der Elektrode weiter erhöht. Als bevorzugter Porenbildner wird Ethylencarbonat genannt.
  • Als Alternative hierzu wurde ein Verfahren zur lösungsmittelfreien Herstellung einer Elektrodenzusammensetzung z.B. in US 2015/303481 beschrieben, welche auf die Oberfläche eines Stromsammlers aufgebracht oder zu freistehenden Elektrodenfolien verarbeitet werden kann. In dem Verfahren wird eine Elektrodenzusammensetzung in Form einer formbaren Masse bereitgestellt, umfassend mindestens ein Elektrodenaktivmaterial und mindestens ein polymeres Bindemittel sowie ggf. mindestens ein Leitadditiv. Durch die Einbringung von Scherkräften (z.B. durch die Verwendung mechanischer Mühlen wie Strahl- oder Kugelmühlen) werden aus den Bindemittelpartikeln Fibrillen ausgebildet, welche eine Agglomeration der Elektrodenzusammensetzung bewirken. Die formbare Masse kann z.B. mithilfe eines Extruders und/oder Kalanders zu einer stabilen, freistehenden Elektrodenfolie geformt und auf einen Stromsammler aufgebracht werden. Alternativ kann die formbare Masse auch direkt auf einen Stromsammler aufgebracht werden. Die erhaltene Elektrode zeichnet sich durch eine vergleichsweise geringe Porosität aus, welche durch Komprimierungsprozesse während des Extrudierens bzw. Kalandrierens verringert wird. Dies hat zur Folge, dass das Aktivmaterial für die Ladungsträger schlechter zugängig ist. Außerdem wird durch die häufig eingesetzten Kalandrierverfahren bei erhöhten Temperaturen die andernfalls homogene Verteilung der Aktivmaterialpartikel und des Bindemittels verschlechtert. Dies führt häufig zu einer Agglomeration von Polymerbestandteilen aus dem Bindemittel auf der Oberfläche der Elektrode, wodurch die Zugänglichkeit für die Ladungsträger weiter sinkt.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung elektrochemischen Zelle umfassten mindestens eine poröse Elektrode, wobei das Verfahren mindestens die folgenden Verfahrensschritte umfasst:
    1. (a) Bereitstellen einer Elektrodenzusammensetzung in Form eines homogenen Gemisches umfassend
      1. (i) mindestens ein partikelförmiges Aktivmaterial;
      2. (ii) mindestens ein partikelförmiges Bindemittel;
      3. (iii) mindestens einen partikelförmigen Porenbildner; und
      4. (iv) optional mindestens ein Leitadditiv;
    2. (b) Bilden einer formbaren Masse aus der Elektrodenzusammensetzung;
    3. (c) Aufbringen der Elektrodenzusammensetzung auf mindestens einer Oberfläche eines Substrats, um eine kompakte Elektrode zu erhalten;
    4. (d) Herstellen einer elektrochemischen Zelle, umfassend mindestens eine kompakte Elektrode, welche eine Elektrodenzusammensetzung gemäß Verfahrensschritt (a) umfasst; und
    5. (e) Erwärmen der mindestens einen kompakten Elektrode, um den mindestens einen partikelförmigen Porenbildner zu verflüssigen; und/oder
    6. (f) Inkontaktbringen der kompakten Elektrode mit mindestens einer flüssigen Elektrolytzusammensetzung oder mindestens einem flüssigen Bestandteil einer Elektrolytzusammensetzung für eine elektrochemische, welche(r) in der Lage ist, den mindestens einen partikelförmigen Porenbildner

    wenigstens teilweise zu lösen, um so eine poröse Elektrode zu erhalten, wobei die Verfahrensschritte (a), (b), (c), (d) und (e) im Wesentlichen frei von Lösungsmitteln durchgeführt werden.
  • Die Elektrodenzusammensetzung umfasst mindestens ein partikelförmiges Aktivmaterial, mindestens ein partikelförmiges Bindemittel sowie mindestens einen partikelförmigen Porenbildner. Allgemein weisen die partikelförmigen Komponenten somit einen mittleren Teilchendurchmesser von 1 nm bis zu 1 mm, vorzugsweise 100 nm bis 100 µm und insbesondere 0,5 µm bis 30 µm auf.
  • Als partikelförmiges Aktivmaterial ist prinzipiell jedes Material geeignet, welches als Aktivmaterial für elektrochemische Zellen geeignet ist. Besonders bevorzugt sind Aktivmaterialien für negative Elektroden und / oder positive Elektrode für Lithiumionen-Batterien. Dazu gehört beispielsweise als Aktivmaterial für die negative Elektrode einer Lithiumionen-Batterie amorphes Silizium, welches Legierungsverbindungen mit Lithium-Atomen bilden kann. Aber auch Kohlenstoffverbindungen, wie z.B. Graphit, sind als Aktivmaterial für negative Elektroden zu nennen. Auch oxidische Aktivmaterialien für die negative Elektrode sind dem Fachmann bekannt. Zu nennen sind insbesondere Li4Ti5O12, TiO2, H2Ti12O25, sowie Gemische davon. Als Aktivmaterial für die positive Elektrode einer Lithiumionen-Batterie kann beispielsweise lithiierte Interkalationsverbindungen, welche in der Lage sind Lithiumionen reversibel aufzunehmen und freizusetzen. Das Aktivmaterial der positiven Elektrode kann typischerweise ein zusammengesetztes Oxid und/oder Phosphat umfassen, welches mindestens ein Metall, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kobalt, Magnesium, Nickel, sowie Lithium, enthält. Als bevorzugte Beispiele sind insbesondere LiMn2O4, LiFePO4, Li2MnO3, Li1.17Ni0.17Co0.1Mn0.56O2, LiCoO2 und LiNiO2 hervorzuheben. Ferner sind Verbindungen der Formel LiNi1-xM'xO2 zu nennen, wobei M' ausgewählt ist aus Co, Mn, Cr und Al und 0 ≤ x < 1 ist. Beispiele umfassen Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminium-Oxide (z.B. LiNi0,8Co0,15Al0,05O2; NCA) und Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxide (z.B. LiNi0,8Mn0,1Co0,1O2; NCM (811) oder LiNi0,33Mn0,33Co0,33O2; NCM (111)). Verbindungen der Formel Li1+xMn2-yMyO4 mit x ≤ 0,8, y < 2; Li1+xCo1-yMyO2 mit x ≤ 0,8, y < 1; Li1+xNi1-y-zCoyMzO4 mit x ≤ 0,8, y < 1, z < 1 und y+z < 1, wobei M ausgewählt sein aus Al, Mg und/oder Mn. Verbindungen der Formel n(Li2MnO3) : n-1 (LiNi1-xM'xO2) wobei M' ausgewählt ist aus Co, Mn, Cr und Al und 0 < n < 1 ist und 0 < x < 1 ist
  • Darüber hinaus umfasst die Elektrodenzusammensetzung mindestens ein partikelförmiges Bindemittel, insbesondere ein polymeres Bindemittel. Als Bindemittelpartikel sind sämtliche partikelförmige Polymere geeignet, welche wenigstens an einem Teil der Oberfläche der Bindemittelpartikel durch Erwärmen oder durch die Zugabe geeigneter Additive, insbesondere Lösungsmittel, plastifizierbar sind. Dies ermöglicht so bei der Kollision mit weiteren partikelförmigen Komponenten die Ausbildung einer Haftverbindung, welche zur gewünschten Agglomeration des homogenen Gemischs der partikelförmigen Komponenten (i) bis (iv) erforderlich ist.
  • Als Beispiele geeigneter Polymere sind thermoplastische Polymere, insbesondere Polyolefine (z.B. ethylen- und/oder propylenhaltige Homo- und Copolymere), Polyester (z.B. Polyethylenterephthalat (PET)), Polyvinylaromten (z.B. Polystyrol und Polystyrolderivate), Polyacrylate (z.B. Polymethyl(meth)acrylt) zu nennen. Hervorzuheben sind auch die herkömmlichen, aus dem Bereich der elektrochemischen Zellen bekannten Bindemittel wie Carboxymethylcellulose (CMC), Styrol-Butadien-Copolymer (SBR), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polytetrafluorethen (PTFE) und Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer (EPDM).
  • Schließlich umfasst die Elektrodenzusammensetzung mindestens einen partikelförmigen Porenbildner. Dieser zeichnet sich dadurch aus, dass er während der Herstellung der porösen Elektrode als Platzhalter in der kompakten Elektrode dient. Zudem ist der partikelförmige Porenbildner insbesondere eine Komponente, die in der elektrochemischen Zelle verbleiben kann und beim schmelzen durch seine Ausdehnung eventuell verschlossene Poren öffnen kann.
  • Vorzugsweise wird als partikelförmiger Porenbildner eine Verbindung oder ein Gemisch von Verbindungen ausgewählt, welche typischerweise auch als Bestandteil einer Elektrolytzusammensetzung für eine elektrochemische Zelle eingesetzt werden kann. Damit ist der Vorteil verbunden, dass der Porenbildner sich so nicht nachteilig auf die Eigenschaften der elektrochemischen Zelle auswirkt. Bei geeigneter Auswahl der Bestandteile ist es vorzugsweise auch möglich, dass der Porenbildner ein für die Funktion der elektrochemischen Zelle wesentlicher Bestandteil ist.
  • In einer Ausführungsform ist der partikelförmige Porenbildner aus mindestens einem Lithiumsalz und/oder mindestens einem bei Raumtemperatur festen, organischen Carbonat ausgewählt. Ferner können auch Additive eingesetzt werden, die zur Verbesserung der Eigenschaften des Elektrolyten diesem zugegeben werden können, sofern diese als Feststoff vorliegen. Hervorzuheben sind Additive, die zur kontrollierten Ausbildung einer Solid-Electrolyte-Interphase (SEI) dienen. Als Beispiele sind Sultone, Carbonaten und polycylische Kohlenwasserstoffe zu nennen.
  • Als bevorzugte Lithiumsalze sind solche zu nennen, die typischerweise in Elektrolytzusammensetzungen elektrochemischer Zellen als Leitsalze eingesetzt werden. Geeignete Lithiumsalze sind vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Lithiumhalogeniden (LiCI, LiBr, Lil, LiF), Lithiumchlorat (LiClO4), Lithiumtetrafluoroborat (LiBF4), Lithiumhexafluorphosphat (LiPF6), Lithiumhexafluorantimonat (LiSbF6), Lithiumhexafluorarsenat (LiAsF6), Lithiumtrifluormethansulfonat (LiSO3CF3), Lithiumbis(fluorsulfonyl)imid (Li[N(SO2F)2], LiFSI), Lithiumbis(trifluormethylsulphonyl)imid (Li[N(SO2(CF3))2], LiTFSI), Lithiumbis(pentafluorethylsulphonyl)imid (LiN(SO2C2F5)2), Lithiumbis(oxalato)borat (LiB(C2O4)2, LiBOB), Lithiumdifluor(oxalato)borat (Li[BF2(C2O4)], LiDFOB), Lithiumdifluor-tri(pentafluorethyl)phosphat (LiPF2(C2F5)3) und Kombinationen davon. Besonders bevorzugt sind Lithiumsalze, die eine hohe Löslichkeit in aprotischen, organischen, polaren Lösungsmitteln aufweisen.
  • Als bevorzugte organischen Carbonate sind solche zu nennen, die bei Raumtemperatur in festem Aggregatzustand vorliegen und typischerweise in als Bestandteil von Elektrolytzusammensetzungen elektrochemischer Zellen eingesetzt werden. Hervorzuheben sind insbesondere aprotische, cyclische organische Carbonate. Diese werden typischerweise in Elektrolytzusammensetzungen eingesetzt, um deren Hochtemperaturstabilität zu verbessern. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der partikelförmige Porenbildner mindestens ein aprotisches, cyclisches organisches Carbonat. Als geeignete cyclische Carbonate sind solche mit 3 bis 20, vorzugsweise 3 bis 10, und insbesondere 3 bis 5, Kohlenstoffatomen zu nennen. Als Beispiele sind Ethylencarbonat und Propylencarbonat hervorzuheben. Besonders bevorzugt wird Ethylencarbonat eingesetzt.
  • Als geeignete weitere Additive, die ebenfalls als Porenbildner gegebenenfalls in Mischungen mit den zuvor genannten Verbindungen eingesetzt werden können, sind insbesondere 1,3-Propansulton, Vinylencarbonat (1,3-Dioxolen-2-on), Vinylethylencarbonat (4-Vinyl-[1,3]dioxolan-2-on), und Fluorethylencarbonat (4-Fluor-1,3-dioxolan-2-on) hervorzuheben.
  • Optional kann die Elektrodenzusammensetzung weitere Bestandteile umfassen. Hervorzuheben sind insbesondere Leitadditive wie Graphit und/oder Leitruß, welche die elektrische Leitfähigkeit erhöhen.
  • Die Mengen der einzelnen Komponenten (i) bis (iv) sind stets auf die gewünschte Zusammensetzung und Porosität bzw. die Eigenschaften der Elektrode abzustimmen. Üblicherweise umfasst die Elektrodenzusammensetzung einen Anteil von 1 bis 60 Vol.-%, vorzugsweise 10 bis 50 Vol.-% und insbesondere 15 bis 45 Vol.-% an partikelförmigem Porenbildner, bezogen auf das Gesamtvolumen der Elektrodenzusammensetzung, umfassend mindestens die Bestandteile (i), (ii), (iii) und (iv).
  • Die Bestandteile der Elektrodenzusammensetzung, die auch in der späteren porösen Elektrode vorliegen sollen (d.h. der Komponenten (i), (ii) und (iv)), werden vorzugsweise so aufeinander abgestimmt, dass der Anteil an mindestens einem Bindemittel (ii) ausreichend ist, um eine stabile, poröse Elektrode zu gewährleisten und der Anteil an Aktivmaterial (i) möglichst hoch ist. Vorzugweise umfasst die Elektrodenzusammensetzung 80 bis 99,9 Gew.-% an Aktivmaterial (i), 0,1 bis 10 Gew.-% an Bindemittel (ii), und 0 bis 10 Gew.-% an Leitadditiv, bezogen auf die Gesamtmenge an Aktivmaterial (i), Bindemittel (ii) und Leitadditiv in der Elektrodenzusammensetzung. Stärker bevorzugt umfasst die Elektrodenzusammensetzung 85 bis 95 Gew.-% an Aktivmaterial (i), 2,5 bis 7,5 Gew.-% an Bindemittel (ii), und 2,5 bis 7,5 Gew.-% an Leitadditiven (iv) bezogen auf die Gesamtmenge an Aktivmaterial (i), Bindemittel (ii) und Leitadditiven (iv) in der Elektrodenzusammensetzung.
  • Die erfindungsgemäße Elektrodenzusammensetzung wird erhalten, indem die Bestandteile (i), (ii), (iii) und (iv) innig miteinander vermischt werden. Vorzugsweise wird die Elektrodenzusammensetzung in Verfahrensschritt (a) in Form einer homogenen, pulverförmigen Zusammensetzung bereitgestellt. Diese wird in Verfahrensschritt (b) in eine formbare Masse überführt, welche durch den Eintrag kinetischer und/oder thermischer Energie erhalten wird. Durch die Einbringung von Energie, insbesondere von Scherkräften werden aus den Bindemittelpartikeln Fibrillen ausgebildet, welche eine Agglomeration der Elektrodenzusammensetzung bewirken. Vorzugsweise geschieht dies durch die die Verwendung mechanischer Mühlen wie Strahl- oder Kugelmühlen.
  • Im Verfahrensschritt (c) wird die Elektrodenzusammensetzung als Schicht auf die Oberfläche eines Trägermaterials aufgebracht. In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Trägermaterial um die Oberfläche eines Werkzeugs, z.B. um die Oberfläche eines Laufbandes. Vorzugsweise ist dieses aus Kunststoff gefertigt. Die Schicht kann in diesem Fall am Ende des Herstellungsprozesses als freistehende, kompakte Elektrodenfolie entnommen werden. Um ein Anhaften der kompakten Elektrode an der Oberfläche des Trägermaterials zu vermeiden bzw. zu reduzieren, wird das Verfahren vorzugsweise bei einer Temperatur, die unterhalb der Glasübergangstemperatur Tg des mindestens einen Bindemittels liegt, durchgeführt. Die Schicht kann anschließend als freistehende, kompakte Elektrodenfolie von dem Trägermaterial abgelöst und auf einen Stromsammler, z.B. bei einer Temperatur oberhalb der Glasübergangstemperatur des Bindemittels, laminiert werden.
  • Das Trägermaterial kann in einer weiteren Ausführungsform auch die Oberfläche eines Stromsammlers sein. In diesem Fall wird keine freistehende Elektrodenfolie hergestellt, sondern gleich eine Elektrode erhalten.
  • Anschließend kann die kompakte Elektrode durch eine Presse, einen Stempel, eine Walze oder einen Kalander verdichtet werden. Der Verdichtungsschritt kann zusätzlich unter Einwirkung von Wärme erfolgen, um ein Anhaften des Bindemittels an der Oberfläche des Stromsammlers zu unterstützen und eine dauerhafte Verdichtung zu bewirken. Vorzugsweise wird die Temperatur jedoch nicht über die Schmelztemperatur des mindestens einen Porenbildners erhöht.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Verfahrensschritt (c) einen Schritt, in dem die Elektrodenzusammensetzung verdichtet wird. Die erhaltene kompakte Elektrode zeichnet sich so durch eine hohe Stabilität und eine geringe Porosität aus und kann so aufgrund der Stabilität gut verarbeitet werden.
  • Die so erhaltene kompakte Elektrode wird in einem nächsten Verfahrensschritt (d) eingesetzt, um eine elektrochemische Zelle, umfassend mindestens eine nach dem erfindungsgemäße Verfahren erhaltene kompakte Elektrode, umfassend die Elektrodenzusammensetzung gemäß Verfahrensschritt (a), herzustellen. Es ist auch möglich, eine Vielzahl erfindungsgemäßer, kompakter Elektroden in einer elektrochemischen Zelle einzusetzen. Die elektrochemische Zelle umfasst mindestens eine negative Elektrode (Anode), mindestens eine positive Elektrode (Kathode), sowie mindestens einen Separator, welcher zwischen der mindestens einen negativen Elektrode und der mindestens einen positiven Elektrode angeordnet ist und beide Elektroden voneinander trennt.
  • Vorzugsweise werden die Verfahrensschritte (a), (b), (c) und (d) bei einer Temperatur durchgeführt wird, bei welcher der partikelförmige Porenbildner als Feststoff vorliegt. Üblicherweise liegt die Verfahrenstemperatur während der Verfahrensschritt (a), (b), (c) und (d) unterhalb von 60°C, stärker bevorzugt unterhalb von 35°C, und insbesondere unterhalb von 20°C.
  • In einem nachfolgenden, optionalen Verfahrensschritt (e) wird die kompakte Elektrode, die bereits in eine elektrochemische Zelle eingebaut ist, erwärmt, um den mindestens einen partikelförmigen Porenbildner zu verflüssigen. Vorzugsweise wird die kompakte Elektrode dabei auf eine Temperatur erwärmt, die oberhalb der Schmelztemperatur des mindestens einen Porenbildners liegt. Das erwärmen ermöglicht die Freigabe der Poren durch den Porenbildner. Zudem werden durch Ausdehnung des Porenbildners bei erhöhten Temperaturen gegebenenfalls nicht zugängliche, verschlossene Poren geöffnet. Vorzugsweise liegt die Temperatur in diesem Verfahrensschritt (e) oberhalb von 20°C, stärker bevorzugt oberhalb von 35°C und insbesondere oberhalb von 60°C. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Verfahrensschritt (e) bei einer Temperatur durchgeführt, die mindestens 5°C, insbesondere mindestens 10°C, oberhalb der Schmelztemperatur des mindestens einen partikelförmigen Porenbildners liegt.
  • In einem weiteren Verfahrensschritt (f) wird die kompakte Elektrode zusätzlich oder alternativ zum Verfahrensschritt (e) mit mindestens einer flüssigen Elektrolytzusammensetzung oder mindestens einem flüssigen Bestandteil einer Elektrolytzusammensetzung für eine elektrochemische Zelle in Kontakt gebracht. Diese sind der Lage die erfindungsgemäßen Porenbildner aufzulösen. Die so erhaltene flüssige Zusammensetzung kann in der elektrochemischen Zelle verbleiben und dient darin als Elektrolytzusammensetzung.
  • Ohne darauf beschränkt zu sein umfassen typische Elektrolytzusammensetzungen als flüssige Bestandteile üblicherweise häufig mindestens ein aprotisches, organisches Lösungsmittel. Als Beispiele können aprotische Nitrile, aprotische Ether, aprotische Ester, aprotische Carbonate, oder ein Gemisch, umfassend eines der genannten Lösungsmittel, genannt werden.
  • Die Verfahrensschritte (e) und (f) können vorteilhaft auch gleichzeitig durchgeführt werden. Das Erwärmen der kompakten Elektrode bewirkt das Öffnen der gegebenenfalls verschlossenen Poren und erhöht zudem die Löslichkeit des vorzugsweise geschmolzenen Porenbildners in dem der flüssigen Elektrolytzusammensetzung. Zudem kann so die Zeit, die zur Befüllung der elektrochemischen Zelle mit der Elektrolytzusammensetzung benötigt wird, deutlich reduziert werden.
  • Verfahrensschritt (f) kann ferner unterstützt werden, indem das Einfüllen der flüssigen Elektrolytzusammensetzung unter reduziertem Druck erfolgt. So können Gaseinschlüsse und damit verbundene verlängerte Befüllungsdauern vermieden werden.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Porenbildner als mindestens ein cyclisches Carbonat, insbesondere Ethylencarbonat, und umfasst das flüssige Lösungsmittel der Elektrolytzusammensetzung mindestens ein acyclisches Carbonat, insbesondere Dimethylcarbonat.
  • Vorzugsweise umfasst die eingesetzte Elektrolytzusammensetzung ferner alle Bestandteile, welche der Elektrolytzusammensetzung nicht durch die Auflösung der eingesetzten Porenbildner zugeführt werden können, in ausreichender Menge. Insbesondere handelt es sich dabei um die bereits genannten aprotischen, organischen cyclischen Carbonate, die genannten Leitsalze, sowie die genannten Additive.
  • Die Menge an Lösungsmittel im Verhältnis zur Elektrodenzusammensetzung wird vorzugsweise so gewählt, dass die Gesamtmenge an Porenbildner darin gelöst werden kann, ohne dass dies die Eigenschaften der Elektrolytzusammensetzung negativ beeinflusst. Vielmehr haben die gelösten Porenbildner einen positiven Einfluss auf die Eigenschaften der Elektrolytzusammensetzung, insbesondere auf die Stabilität gegen hohe Temperaturen, die lonenleitfähigkeit und / oder die Bildung der Solid-Electrolyte-Interphase.
  • Durch das Auflösen des mindestens einen, in der (im Wesentlichen nicht porösen) kompakten Elektrode enthaltenen Porenbildners in der Elektrolytzusammensetzung bzw. des flüssigen Bestandteils derselben wird so in situ zum einen die poröse Elektrode und zum anderen die eigentliche Elektrolytzusammensetzung der elektrochemischen Zelle gebildet.
  • Gegenstand der Erfindung ist auch eine poröse Elektrode für eine elektrochemische Zelle, erhalten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
  • Die erfindungsgemäße poröse Elektrode kann vorteilhaft als Elektrode in einer elektrochemischen Zelle Verwendung finden, die vorzugsweise in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Fahrzeug mit einem herkömmlichen Verbrennungsmotor (ICE), in einem Elektrofahrzeug (EV), in einem Hybridfahrzeug (HEV), oder in einem Plug-In-Hybridfahrzeug (PHEV), eingesetzt werden.
  • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Herstellung von Elektroden elektrochemischer Zellen ohne den Einsatz von Lösungsmittel, wobei die Elektroden über eine vergleichsweise hohe Porosität verfügen, welche über einen breiten Bereich variiert werden kann. Durch den Verzicht auf Lösungsmittel kann entfallen zusätzliche Trocknungsschritte. Bei der Verwendung der erfindungsgemäß erhaltenen Elektrode in einer elektrochemischen Zelle kann der letzte Verfahrensschritt des Herstellungsverfahrens der porösen Elektrode vorteilhaft in der bereits fertigen elektrochemischen Zelle durchgeführt werden. So wird die Zeit für die Befüllung der Poren der Elektrode mit der Elektrolytzusammensetzung eingespart, da die Poren erst mit der Bildung der Elektrolytzusammensetzung in situ entstehen. Üblicherweise ist hierfür eine Vielzahl von Befüllungsschritten notwendig.
  • Figurenliste
  • Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • 1 einen schematischen Ausschnitt einer erfindungsgemäß hergestellten kompakten Elektrode vor der Auflösung der Porenbildner; und
    • 2 einen schematischen Ausschnitt einer erfindungsgemäß hergestellten porösen Elektrode nach der Auflösung der Porenbildner.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 1 zeigt einen schematischen Ausschnitt einer erfindungsgemäß hergestellten kompakten Elektrode 2 vor der Auflösung der Porenbildner 4. Die kompakte Elektrode 2 ist auf einer Oberfläche eines Substrats 1, vorliegend eines aus Aluminium gefertigten Stromsammlers, aufgebracht. Die kompakte Elektrode 2 umfasst mindestens ein partikelförmiges Aktivmaterial 3 (z.B. ein NCM-Mischoxid), mindestens einen partikelförmigen Porenbildner 4 (z.B. Ethylencarbonat), sowie partikelförmige Leitadditive 6 (z.B. Leitruß). Die partikelförmigen Komponenten sind durch Fibrillen aus Bindemittel 5 (z.B. aus PVDF) miteinander verbunden und bilden so eine kompakte Masse. Die kompakte Elektrode 2 wurde hergestellt, indem partikelförmiges Aktivmaterial 3, partikelförmiger Porenbildner 4, partikelförmiges Bindemittel 5 und Leitadditive 6 homogen vermischt wurden. Anschließend wurde das Bindemittel 5 durch den Eintrag von Scherenergie in das Gemisch fibrilliert. Die Fibrillen aus Bindemittel 5 halten die partikelförmigen Komponenten zusammen und bilden so eine formbare Masse, die auf die Oberfläche eines Substrats 1 kalandriert wurde.
  • 2 zeigt einen schematischen Ausschnitt der in 1 gezeigten poröse Elektrode 2' nachdem die Partikel der Porenbildner 4 aufgelöst wurden. An den betreffenden Stellen haben sich Poren 7 ausgebildet. Die Auflösung erfolgt, indem die poröse Elektrode 2' zunächst auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des Porenbildners 4 gebracht und anschließend bei dieser Temperatur mit einem Lösungsmittel in Kontakt gebracht wird. Vorliegend wurde als Lösungsmittel ein Gemisch aus Dimethylcarbonat und LiPF6 verwendet. Die sich so ergebende Zusammensetzung aus Dimethylcarbonat, Ethylencarbonat und LiPF6 kann unmittelbar als Elektrolytzusammensetzung in der elektrochemischen Zelle, in der die kompakte Elektrode 2 eingesetzt wird, verwendet werden.
  • Die genaue Zusammensetzung der kompakten Elektrode 2 und des Lösungsmittels sind im nachfolgenden Beispiel beschrieben. Das Vergleichsbeispiel beschreibt eine herkömmliche Elektrodenzusammensetzung.
  • Vergleichsbeispiel
  • Eine herkömmliche Elektrodenzusammensetzung umfasst üblicherweise
    • 90,0 g Aktivmaterial (NCM-Mischoxid)
    • 5,0 g Bindemittel
    • 5,0 g Leitadditiv
  • Diese Elektrodenzusammensetzung wird in einer Strahlmühle oder Kugelmühle bei 20°C bis 100°C, vorzugsweise bei 50°C bis 70°C zu einer formbaren Masse verarbeitet, auf einem Stromsammler aufgebracht und komprimiert. Die so erhaltene Elektrode wird in einer elektrochemischen Zelle mit einer Elektrolytzusammensetzung unter Vakuum in Kontakt gebracht, die folgende Zusammensetzung aufweist:
    • 30,92 g Ethylencarbonat
    • 30,92 g Dimethylcarbonat
    • 7,86 g LiPF6
  • Die Elektrode zeichnet sich durch eine geringe Porosität aus.
  • Beispiel
  • Die erfindungsgemäße Elektrodenzusammensetzung umfasst beispielsweise: 90,0 g Aktivmaterial (NCM-Mischoxid)
    • 5,0 g Bindemittel
    • 5,0 g Leitadditiv
    • 30,92 g Ethylencarbonat
  • Diese Elektrodenzusammensetzung wird in einer Strahlmühle bei 20°C bis 50°C zu einer formbaren Masse verarbeitet, auf einem Stromsammler aufgebracht und komprimiert. Die so erhaltene kompakte Elektrode 2' wird in einer elektrochemischen Zelle mit einer Elektrolytzusammensetzung unter Vakuum in Kontakt gebracht, die folgende Zusammensetzung aufweist:
    • 30,92 g Dimethylcarbonat
    • 7,86 g LiPF6
  • In Kontakt mit der Elektrodenzusammensetzung unter Vakuum und bei 50°C wird das Ethylencarbonat aus der kompakten Elektrode 2 gelöst. Die Eigenschaften der Elektrolytzusammensetzung werden durch den Zusatz von Ethylencarbonat hinsichtlich der Hitzestabilität verbessert. Die poröse Elektrode 2' zeichnet sich im Vergleich zu der herkömmlichen Elektrode gemäß dem Vergleichsbeispiel durch eine hohe Porosität aus.
  • 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
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  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2015/0357626 A1 [0004]
    • US 2010/0015327 A1 [0004]
    • US 2015303481 [0005]

Claims (10)

  1. Verfahren zur Herstellung elektrochemischen Zelle umfassend mindestens eine poröse Elektrode (2'), wobei das Verfahren mindestens die folgenden Verfahrensschritte umfasst: (a) Bereitstellen einer Elektrodenzusammensetzung in Form eines homogenen Gemisches umfassend (i) mindestens ein partikelförmiges Aktivmaterial (3); (ii) mindestens ein partikelförmiges Bindemittel (5); (iii) mindestens einen partikelförmigen Porenbildner (4); und (iv) optional mindestens ein Leitadditiv (6); (b) Bilden einer, formbaren Masse aus der Elektrodenzusammensetzung; (c) Aufbringen der Elektrodenzusammensetzung auf mindestens einer Oberfläche eines Substrats (1), um eine kompakte Elektrode (2) zu erhalten; (d) Herstellen einer elektrochemischen Zelle umfassend mindestens eine kompakte Elektrode (2), welche die Elektrodenzusammensetzung gemäß Verfahrensschritt (a) umfasst; und (e) Erwärmen der mindestens einen kompakten Elektrode (2), um den mindestens einen partikelförmigen Porenbildner (4) zu verflüssigen; und/oder (f) Inkontaktbringen der kompakten Elektrode (2) mit mindestens einer flüssigen Elektrolytzusammensetzung oder mindestens einem flüssigen Bestandteil einer Elektrolytzusammensetzung für eine elektrochemische Zelle, welche(r) in der Lage ist, den mindestens einen partikelförmigen Porenbildner (4) wenigstens teilweise zu lösen, um so eine poröse Elektrode (2') zu erhalten, wobei die Verfahrensschritte (a), (b), (c), (d) und (e) im Wesentlichen frei von Lösungsmitteln durchgeführt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Elektrodenzusammensetzung in Verfahrensschritt (b) in Form einer formbaren Masse bereitgestellt wird, welche durch den Eintrag kinetischer und/oder thermischer Energie erhalten wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Verfahrensschritt (c) einen Schritt umfasst, in dem die Elektrodenzusammensetzung komprimiert wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Verfahrensschritte (a), (b), (c) und (d) bei einer Temperatur durchgeführt werden, bei welcher der partikelförmige Porenbildner (4) als Feststoff vorliegt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der partikelförmige Porenbildner (4) ein Bestandteil einer Elektrolytzusammensetzung für eine elektrochemische Zelle ist.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das der flüssige Bestandteil einer Elektrolytzusammensetzung ein bei Raumtemperatur flüssiger Bestandteil einer Elektrolytzusammensetzung für eine elektrochemische Zelle ist.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der partikelförmige Porenbildner (4) ausgewählt ist aus mindestens einem Lithiumsalz, mindestens einem bei Raumtemperatur festen, organischen Carbonat und/oder mindestens einem Additiv, welches zur Verbesserung der Eigenschaften des Elektrolyten eingesetzt werden kann.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Verfahrensschritte (e) und (f) gleichzeitig durchgeführt werden.
  9. Poröse Elektrode (2') für eine elektrochemische Zelle (1), erhalten nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
  10. Verwendung einer porösen Elektrode (2') für eine elektrochemische Zelle (1) in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Fahrzeug mit einem herkömmlichen Verbrennungsmotor (ICE), in einem Elektrofahrzeug (EV), in einem Hybridfahrzeug (HEV), oder in einem Plug-In-Hybridfahrzeug (PHEV), eingesetzt.
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US17/056,027 US11581526B2 (en) 2018-05-17 2019-05-15 Method for producing porous electrodes for electrochemical cells
CN201980032800.2A CN112106229A (zh) 2018-05-17 2019-05-15 制备用于电化学电池的多孔电极的方法
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3124328A1 (fr) * 2021-06-17 2022-12-23 Saft Procede de preparation d’electrode poreuse sans solvant et les elements electrochimiques comprenant de telles electrodes
WO2023041584A1 (de) * 2021-09-17 2023-03-23 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zur herstellung einer elektrode einer festkörper-batteriezelle
DE102021211681A1 (de) 2021-10-15 2023-04-20 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zum Herstellen einer Elektrode, Elektrode, Verfahren zum Herstellen einer Lithium-Ionen-Zelle, Lithium-Ionen-Zelle
DE102022116851A1 (de) 2022-07-06 2024-01-11 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für eine Lithium-Ionen-Feststoffbatterie

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11482697B2 (en) * 2020-11-20 2022-10-25 EnPower, Inc. Solventless method of manufacturing multilayered electrodes
CA3239435A1 (en) 2021-11-30 2023-06-29 Aram Yang Catholytes for a solid-state battery
WO2023114436A1 (en) 2021-12-17 2023-06-22 Quantumscape Battery, Inc. Cathode materials having oxide surface species
CN116111042A (zh) * 2023-04-11 2023-05-12 宁德新能源科技有限公司 正极极片、二次电池和电子装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080226984A1 (en) * 2006-11-20 2008-09-18 Lee Sang-Min Electrode for a rechargeable lithium battery, and a rechargeable lithium battery fabricated therefrom
WO2017053962A1 (en) * 2015-09-24 2017-03-30 Massachusetts Institute Of Technology Systems and methods of preparing lithium sulfur electrode using sacrificial template

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE360952B (de) * 1970-12-21 1973-10-08 Suab
US4396693A (en) * 1981-01-19 1983-08-02 Mpd Technology Corporation Production of a cell electrode system
JP2005158401A (ja) 2003-11-25 2005-06-16 Toyota Motor Corp 正極活物質およびその製造方法ならびにリチウムイオン二次電池
DE102006047823A1 (de) * 2006-08-07 2008-02-14 Mtu Cfc Solutions Gmbh Elektrode für eine Schmelzkarbonat-Brennstollzelle und Verfahren zu ihrer Herstellung
US8202569B2 (en) 2008-07-21 2012-06-19 Battelle Memorial Institute Process of making porous electrodes
US9039788B2 (en) * 2009-11-18 2015-05-26 Battelle Memorial Institute Methods for making anodes for lithium ion batteries
DE102012203019A1 (de) * 2012-02-28 2013-08-29 Technische Universität Dresden Kathode für Lithium-haltige Batterien und lösungsmittelfreies Verfahren zu deren Herstellung
CN113223860B (zh) 2014-04-18 2023-08-08 特斯拉公司 干式储能装置电极及其制造方法
US20150357626A1 (en) 2014-06-05 2015-12-10 24M Technologies, Inc. Porous semi-solid electrode and methods of manufacturing the same
DE102016217386A1 (de) * 2016-09-13 2018-03-15 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur lösungsmittelfreien Herstellung einer Aktivmaterialzusammensetzung

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080226984A1 (en) * 2006-11-20 2008-09-18 Lee Sang-Min Electrode for a rechargeable lithium battery, and a rechargeable lithium battery fabricated therefrom
WO2017053962A1 (en) * 2015-09-24 2017-03-30 Massachusetts Institute Of Technology Systems and methods of preparing lithium sulfur electrode using sacrificial template

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3124328A1 (fr) * 2021-06-17 2022-12-23 Saft Procede de preparation d’electrode poreuse sans solvant et les elements electrochimiques comprenant de telles electrodes
WO2023041584A1 (de) * 2021-09-17 2023-03-23 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zur herstellung einer elektrode einer festkörper-batteriezelle
DE102021211681A1 (de) 2021-10-15 2023-04-20 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zum Herstellen einer Elektrode, Elektrode, Verfahren zum Herstellen einer Lithium-Ionen-Zelle, Lithium-Ionen-Zelle
DE102021211681B4 (de) 2021-10-15 2023-05-04 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zum Herstellen einer Elektrode, Elektrode, Verfahren zum Herstellen einer Lithium-Ionen-Zelle, Lithium-Ionen-Zelle
DE102022116851A1 (de) 2022-07-06 2024-01-11 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für eine Lithium-Ionen-Feststoffbatterie

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US11581526B2 (en) 2023-02-14

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