DE102019109376A1

DE102019109376A1 - Verfahren zur herstellung von lithium-metallanoden

Info

Publication number: DE102019109376A1
Application number: DE102019109376.7A
Authority: DE
Inventors: Michael P. Balogh; Hongliang Wang; Fang DAI; Tengjiao Qi
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2018-04-17
Filing date: 2019-04-09
Publication date: 2019-10-17
Also published as: US20190319259A1; CN110391399A; US10608241B2

Abstract

Eine lithiumbasierte Elektrodenanordnung und damit verbundene Herstellungsverfahren sind vorgesehen. Die lithiumbasierte Elektrodenanordnung umfasst einen Metallstromabnehmer, eine Elektrode mit Lithiummetall und eine dazwischen angeordnete Zwischenschicht. Die Zwischenschicht, umfassend eine intermetallische Verbindung, umfassend das Lithiummetall der Elektrode und ein Metall, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Aluminium, Silber, Gold, Barium, Wismut, Bor, Kalzium, Cadmium, Kohlenstoff, Gallium, Germanium, Quecksilber, Indium, Iridium, Blei, Palladium, Platin, Rhodium, Antimon, Selen, Silizium, Zinn, Strontium, Schwefel, Tellur, Zink und Kombinationen derselben. Das Verfahren zum Bilden der Lithiumanordnung beinhaltet das Beschichten einer Oberfläche des Metallstromabnehmers mit der Zwischenschicht, das Anordnen der Elektrode auf einer freiliegenden Oberfläche der Zwischenschicht und das Erwärmen der Elektrode, der Zwischenschicht und des Metallstromabnehmers zum Bilden der intermetallischen Lithiumverbindung, die den Metallstromabnehmer und die Elektrode miteinander verbindet.

Description

EINLEITUNG
Dieser Abschnitt sieht Hintergrundinformationen in Bezug auf die vorliegende Offenbarung vor, bei denen es sich nicht notwendigerweise um den Stand der Technik handelt.
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf lithiumbasierte Elektrodenanordnungen und damit verbundene Herstellungsverfahren. Eine lithiumbasierte Elektrodenanordnung beinhaltet einen Metallstromabnehmer, eine Lithium-Metallelektrode und eine dazwischen angeordnete Zwischenschicht, wobei die Zwischenschicht eine intermetallische Verbindung umfasst.
Vor diesem Hintergrund können elektrochemische Zellen mit hoher Energiedichte, wie Lithium-Ionen-Batterien und Lithium-Schwefel-Batterien, können in einer Vielzahl von Verbraucherprodukten und Fahrzeugen, wie Hybrid-Elektrofahrzeugen (HEV) und Elektrofahrzeugen (EV), verwendet werden. Typische Lithium-Ionen- und Lithium-Schwefel-Batterien beinhalten eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode, ein Elektrolytmaterial und einen Separator. Eine Elektrode dient als positive Elektrode oder Kathode (bei Entladung) und eine andere dient als negative Elektrode oder Anode (bei Entladung). Ein Stapel von Batteriezellen kann elektrisch verbunden sein, um die Gesamtleistung zu erhöhen. Konventionelle wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterien arbeiten durch umkehrbares Hin- und Herleiten von Lithium-Ionen zwischen der negativen Elektrode und der positiven Elektrode und wieder zurück. Ein Separator und ein Elektrolyt sind zwischen der negativen Elektrode und der positiven Elektrode angeordnet. Der Elektrolyt ist für die Leitung von Lithium-Ionen geeignet und kann in fester (z. B. Festkörperdiffusion) oder flüssiger Form vorliegen. Beim Laden der Batterie bewegen sich Lithium-Ionen aus einer Kathode (positive Elektrode) zu einer Anode (negative Elektrode) und beim Entladen der Batterie in der entgegengesetzten Richtung.
Viele verschiedene Materialien können zur Herstellung von Komponenten für eine Lithium-Ionen-Batterie verwendet werden. Gebräuchliche Materialien für negative Elektroden beinhalten Lithium-Insertionsmaterialien oder Legierungswirtsmaterialien, wie Lithium-Graphit-Interkalationsverbindungen oder Lithium-Silizium-Verbindungen, Lithium-Zinn-Legierungen und Lithium-Titanat (LTO) (z. B. Li_4+xTi₅O₁₂, wobei 0 ≤ x ≤ 3 ist, wie beispielsweise Li₄Ti₅O₁₂). Die negative Elektrode kann ebenfalls aus metallischem Lithium bestehen (häufig auch als Lithium-Metall-Anode (LMA) bezeichnet), wodurch die elektrochemische Zelle als Lithium-Metall-Batterie oder -Zelle betrachtet wird. Die Verwendung von metallischem Lithium in der negativen Elektrode einer wiederaufladbaren Batterie hat verschiedene potenzielle Vorteile, darunter die höchste theoretische Kapazität und das niedrigste elektrochemische Potential. So können Batterien mit Lithium-MetallAnoden eine höhere Energiedichte aufweisen, was die Speicherkapazität potenziell verdoppeln und die Größe der Batterie halbieren kann, während sie eine ähnliche Lebensdauer wie andere Lithium-Ionen-Batterien aufrechterhalten. Lithium-Metall-Batterien sind somit einer der vielversprechendsten Kandidaten für Hochenergiespeichersysteme.
In manchen Fällen weisen Lithium-Metall-Batterien jedoch auch potenzielle Nachteile auf. So kann beispielsweise die vergleichsweise hohe Reaktivität des Lithiummetalls zu Grenzflächeninstabilität und unerwünschten Nebenreaktionen führen. Bei der Herstellung und/oder dem Betrieb der elektrochemischen Zelle können Nebenreaktionen zwischen dem Lithiummetall und verschiedenen Spezies auftreten, denen das Lithiummetall ausgesetzt sein kann. Diese Nebenreaktionen können zu einer ungünstigen Dendritenbildung führen. Eine weitere mögliche Quelle für Leistungseinbußen in Lithium-Metall-Batterien kann sich aus einer schwachen langfristigen Haftung des Lithiummetalls an einem Metallstromabnehmer der negativen Elektrode ergeben. In einigen Fällen kann die schwache langfristige Haftung zu unerwünschten Erhöhungen von Widerstand und Impedanz während des Zellzyklus führen.
Dementsprechend wäre es wünschenswert, zuverlässige, leistungsstarke lithiumhaltige negative Elektrodenmaterialien zur Verwendung in hochenergetischen elektrochemischen Zellen und damit verbundene Verfahren zu entwickeln, die unerwünschte Nebenreaktionen minimieren und die langfristige Haftung zwischen dem Lithiummetall und dem Metallstromabnehmer gewährleisten oder verbessern.
KURZDARSTELLUNG
Dieser Abschnitt sieht eine allgemeine Kurzdarstellung der Offenbarung vor und ist keine umfassende Offenbarung des vollständigen Schutzumfangs oder aller Merkmale.
In verschiedenen Aspekten sieht die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Bilden einer lithiumbasierten negativen Elektrodenanordnung vor. Das Verfahren kann das Beschichten einer Oberfläche eines Metallstromabnehmers mit einer Zwischenschicht, das Anordnen einer Elektrode, die Lithiummetall umfasst, auf einer freigelegten Oberfläche der Zwischenschicht und das Bilden einer intermetallischen Lithiumverbindung, die Lithiummetall umfasst, der Elektrode und dem Metall der Zwischenschicht beinhalten. Die Zwischenschicht kann ein Metall beinhalten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Silber (Ag), Aluminium (Al), Gold (Au), Barium (Ba), Wismut (Bi), Bor (B), Calcium (Ca), Cadmium (Cd), Kohlenstoff (C), Gallium (Ga), Germanium (Ge), Quecksilber (Hg), Indium (In), Iridium (Ir), Blei (Pb), Palladium (Pd), Platin (Pt), Rhodium (Rh), Antimon (Sb), Selen (Se), Silizium (Si), Zinn (Sn), Strontium (Sr), Schwefel (S), Tellur (Te), Zink (Zn) und Kombinationen derselben.
In einem Aspekt kann das Bilden der intermetallischen Lithiumverbindung das Anwenden von Wärme an der Elektrode und der Zwischenschicht beinhalten.
In einem Aspekt kann die zugeführte Wärme zwischen etwa 100 °C und etwa 300 °C liegen, und die Wärme kann für eine Zeitspanne von etwa 1 Minute bis etwa 15 Minuten angewendet werden.
In einem Aspekt kann das Bilden der intermetallischen Lithiumverbindung das Aufbringen von Druck auf die Elektrode, die Zwischenschicht und den Metallstromabnehmer beinhalten.
In einem Aspekt kann der angewandte Druck zwischen etwa 0,1 MPa und etwa 0,6 MPa liegen, und der Druck kann für eine Zeitspanne von etwa 1 Minute bis etwa 15 Minuten angelegt werden.
In einem Aspekt kann der Metallstromabnehmer ausgewählt werden aus der Gruppe bestehend aus: Kupfer (Cu), Nickel (Ni), Eisen (Fe), Titan (Ti), Chrom (Cr) und Kombinationen derselben; und der Metallstromabnehmer kann eine Dicke im Bereich von etwa 1 µm bis etwa 25 µm aufweisen.
In einem Aspekt kann die Zwischenschicht eine Dicke von weniger als etwa 1 µm aufweisen.
In einem Aspekt kann die Beschichtung der Oberfläche des Metallstromabnehmers mit der Zwischenschicht das Abscheiden des Metalls der Zwischenschicht auf der Oberfläche des Stromabnehmers unter Verwendung eines Beschichtungsverfahrens beinhalten, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Galvanisieren, Sputtern, Vakuummetallisierung, Plasma-Gasphasenabscheidung, chemische Gasphasenabscheidung und Kombinationen derselben.
In einem Aspekt kann die Elektrode eine Dicke im Bereich von etwa 1 µm bis etwa 20 µm aufweisen.
In einem Aspekt kann das Anordnen der Elektrode auf der freiliegenden Oberfläche der Zwischenschicht das Kontaktieren der Elektrode mit der Oberfläche der Zwischenschicht unter Verwendung eines Fügeverfahrens beinhalten, das aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus: Laminieren, thermisches Verbinden, Heißtauchen, Punktschweißen, Laserschweißen, Ultraschallschweißen und Kombinationen derselben.
In verschiedenen Aspekten sieht die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Bilden einer lithiumbasierten negativen Elektrodenanordnung vor. Das Verfahren kann das Bilden einer Zwischenschicht auf einer Oberfläche eines Metallstromabnehmers, das Kontaktieren einer Elektrode, die Lithiummetall beinhaltet, und einer freiliegenden Oberfläche der Zwischenschicht sowie das Erwärmen der Elektrode und der Zwischenschicht zum Bilden einer intermetallischen Lithiumverbindung beinhalten. Die intermetallische Lithiumverbindung beinhaltet Lithiummetall von der Elektrode und dem Metall der Zwischenschicht. Die Zwischenschicht kann ein Metall beinhalten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Silber (Ag), Aluminium (Al), Zinn (Sn), Zink (Zn) und Kombinationen derselben, und der Metallstromabnehmer ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Kupfer (Cu), Nickel (Ni), Eisen (Fe), Titan (Ti) und Kombinationen derselben.
In einem Aspekt können die Elektrode und die Zwischenschicht auf eine Temperatur im Bereich von etwa 100 °C bis etwa 300 °C für eine Zeitdauer von etwa 1 Minute bis etwa 15 Minuten erwärmt werden.
In einem Aspekt kann das Bilden der intermetallischen Lithiumverbindung das Aufbringen von Druck auf die Elektrode, die Zwischenschicht und den Metallstromabnehmer beinhalten. Der angewandte Druck kann zwischen etwa 0,1 MPa und etwa 0,6 MPa liegen, und der Druck kann für eine Zeitspanne von etwa 1 Minute bis etwa 15 Minuten angelegt werden.
In einem Aspekt können die Elektrode und die Zwischenschicht auf eine Temperatur im Bereich von etwa 140 °C bis etwa 180 °C erwärmt werden.
In einem Aspekt beinhaltet das Bilden der Zwischenschicht auf der Oberfläche des Metallstromabnehmers das Abscheiden des Metalls auf der Oberfläche des Stromabnehmers unter Verwendung eines Beschichtungsverfahrens, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Galvanisieren, Sputtern, Vakuummetallisierung, Plasma-Gasphasenabscheidung, chemische Gasphasenabscheidung und Kombinationen derselben.
In einem Aspekt kann das Kontaktieren der Elektrode und der freiliegenden Oberfläche der Zwischenschicht das Verbinden der Elektrode mit der Oberfläche der Zwischenschicht unter Verwendung eines Fügeverfahrens beinhalten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Laminieren, thermisches Verbinden, Heißtauchen, Punktschweißen, Laserschweißen, Ultraschallschweißen und Kombinationen derselben.
In noch weiteren Aspekten sieht die vorliegende Offenbarung eine lithiumbasierte Elektrodenanordnung vor, die einen Metallstromabnehmer, eine Elektrode mit Lithiummetall und eine dazwischen angeordnete Zwischenschicht beinhaltet. Die Zwischenschicht beinhaltet eine intermetallische Verbindung, die das Lithiummetall der Elektrode und ein Metall beinhaltet, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Silber (Ag), Aluminium (Al), Gold (Au), Barium (Ba), Wismut (Bi), Bor (B), Calcium (Ca), Cadmium (Cd), Kohlenstoff (C), Gallium (Ga), Germanium (Ge), Quecksilber (Hg), Indium (In), Iridium (Ir), Blei (Pb), Palladium (Pd), Platin (Pt), Rhodium (Rh), Antimon (Sb), Selen (Se), Silizium (Si), Zinn (Sn), Strontium (Sr), Schwefel (S), Tellur (Te), Zink (Zn) und Kombinationen derselben.
In einem Aspekt kann der Metallstromabnehmer eine Dicke im Bereich von etwa 1 µm bis etwa 25 µm aufweisen, die Zwischenschicht kann eine Dicke von weniger als etwa 1 µm aufweisen und die Elektrode kann eine Dicke im Bereich von etwa 1 µm bis etwa 20 µm aufweisen.
In einem Aspekt kann das Metall Silber (Ag) und die intermetallische Lithiumverbindung kann Li₄Ag sein.
In einem Aspekt kann das Metall Zink (Zn) und die intermetallische Lithiumverbindung kann LiZn sein.
In einem Aspekt kann das Metall Aluminium (Al) und die intermetallische Lithiumverbindung kann Li₉Al₄ sein.
In einem Aspekt kann das Metall Zinn (Sn) und die intermetallische Lithiumverbindung kann Li₁₇Sn₄ sein.
Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hierin bereitgestellten Beschreibung ersichtlich. Die Beschreibung und spezifischen Beispiele in dieser Zusammenfassung dienen ausschließlich zur Veranschaulichung und sollen keinesfalls den Umfang der vorliegenden Offenbarung beschränken.
Figurenliste
Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen ausschließlich der Veranschaulichung ausgewählter Ausführungsformen und stellen nicht die Gesamtheit der möglichen Realisierungen dar und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht beschränken.

1 zeigt eine Schnittansicht eines Beispiels einer lithiumbasierten Elektrodenanordnung, die gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenbarung gebildet wurde.
Die 2A und 2B sind Darstellungen der Schälfestigkeit. 2A veranschaulicht eine konventionell gebildete lithiumbasierte Elektrodenanordnung, und 2B veranschaulicht eine lithiumbasierte Elektrodenanordnung, die gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenbarung gebildet wurde.

Ähnliche Bezugszeichen in den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen bezeichnen ähnliche Teile.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es werden exemplarische Ausführungsformen bereitgestellt, damit diese Offenbarung gründlich ist und den Fachleuten deren Umfang vollständig vermittelt. Es werden zahlreiche spezifische Details dargelegt, wie beispielsweise Beispiele für spezifische Zusammensetzungen, Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren, beschrieben, um ein gründliches Verständnis von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu ermöglichen. Fachleute werden erkennen, dass spezifische Details möglicherweise nicht erforderlich sind, dass exemplarische Ausführungsformen in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden können und dass keine der Ausführungsformen dahingehend ausgelegt werden soll, dass sie den Umfang der Offenbarung einschränkt. In einigen exemplarischen Ausführungsformen sind wohlbekannte Verfahren, wohlbekannte Vorrichtungsstrukturen und wohlbekannte Techniken nicht ausführlich beschrieben.
Die hier verwendete Terminologie dient ausschließlich der Beschreibung bestimmter exemplarischer Ausführungsformen und soll in keiner Weise einschränkend sein. Wie hierin verwendet, schließen die Singularformen „ein/eine“ und „der/die/das“ gegebenenfalls auch die Pluralformen ein, sofern der Kontext dies nicht klar ausschließt. Die Begriffe „umfasst“, „umfassend“, „beinhalteten“ und „aufweisen“ sind einschließend und geben daher das Vorhandensein der angegebenen Merkmale, Elemente, Zusammensetzungen, Schritte, Ganzzahlen, Vorgänge, und/oder Komponenten an, schließen aber nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen von einer oder mehreren anderen Merkmalen, Ganzzahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen hiervon aus. Obwohl der offen ausgelegte Begriff „umfasst“ als ein nicht einschränkender Begriff zu verstehen ist, der zum Beschreiben und Beanspruchen verschiedener, hier dargelegter Ausführungsformen verwendet wird, kann der Begriff unter bestimmten Gesichtspunkten alternativ verstanden werden, etwa stattdessen ein mehr begrenzender und einschränkender Begriff zu sein, wie „bestehend aus“ oder „bestehend im Wesentlichen aus“. Somit beinhaltet jegliche Ausführungsform, die Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente, Funktionen, ganze Zahlen, Operationen, und/oder Verfahrensschritte aufführt, der vorliegenden Offenbarung ausdrücklich auch Ausführungsformen bestehend aus, oder bestehend im Wesentlichen aus, so aufgeführte Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elementen, Funktionen, Zahlen, Operationen und/oder Verfahrensschritte. Bei „bestehend aus“ schließt die alternative Ausführungsform jegliche zusätzlichen Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente, Funktionen, Zahlen, Operationen, und/oder Verfahrensschritte aus, während bei „bestehend im Wesentlichen aus“ jegliche zusätzliche Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente, Funktionen, Zahlen, Operationen und/oder Verfahrensschritte, die stoffschlüssig die grundlegenden und neuen Eigenschaften beeinträchtigen, von einer solchen Ausführungsform ausgeschlossen sind, jedoch jegliche Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente, Funktionen, ganze Zahlen, Operationen und/oder Verfahrensschritte, die materialmäßig nicht die grundlegenden und neuen Eigenschaften beeinträchtigen, können in der Ausführungsform beinhaltet sein.
Alle hierin beschriebenen Verfahrensschritte, Prozesse und Vorgänge sind nicht dahingehend auszulegen, dass die beschriebene oder dargestellte Reihenfolge unbedingt erforderlich ist, sofern dies nicht spezifisch als Reihenfolge der Ausführung angegeben ist. Es sei außerdem darauf hingewiesen, dass zusätzliche oder alternative Schritte angewendet werden können, sofern nicht anders angegeben.
Wenn eine Komponente, ein Element oder eine Schicht als „an/auf“, „in Eingriff mit“, „verbunden mit“ oder „gekoppelt mit“ einer anderen Komponente bzw. einem anderen Element oder einer anderen Schicht beschrieben wird, kann es/sie sich entweder direkt an/auf der anderen Komponente, dem anderen Element oder der anderen Schicht befinden, damit in Eingriff stehen, damit verbunden oder damit gekoppelt sein oder es können dazwischenliegende Elemente oder Schichten vorhanden sein. Wenn, im Gegensatz dazu, ein Element als „direkt an/auf“, „direkt im Eingriff mit“, „direkt verbunden mit“ oder „direkt gekoppelt mit“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht beschrieben wird, können keine dazwischen liegenden Elemente oder Schichten vorhanden sein. Andere Wörter, die zum Beschreiben des Verhältnisses zwischen Elementen verwendet werden, sind in gleicher Weise zu verstehen (z. B. „zwischen“ und „direkt zwischen“, „angrenzend“ und „direkt angrenzend“ usw.). Wie hier verwendet, schließt der Begriff „und/oder“ alle Kombinationen aus einem oder mehreren der zugehörigen aufgelisteten Elemente ein.
Obwohl die Begriffe erste, zweite, dritte usw. hier verwendet werden können, um verschiedene Schritte, Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte zu beschreiben, sollen diese Schritte, Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte nicht durch diese Ausdrücke einschränkt werden. Diese Begriffe werden nur verwendet, um einen Schritt, ein Element, eine Komponente, einen Bereich, eine Schicht oder einen Abschnitt von einem anderen Schritt, einem anderen Element, einem anderen Bereich, einer anderen Schicht oder einem anderen Abschnitt zu unterscheiden. Begriffe wie „erste“, „zweite“ und andere Zahlenbegriffe, wenn hierin verwendet, implizieren keine Sequenz oder Reihenfolge, es sei denn, durch den Kontext eindeutig angegeben. Somit könnte ein nachstehend erläuterter erster Schritt, diskutiertes erstes Element, diskutierte Komponente, diskutierter Bereich, diskutierte Schicht oder diskutierter Abschnitt als ein zweiter Schritt, ein zweites Element, eine zweite Komponente, ein zweiter Bereich, eine zweite Schicht oder ein zweiter Abschnitt bezeichnet werden, ohne von der Lehre der exemplarischen Ausführungsformen abzuweichen.
Raumbezogene oder zeitbezogene Begriffe, wie „davor“, „danach“, „innere“, „äußere“, „unterhalb“, „unter“, „untere“, „über“, „obere“ und dergleichen, können hier zur besseren Beschreibung der Beziehung von einem Element oder einer Eigenschaft zu anderen Element(en) oder Eigenschaft(en), wie in den Figuren dargestellt, verwendet werden. Raumbezogene oder zeitbezogene Begriffe können dazu bestimmt sein, verschiedene in Anwendung oder Betrieb befindliche Anordnungen der Vorrichtung oder des Systems zu umschreiben, zusätzlich zu der auf den Figuren dargestellten Ausrichtung.
In dieser Offenbarung repräsentieren die numerischen Werte grundsätzlich ungefähre Messwerte oder Grenzen von Bereichen, etwa kleinere Abweichungen von den bestimmten Werten und Ausführungsformen, die ungefähr den genannten Wert aufweisen, sowie solche mit genau dem genannten Wert zu umfassen. Im Gegensatz zu den am Ende der ausführlichen Beschreibung bereitgestellten Anwendungsbeispielen sollen alle numerischen Werte der Parameter (z. B. Größen oder Bedingungen) in dieser Spezifikation einschließlich der beigefügten Ansprüche in allen Fällen durch den Begriff „ungefähr“ verstanden werden, egal ob oder ob nicht „ungefähr“ tatsächlich vor dem Zahlenwert erscheint. „Ungefähr“ weist darauf hin, dass der offenbarte numerische Wert eine gewisse Ungenauigkeit zulässt (mit einer gewissen Annäherung an die Exaktheit im Wert; ungefähr oder realistisch nahe am Wert; annähernd). Falls die Ungenauigkeit, die durch „ungefähr“ bereitgestellt ist, in Fachkreisen nicht anderweitig mit dieser gewöhnlichen Bedeutung verständlich ist, dann gibt „ungefähr“, wie hierin verwendet, zumindest Variationen an, die sich aus gewöhnlichen Messverfahren und der Verwendung derartiger Parameter ergeben. So kann beispielsweise „etwa“ eine Variation von weniger als oder gleich 5 %, gegebenenfalls weniger als oder gleich 4 %, gegebenenfalls weniger als oder gleich 3 %, gegebenenfalls weniger als oder gleich 2 %, gegebenenfalls weniger als oder gleich 1 %, gegebenenfalls weniger als oder gleich 0,5 % und unter bestimmten Gesichtspunkten gegebenenfalls weniger als oder gleich 0,1 % umfassen.
Darüber hinaus beinhaltet die Angabe von Bereichen die Angabe aller Werte und weiter unterteilter Bereiche innerhalb des gesamten Bereichs, einschließlich der für die Bereiche angegebenen Endpunkten und Unterbereiche.
Es werden nun exemplarische Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlicher beschrieben.
Die vorliegende Technologie sieht eine Elektrodenanordnung für eine elektrochemische Zelle vor. Eine elektrochemische Zelle kann beispielsweise eine Batterie, einen Kondensator oder einen Superkondensator beinhalten. Geeignete Batterien können Lithium-Ionen-, Lithium-Schwefel- und symmetrische Lithium-Lithium-Batterien beinhalten. Elektrochemische Zellen mit hoher Energiedichte, wie Lithium-basierte Batterien können in einer Vielzahl von Verbraucherprodukten verwendet werden. Im Einzelfall werden diese elektrochemischen Zellen in Fahrzeuganwendungen verwendet. Die derzeitige Technologie kann auch in einer Vielzahl anderer Anwendungen eingesetzt werden. Vorrichtungen, in denen diese elektrochemischen Zellen verwendet werden können, beinhalten beispielsweise einen Elektromotor für ein Hybridfahrzeug oder ein rein elektrisches Fahrzeug, einen Laptop-Computer, einen Tablet-Computer, ein Mobiltelefon und drahtlose Elektrowerkzeuge oder - geräte.
In verschiedenen Aspekten sieht die vorliegende Offenbarung eine lithiumbasierte Elektrodenanordnung und die damit verbundenen Herstellungsverfahren vor. Die lithiumbasierte Elektrodenanordnung beinhaltet einen beschichteten Metallstromabnehmer und eine elektroaktive Lithiummetallschicht, die auf der beschichteten Oberfläche des Metallstromabnehmers angeordnet ist. Das Metall im Metallstromabnehmer ist optional ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Kupfer (Cu), Nickel (Ni), Eisen (Fe), Titan (Ti), Chrom (Cr), Molybdän (Mo) und Kombinationen derselben. Der Stromabnehmer kann beispielsweise aus einer Eisenlegierung, wie beispielsweise Edelstahl, gebildet sein. Kupfer und Nickel sind besonders anspruchsvolle Metallsubstrate, auf denen sich eine Lithiummetallschicht bildet, da diese Metalle bei Raumtemperatur typischerweise nicht mit Lithium reagieren und eine erhebliche Keimbildungsüberspannung aufweisen. Des Weiteren neigen diese Metalle zum Bilden von Metalloxiden, die das Bilden einer gleichmäßigen Schicht aus Lithiummetall mit guter Haftung mit dem Metallstromabnehmer möglicherweise weiter hemmen können. Derzeitige Techniken zum Bilden von Lithiummetallschichten auf derartigen Metallstromabnehmern beinhalten häufig die Behandlung der Stromabnehmer mit starken Lösungsmitteln (z. B. Toluol, Aceton) und Säuren (z. B. Schwefelsäure). Allerdings kann auch nach der Behandlung mit derartigen Techniken noch eine beträchtliche Menge an Metalloxiden auf der Oberfläche des behandelten Stromabnehmers verbleiben, was die Benetzbarkeit des Lithiummetalls auf der Oberfläche des Stromabnehmers verringert und die Haftfestigkeit zwischen dem Lithiummetall und dem Stromabnehmer negativ beeinflusst wird. Wenn die Verbindung zwischen dem Lithiummetall und dem Stromabnehmer nicht robust ist, erhöht sich der Widerstand und die Impedanz der Elektrode im Laufe der Zeit. Die gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung gebildete lithiumbasierte Elektrodenanordnung weist eine verbesserte Haftung zwischen der Lithiummetallschicht und dem Metallstromabnehmer auf.
In 1 ist eine exemplarische lithiumbasierte Elektrodenanordnung 50 dargestellt, die gemäß bestimmten Verfahren der vorliegenden Offenbarung, wie nachstehend erläutert, gebildet wurde. Die lithiumbasierte Elektrodenanordnung 50 beinhaltet einen Metallstromabnehmer 52, der im Wesentlichen parallel zu einer Lithium-Metallschicht oder - quelle 60 verläuft, und eine dazwischen angeordnete Zwischenschicht 54, die den Metallstromabnehmer 52 und die Lithiummetallschicht 60 verbindet. Die Zwischenschicht 54 beinhaltet eine intermetallische Lithiumverbindung, wie nachfolgend beschrieben. Die intermetallische Lithiumverbindung verbindet die Lithiummetallschicht 60 und den Metallstromabnehmer 52, um die lithiumbasierte Elektrodenanordnung 50 zu bilden. In bestimmten Aspekten kann die lithiumbasierte Elektrodenanordnung 50 eine negative Elektrode auf Lithiumbasis sein.
In bestimmten Variationen ist der Metallstromabnehmer 52 ein Film oder eine Folie mit einer Dicke im Bereich von etwa 1 µm bis etwa 25 µm und in bestimmten Aspekten optional von etwa 5 µm bis etwa 10 µm. Die Lithiummetallschicht 60 kann ein Lithiumfilm oder eine -folie sein und eine aufgebrachte Dicke im Bereich von etwa 1 µm bis etwa 20 µm und in bestimmten Aspekten optional von etwa 2 µm bis etwa 10 µm aufweisen. Wie ein Fachmann verstehen wird, kann die Dicke der Lithiummetallschicht 60 während des Zyklus einer elektrochemischen Zelle einschließlich der lithiumbasierten Elektrodenanordnung 50 zunehmen. So kann beispielsweise in der elektrochemischen Zelle vorhandenes Lithium auf die Lithiummetallschicht 60 aufgebracht werden. Somit kann die Lithiummetallschicht 60 eine dünne Initiator- oder Stoßblechschicht sein, um das spätere Wachstum des Lithiums (das aus dem aktiven Material und/oder Elektrolyten innerhalb der elektrochemischen Zelle wandert) zu fördern. Obwohl die Dicke der Zwischenschicht 54 vom Dispositionsverfahren abhängig ist, wie nachfolgend hervorgehoben, kann die Zwischenschicht 54 in verschiedenen Fällen eine Dicke im Bereich von etwa 0,01 µm bis etwa 5 µm und in bestimmten Aspekten optional von etwa 0,02 µm bis etwa 1 µm aufweisen.
Der Metallstromabnehmer 52 kann ein Metall umfassen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Kupfer (Cu), Nickel (Ni), Eisen (Fe), Titan (Ti), Chrom (Cr) und Kombinationen derselben. Die Zwischenschicht 54 beinhaltet eine intermetallische Lithiumverbindung, die Lithiummetall aus der Lithiummetallschicht 60 und ein Metall umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Silber (Ag), Aluminium (Al), Gold (Au), Barium (Ba), Wismut (Bi), Bor (B), Calcium (Ca), Cadmium (Cd), Kohlenstoff (C), Gallium (Ga), Germanium (Ge), Quecksilber (Hg), Indium (In), Iridium (Ir), Blei (Pb), Palladium (Pd), Platin (Pt), Rhodium (Rh), Antimon (Sb), Selen (Se), Silizium (Si), Zinn (Sn), Strontium (Sr), Schwefel (S), Tellur (Te), Zink (Zn) und Kombinationen derselben. So kann beispielsweise die Zwischenschicht 54 in verschiedenen Fällen eine intermetallische Lithiumverbindung umfassen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Li₄Ag, Li₉Al₄, Li₁₅Au₄, Li₄Ba, Li₃Bi, LiB, Li₂Ca, Li₃Cd, Li₂C₂, Li₂Ga, Li₁₇Ge₄, Li₆Hg, Li₇In, Lilr, Li₁₇Pb₄, LisPd, LisPt, LiRh, Li₃Sb, Li₂Se, Li₂₁Si₅, Li₁₇Sn₄, Li₂₃Sr₆, Li₂S, Li₂Te, LiZn und Kombinationen derselben. Bestimmte Metalle können aufgrund von möglichen Gesundheitsrisiken und/oder Kosten entfallen oder nicht ausgewählt werden. So kann beispielsweise die Zwischenschicht in bestimmten Aspekten optional ein Metall umfassen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Silber (Ag), Aluminium (Al), Zinn (Sn), Zink (Zn) und Kombinationen derselben; und die intermetallische Lithiumverbindung kann optional eine von Li₄Ag, Li₉Al₄, Li₁₇Sn₄ und LiZn sein.
Es besteht eine verbesserte Haftung zwischen der Lithiummetallschicht und dem Metallstromabnehmer. Wie in den 2A-2B zu sehen ist, erfahren herkömmliche lithiumbasierte Elektrodenanordnungen - zum Beispiel die lithiumbasierte Elektrodenanordnung 70 - ein komplettes Haftungsversagen, während lithiumbasierte Elektrodenanordnungen, die gemäß bestimmten Einschränkungen der vorliegenden Offenbarung hergestellt wurden - zum Beispiel die lithiumbasierte Elektrodenanordnung 90 - eine ausgezeichnete Haftung haben und stattdessen einen günstigeren Kohäsionsbruch erfahren.
Die in 2A dargestellte herkömmliche lithiumbasierte Elektrodenanordnung 70 beinhaltet eine Lithiummetallschicht 80, die zunächst zwischen einem ersten Metallstromabnehmer 72 und einem zweiten Metallstromabnehmer 73 angeordnet ist. Wie jedoch veranschaulicht, gab es beim Schälen der Schichten ein Haftungsversagen und die Lithiummetallschicht 80 wurde mit dem ersten Metallstromabnehmer 72 vollständig übertragen.
Die lithiumbasierte Elektrodenanordnung 90, die gemäß verschiedenen Aspekten der in 2B veranschaulichten vorliegenden Offenbarung hergestellt wurde, beinhaltet eine Lithiummetallschicht 100, die zunächst zwischen einem ersten beschichteten Metallstromabnehmer 82 und einem zweiten beschichteten Metallstromabnehmer 83 angeordnet ist. Die ersten und zweiten beschichteten Metallstromabnehmer 82, 83 sind jeweils mit einer Zwischenschicht 84 beschichtet, die eine intermetallische Verbindung beinhaltet, die Lithiummetall aus der Lithiummetallschicht 100 und ein Metall umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Silber (Ag), Aluminium (Al), Gold (Au), Barium (Ba), Wismut (Bi), Bor (B), Calcium (Ca), Cadmium (Cd), Kohlenstoff (C), Gallium (Ga), Germanium (Ge), Quecksilber (Hg), Indium (In), Iridium (Ir), Blei (Pb), Palladium (Pd), Platin (Pt), Rhodium (Rh), Antimon (Sb), Selen (Se), Silizium (Si), Zinn (Sn), Strontium (Sr), Schwefel (S), Tellur (Te), Zink (Zn) und Kombinationen derselben. Wie veranschaulicht, bestand beim Schälen der Schichten eine ausgezeichnete Haftung, und die lithiumbasierte Elektrodenanordnung 90 erfuhr stattdessen einen Kohäsionsbruch der Lithiummetallschicht 100 selbst.
In verschiedenen Aspekten sieht die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Bilden einer lithiumbasierten Elektrodenanordnung vor, die einen Metallstromabnehmer, eine Elektrode, umfassend Lithiummetall und eine Zwischenschicht, die eine dazwischen angeordnete intermetallische Verbindung beinhaltet, umfasst. Das Verfahren beinhaltet das Beschichten einer Oberfläche eines Metallstromabnehmers mit einer Zwischenschicht. In bestimmten Aspekten kann die Beschichtung der Oberfläche des Metallstromabnehmers mit der Zwischenschicht das Abscheiden des Metalls der Zwischenschicht auf der Oberfläche des Stromabnehmers unter Verwendung eines Beschichtungsverfahrens beinhalten, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Galvanisieren, Sputtern, Vakuummetallisierung, Plasma-Gasphasenabscheidung, chemische Gasphasenabscheidung und Kombinationen derselben. Die Dicke der Zwischenschicht kann je nach gewähltem Beschichtungsverfahren variieren. So kann beispielsweise eine Zwischenschicht, die auf der Oberfläche des Stromabnehmers unter Verwendung eines Galvanisierungsverfahrens abgeschieden wird, eine Dicke im Bereich von etwa 0,02 µm bis etwa 5 µm und in bestimmten Aspekten optional etwa 0,2 µm aufweisen. Eine Zwischenschicht, die auf der Oberfläche des Stromabnehmers unter Verwendung eines Sputterbeschichtungsverfahrens abgeschieden wird, eine Dicke im Bereich von etwa 10 nm bis etwa 100 nm und in bestimmten Aspekten optional etwa 16 nm aufweisen.
Das Verfahren beinhaltet ferner das Anordnen einer Elektrode, die ein Lithiummetall umfasst, auf einer freiliegenden Oberfläche der auf den Metallstromabnehmer aufgebrachten Zwischenschicht. In bestimmten Aspekten kann das Anordnen der Elektrode auf der freiliegenden Oberfläche der Zwischenschicht das Kontaktieren der Elektrode mit der Oberfläche der Zwischenschicht unter Verwendung eines Fügeverfahrens umfassen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus: Laminieren, thermisches Verbinden, Heißtauchen, Punktschweißen, Laserschweißen, Ultraschallschweißen und Kombinationen derselben.
In verschiedenen Aspekten kann die Elektrode gereinigt werden, bevor sie auf den beschichteten Metallstromabnehmer aufgebracht oder auf diesem angeordnet wird. Lithiummetall ist ein vergleichsweise weiches Metall und hochreaktiv, insbesondere gegenüber oxidierenden Spezies. Somit ist das Strahlen der Elektrode mit losen, harten Strahlmitteln möglicherweise nicht zum Reinigen der Lithiummetallschicht geeignet. Weiterhin kann es in Anbetracht der hohen Reaktivität von Lithiummetallen auch sinnvoll sein, beim Reinigen auf die Verwendung von protischen Lösungsmitteln (z. B., Alkoholen, Aceton, Ethern und dergleichen) zu verzichten. Geeignete Reinigungsverfahren können daher das Abwischen der Lithiummetallschicht mit einem aprotischen Lösungsmittel (z. B., Hexan) oder andere vergleichsweise schonende Reinigungstechniken sein, die unerwünscht mit dem Lithiummetall reagieren.

Nachdem die Elektrode angeordnet ist, kann eine intermetallische Lithiumverbindung gebildet werden, die Lithiummetall von der Elektrode und das Metall der Zwischenschicht umfasst. Die Zwischenschicht kann ein Metall umfassen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: Silber (Ag), Aluminium (Al), Gold (Au), Barium (Ba), Wismut (Bi), Bor (B), Calcium (Ca), Cadmium (Cd), Kohlenstoff (C), Gallium (Ga), Germanium (Ge), Quecksilber (Hg), Indium (In), Iridium (Ir), Blei (Pb), Palladium (Pd), Platin (Pt), Rhodium (Rh), Antimon (Sb), Selen (Se), Silizium (Si), Zinn (Sn), Strontium (Sr), Schwefel (S), Tellur (Te), Zink (Zn) und Kombinationen derselben; und die gebildete intermetallische Lithiumverbindung kann eine in Form von Li₄Ag, Li₉Al₄, Li₁₅Au₄, Li₄Ba, Li₃Bi, LiB, Li₂Ca, Li₃Cd, Li₂C₂, Li₂Ga, Li₁₇Ge₄, Li₆Hg, Li₇In, Lilr, Li₁₇Pb₄, LisPd, LisPt, LiRh, Li₃Sb, Li₂Se, Li₂₁Si₅, Li₁₇Sn₄, Li₂₃Sr₆, Li₂S, Li₂Te, LiZn und eine Kombination derselben sein. Eine vernachlässigbare Menge des Lithiummetalls der Elektrode wird verbraucht, um die intermetallische Lithiumverbindung zu bilden. Die folgende Tabelle stellt beispielsweise exemplarische, intermetallische Verbindungen und entsprechende Dicken bereit.

Beispiel Nr.	Intermetallische Verbindung	DICKEN
Beispiel Nr.	Intermetallische Verbindung	Dicke der angeordneten Elektrode	Dicke des verbrauchten Lithiummetalls
1	Li₄Ag	16nm	0,08 µm
		100 nm	0,5 µm
		1 µm	5 µm
2	Li₉Al₄	16 nm	0,5 µm
		100 nm	0,3 µm
		1 µm	3 µm
3	Li₁₅Au₄	16 nm	0,08 µm
		100 nm	0,5 µm
		1 µm	5 µm
4	Li₁₇Sn₄	16 nm	0,05 µm
		100 nm	0,3 µm
		1 µm	3 µm
5	Lizn	16 nm	0,02 µm
		100 nm	0,14 µm
		1 µm	1,4 µm

In einem Aspekt kann das Bilden der intermetallischen Lithiumverbindung das Zuführen von Wärme zur Elektrode und der Zwischenschicht beinhalten. Das Erwärmen kann das Bilden der intermetallischen Lithiumverbindung und damit das Verbinden zwischen der Elektrode und dem Metallstromabnehmer erleichtern. Obwohl geeignete Erwärmungstemperaturen und -bedingungen von den verwendeten Materialien abhängig sind, kann die abgegebene Wärme in verschiedenen Fällen im Bereich von etwa 100 °C bis etwa 300 °C und in bestimmten Aspekten optional von etwa 140 °C bis etwa 180 °C liegen. Die Wärme kann für eine Zeitspanne von ca. 1 Minute bis ca. 15 Minuten angewendet werden.

In bestimmten Aspekten kann die intermetallische Verbindung durch Erwärmen der Elektrode und der Zwischenschicht auf eine eutektische Temperatur und eine peritektische Temperatur der gewünschten intermetallischen Verbindung gebildet werden. Die folgende Tabelle stellt beispielsweise exemplarische, intermetallische Verbindungen und entsprechende Erwärmungstemperaturen bereit.

Zwischenschicht	Intermetallische Verbindung	Erwärmungstemperatur
Sr	Li₂₃Sr₆	134
Ca	Li₂Ca	141
Ba	Li₄Ba	143
Pd	Li₅Pd	145
Ag	Li₄Ag	146
Au	Li₁₅Au₄	155
Hg	Li₆Hg	161
Zn	Lizn	162
Ga	Li₂Ga	167
Pt	Li₅Pt	169
Bi	Li₃Bi	175
C	Li₂C₂	175
Sb	Li₃Sb	176
Pb	Li₁₇Pb₄	177
Al	Li₉Al₄	179
In	Li₇In	179
Sn	Li₁₇Sn₄	179
Ir	LiIr	180
Rh	LiRh	180
S	Li₂S	180
Te	Li₂Te	180
Se	Li₂Se	181
Si	Li₂₁Si₅	181
B	Lib	181
Ge	Li₁₇Ge₄	181

In bestimmten Aspekten kann das Bilden der intermetallischen Verbindung ferner das Aufbringen von Druck auf die Elektrode, die Zwischenschicht und/oder den Metallstromabnehmer beinhalten. Der angewandte Druck kann die Schichten zusammendrücken und die Verbindung und/oder Haftung des Metallstromabnehmers und der Elektrode unterstützen. In verschiedenen Fällen kann der Druck unter Verwendung von Walzen, Platten, Schaufeln und/oder ähnlichen Verfahren ausgeübt werden. Der angewandte Druck kann im Bereich von etwa 0,1 MPa bis etwa 5 MPa und in bestimmten Aspekten optional von etwa 0,1 MPa bis etwa 1 MPa liegen. Der Druck kann auf den Metallstromabnehmer und/oder die Lithiummetallschicht für eine Zeitspanne von etwa 1 Minute bis etwa 15 Minuten und in bestimmten Aspekten optional von etwa 1 Minute bis etwa 10 Minuten angewendet werden. In bestimmten Aspekten können die Wärme und der Druck gleichzeitig angewendet werden.
In verschiedenen Aspekten können ein oder mehrere Verfahrensschritte in einer inerten Umgebung durchgeführt werden (z. B., Argon (Ar)) und/oder Vakuum. So kann beispielsweise das Aufbringen oder Anordnen der Elektrode auf die beschichtete Oberfläche des Metallstromabnehmers und/oder das Erwärmen der Elektrode und der Zwischenschicht in einer inerten Umgebung und/oder im Vakuum erfolgen, um Nebenreaktionen von Lithiummetall zu eliminieren oder zu minimieren.
Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsformen dient lediglich der Veranschaulichung und Beschreibung. Sie ist nicht dazu bestimmt, erschöpfend zu sein und soll die Offenbarung in keiner Weise beschränken. Einzelne Elemente oder Merkmale einer bestimmten Ausführungsform sind im Allgemeinen nicht auf diese bestimmte Ausführungsform beschränkt, sondern gegebenenfalls gegeneinander austauschbar und in einer ausgewählten Ausführungsform verwendbar, auch wenn dies nicht gesondert dargestellt oder beschrieben ist. Auch diverse Variationen sind denkbar. Diese Variationen stellen keine Abweichung von der Offenbarung dar, und alle Modifikationen dieser Art verstehen sich als Teil der Offenbarung und fallen in ihren Schutzumfang.

Claims

Verfahren zum Bilden einer lithiumbasierten Elektrodenanordnung, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Beschichten einer Oberfläche eines Metallstromabnehmers mit einer Zwischenschicht, die ein Metall umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Silber (Ag), Aluminium (Al), Gold (Au), Barium (Ba), Wismut (Bi), Bor (B), Calcium (Ca), Cadmium (Cd), Kohlenstoff (C), Gallium (Ga), Germanium (Ge), Quecksilber (Hg), Indium (In), Iridium (Ir), Blei (Pb), Palladium (Pd), Platin (Pt), Rhodium (Rh), Antimon (Sb), Selen (Se), Silizium (Si), Zinn (Sn), Strontium (Sr), Schwefel (S), Tellur (Te), Zink (Zn) und Kombinationen derselben; Anordnen einer Elektrode, die Lithiummetall umfasst, auf einer freiliegenden Oberfläche der Zwischenschicht; und Bilden einer intermetallischen Lithiumverbindung, umfassend Lithiummetall von der Elektrode und dem Metall der Zwischenschicht.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Bilden das Zuführen von Wärme zur Elektrode und zur Zwischenschicht umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, worin die zugeführte Wärme im Bereich zwischen etwa 100 °C und etwa 300 °C liegt, und die Wärme wird für eine Zeitspanne von etwa 1 Minute bis etwa 15 Minuten angewendet.
Verfahren nach Anspruch 2, worin das Bilden ferner das Anwenden von Druck auf die Elektrode, die Zwischenschicht und den Metallstromabnehmer umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, worin der angewandte Druck im Bereich von etwa 0,1 MPa bis etwa 0,6 MPa liegt, und der Druck wird für eine Zeitspanne von etwa 1 Minute bis etwa 15 Minuten angelegt.
Verfahren nach Anspruch 1, worin der Metallstromabnehmer ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Kupfer (Cu), Nickel (Ni), Eisen (Fe), Titan (Ti), Chrom (Cr) und Kombinationen derselben; und der Metallstromabnehmer weist eine Dicke von etwa 1 µm bis etwa 25 µm auf.
Verfahren nach Anspruch 6, worin die Zwischenschicht eine Dicke von weniger als etwa 1 µm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 7, worin das Beschichten der Oberfläche des Metallstromabnehmers mit der Zwischenschicht das Abscheiden des Metalls der Zwischenschicht auf der Oberfläche des Stromabnehmers unter Verwendung eines Beschichtungsverfahrens umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Galvanisieren, Sputtern, Vakuummetallisierung, Plasma-Gasphasenabscheidung, chemische Gasphasenabscheidung und Kombinationen derselben.
Verfahren nach Anspruch 7, worin die Elektrode eine Dicke im Bereich von etwa 1 µm bis etwa 20 µm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 9, worin das Anordnen der Elektrode auf der freiliegenden Oberfläche der Zwischenschicht das Kontaktieren der Elektrode mit der Oberfläche der Zwischenschicht unter Verwendung eines Fügeverfahrens umfassen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus: Laminieren, thermisches Verbinden, Heißtauchen, Punktschweißen, Laserschweißen, Ultraschallschweißen und Kombinationen derselben.