DE102020115222A1 - Aktives Kathodenmaterial für Lithium-Ionen-Zellen und Lithium-Ionen-Zelle mit hoher Energiedichte - Google Patents

Aktives Kathodenmaterial für Lithium-Ionen-Zellen und Lithium-Ionen-Zelle mit hoher Energiedichte Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein aktives Kathodenmaterial für eine Lithium-Ionen-Zelle, das ein Gemisch von Partikeln aufweist, deren Partikelgrößen gemäß einer bimodalen Partikelgrößenverteilung mit einem ersten Modalwert und einem zweiten Modalwert verteilt sind und die Lithium interkalieren oder ausgebildet sind, Lithium zu interkalieren; wobei der erste Modalwert größer als der zweite Modalwert ist; das Gemisch von Partikeln erste Partikel und zweite Partikel aufweist; die ersten Partikel von den Partikeln gebildet werden, die eine Partikelgröße aufweisen, die größer als eine vorgegebene erste Partikelgrößenbereichsgrenze ist; die zweiten Partikel von den Partikeln gebildet werden, die eine Partikelgröße aufweisen, die kleiner als eine vorgegebene zweite Partikelgrößenbereichsgrenze ist; die zweite vorgegebene Partikelgrößenbereichsgrenze kleiner als die vorgegebene erste Partikelgrößenbereichsgrenze ist; die Partikelgrößenverteilung der ersten Partikel unimodal ist und einen Modalwert aufweist, der gleich dem ersten Modalwert ist; die Partikelgrößenverteilung der zweiten Partikel unimodal ist und einen Modalwert aufweist, der gleich dem zweiten Modalwert ist; die zweiten Partikel kristallin sind und eine mechanische Festigkeit aufweisen, die höher ist als die mechanische Festigkeit der ersten Partikel. Die Erfindung betrifft auch eine Lithium-Ionen-Zelle, die ein erfindungsgemäßes aktives Kathodenmaterial aufweist, sowie eine Batterie mit einer solchen Lithium-Ionen-Zelle.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein aktives Kathodenmaterial für eine Lithium-Ionen-Zelle, ein Verfahren zum Herstellen desselben, eine Lithium-Ionen-Zelle mit einer das aktive Kathodenmaterial aufweisenden Kathode, sowie eine Batterie mit einer solchen Lithium-Ionen-Zelle.
  • Aktive Kathodenmaterialien werden für die Herstellung von Kathoden von Lithium-Ionen-Zellen verwendet. Dabei wird das aktive Kathodenmaterial mit einem Binder und eventuell einem elektrischen Leitstoff zu einer dünnen Paste (slurry) vermengt. Diese Paste wird auf einen Stromableiter aus Aluminium aufgetragen, getrocknet, und in getrocknetem Zustand mit einer Kalandrier-Vorrichtung verpresst. Nach dem Auftragen der Paste auf den Stromableiter und dem Trocknen verbleiben zwischen den Partikeln des aktiven Kathodenmaterials Hohlräume, die mit Binder und elektrischem Leitstoff gefüllt sind. Ist die Größe der Partikel des verwendeten aktiven Kathodenmaterials unimodal verteilt, bspw. um einen Medianwert D50 von 12 µm und einer Spanne (D90-D10)/D50 kleiner als 1, dann ist der Volumenanteil der Hohlräume pro Volumeneinheit hoch.
  • Ein hoher Volumenanteil der Hohlräume am Gesamtvolumen der Kathode ist jedoch unerwünscht, weil er sich negativ auf die spezifische Kapazität der Lithium-Ionen-Zelle auswirkt, in der das aktive Kathodenmaterial eingesetzt wird. Um den Volumenanteil der Hohlräume pro Volumeneinheit zu reduzieren, werden aktive Kathodenmaterialien verwendet, deren Partikel eine Größe haben, die nach einer bimodalen Verteilung verteilt ist. Ein derartiges aktives Kathodenmaterial wird im Folgenden als bimodales aktives Kathodenmaterial bezeichnet. Eine bimodale Verteilung ist in 2 gezeigt. Diese weist zwei Maxima (Modi) auf, jeweils eines bei den Partikelgrößen M1 und M2.
  • Ein bimodales aktives Kathodenmaterial weist im Wesentlichen zwei Gruppen von Partikeln auf, die sich in ihrer Größe unterscheiden: die Gruppe der großen Partikel, deren Partikelgröße um den Modalwert M1 verteilt ist, und die Gruppe der kleinen Partikel, deren Partikelgröße um den Modalwert M2 verteilt ist. Die Modalwerte M1 und M2 sind dabei so gewählt, dass die kleinen Partikel in den Hohlräumen, die von den großen Partikeln gebildet werden, Platz finden. Dadurch wird die Dichte des aktiven Kathodenmaterials erhöht, und damit auch die Kapazität einer Lithium-Ionen-Zelle, die eine aus einem bimodalen aktiven Kathodenmaterial gebildete Kathode aufweist.
  • Es hat sich allerdings gezeigt, dass beim Verpressen des auf dem Stromableiteter aufgetragenen Kathodenmaterials kleine Partikel von sie umgebenden großen Partikeln oder durch die Kalanderwalze zerdrückt werden können, und die Gruppe der kleinen Partikel dadurch zu einem erheblichen Teil aufbrechen und/oder zerbröseln. Dieses Verformen ist unerwünscht, insbesondere dann, wenn die Partikel des aktiven Kathodenmaterials oberflächenbeschichtet sind, bspw. um die Lebensdauer der Lithium-Ionen-Zelle zu erhöhen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes bimodales aktives Kathodenmaterial bereitzustellen.
  • Die Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Lehre der unabhängigen Ansprüche 1 und 12 erreicht. Verschiedene Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 7.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines verbesserten bimodalen aktiven Kathodenmaterials bereitzustellen.
  • Die Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Lehre des unabhängigen Anspruchs 8 erreicht. Verschiedene Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche 9 bis 11.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Lithium-lonen-Zelle bereitzustellen.
  • Die Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Lehre des unabhängigen Anspruchs 13 erreicht.
  • Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein aktives Kathodenmaterial für eine Kathode einer Lithium-Ionen-Zelle, das ein Gemisch von Partikeln aufweist, deren Partikelgrößen gemäß einer bimodalen Partikelgrößenverteilung mit einem ersten Modalwert und einem zweiten Modalwert verteilt sind und die Lithium interkalieren oder ausgebildet sind, Lithium zu interkalieren;
    wobei der erste Modalwert größer als der zweite Modalwert ist;
    das Gemisch von Partikeln erste Partikel und zweite Partikel aufweist;
    die ersten Partikel von den Partikeln gebildet werden, die eine Partikelgröße aufweisen, die größer als eine vorgegebene erste Partikelgrößenbereichsgrenze ist;
    die zweiten Partikel von den Partikeln gebildet werden, die eine Partikelgröße aufweisen, die kleiner als eine vorgegebene zweite Partikelgrößenbereichsgrenze ist; die zweite vorgegebene Partikelgrößenbereichsgrenze kleiner als die vorgegebene erste Partikelgrößenbereichsgrenze ist;
    die Partikelgrößenverteilung der ersten Partikel unimodal ist und einen Modalwert aufweist, der gleich dem ersten Modalwert ist;
    die Partikelgrößenverteilung der zweiten Partikel unimodal ist und einen Modalwert aufweist, der gleich dem zweiten Modalwert ist;
    die zweiten Partikel kristallin sind und eine mechanische Festigkeit aufweisen, die höher ist als die mechanische Festigkeit der ersten Partikel. Vorzugsweise ist die mechanische Festigkeit eines jeden der zweiten Partikel höher als die mechanische Festigkeit eines beliebigen Partikels der ersten Partikeln. Vorzugsweise ist auch die vorgegebene erste Partikelgrößenbereichsgrenze kleiner als der erste Modalwert und/oder die vorgegebene zweite Partikelgrößenbereichsgrenze größer als der zweite Modalwert.
  • Dadurch kann beim Verpressen des auf einen Stromableiter aufgetragenen Kathodenmaterials das Zerdrücken der zweiten (kleineren) Partikel durch die ersten (größeren) Partikel oder durch die Kalanderwalze verhindert und damit ein Zerbröseln der zweiten Partikel verhindert werden.
  • Unter mechanischer Festigkeit im Sinne der vorliegenden Erfindung ist der mechanische Widerstand zu verstehen, den ein Partikel des aktiven Kathodenmaterials einer plastischen Verformung oder Trennung entgegensetzt. Insbesondere beim Kalandrieren des auf einem Ableiter aufgebrachten aktiven Kathodenmaterials kann ein Partikel auf ein anderes ihm benachbarten Partikel eine Kraft ausüben, die zur plastischen Verformung oder Bruch (Zerbröseln) dieses Partikels führen kann. Der mechanische Widerstand, den ein Partikel einem solchen Bruch entgegensetzt, kann als die mechanische Festigkeit dieses Partikels betrachtet werden.
  • Partikel in einem Pulver, das als aktives Kathodenmaterial in Frage kommt, können unterschiedliche geometrische Formen annehmen. Jedoch können Partikel in einem Pulver-abgesehen von Pulvern, in denen die einzelnen Partikel Fasern oder Nadeln sind - als kugelförmig angenommen werden, und jedem Partikel ein äquivalenter sphärischer Durchmesser als Partikelgröße zugeordnet (oder bestimmt) werden. Die Partikelgrößenverteilung, welche den relativen Volumenanteil der Partikel entsprechend ihrer Größe quantifiziert, kann durch Laser-Diffraktion bestimmt werden.
  • Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird als Modalwert die Partikelgröße bezeichnet, die in einer Partikelgrößenverteilung am häufigsten vorkommt. Ist die Partikelgrößenverteilung bimodal, dann weist sie zwei Modalwerte (Modi) auf. Das sind jeweils die Partikelgrößen, die den zwei Peaks der bimodalen Partikelgrößenverteilung entsprechen. Der Medianwert D50 wird beim Beschreiben einer unimodalen Partikelgrößenverteilung benutzt und entspricht der Partikelgröße bei 50% der kumulierten Partikelgrößenverteilung. Analog entsprechen der D10 Wert und der D90 Wert der Partikelgröße bei 10% bzw. 90% der kumulierten Partikelgrößenverteilung. Die Spanne (D90-D10)/D50 wird benutzt, um die Breite einer unimodalen Verteilung zu beschreiben.
  • Unter Kathode ist im Sinne der vorliegenden Erfindung die Elektrode einer Lithium-Ionen-Zelle zu verstehen, die das höhere Potenzial in der Lithium-Ionen-Zelle hat; und unter Anode die Elektrode der Lithium-Ionen-Zelle, die das niedrigere Potenzial hat. Dementsprechend weist die Elektrode ein aktives Kathodenmaterial auf, die das höhere Potenzial in der Lithium-Ionen-Zelle hat.
  • Die hier verwendeten Begriffe „umfasst“, „beinhaltet“, „schließt ein“, „weist auf“, „hat“, „mit“, oder jede andere Variante davon sollen eine nicht ausschließliche Einbeziehung abdecken. So ist beispielsweise ein Verfahren oder eine Vorrichtung, die eine Liste von Elementen umfasst oder aufweist, nicht notwendigerweise auf diese Elemente beschränkt, sondern kann andere Elemente einschließen, die nicht ausdrücklich aufgeführt sind oder die einem solchen Verfahren oder einer solchen Vorrichtung inhärent sind.
  • Ferner bezieht sich „oder“, sofern nicht ausdrücklich das Gegenteil angegeben ist, auf ein inklusives oder und nicht auf ein exklusives „oder“. Zum Beispiel wird eine Bedingung A oder B durch eine der folgenden Bedingungen erfüllt: A ist wahr (oder vorhanden) und B ist falsch (oder nicht vorhanden), A ist falsch (oder nicht vorhanden) und B ist wahr (oder vorhanden), und sowohl A als auch B sind wahr (oder vorhanden).
  • Die Begriffe „ein“ oder „eine“, wie sie hier verwendet werden, sind im Sinne von „ein/eine oder mehrere“ definiert. Die Begriffe „ein anderer“ und „ein weiterer“ sowie jede andere Variante davon sind im Sinne von „zumindest ein Weiterer“ zu verstehen.
  • Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, die jeweils, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wird oder technisch unmöglich ist, beliebig miteinander sowie mit den weiteren beschriebenen anderen Aspekten der Erfindung kombiniert werden können.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die zweiten Partikel jeweils einen mit einer Oberflächenschicht beschichteten Kern auf,
    verleiht die Oberflächenschicht den zweiten Partikeln eine höhere mechanische Festigkeit als sie die ersten Partikel aufweisen, und
    interkaliert der Kern Lithium oder ist ausgebildet, Lithium zu interkalieren. Vorzugsweise bedeckt die erste Oberflächenschicht die gesamte Oberfläche des Kerns und ihre Dicke ist im Wesentlichen gleich.
  • Dadurch kann den zweiten Partikeln eine gegenüber den ersten Partikeln höhere mechanische Festigkeit verliehen werden, und die zweiten Partikel des auf einen Stromableiter aufgetragenen Kathodenmaterials werden beim Verpressen durch die ersten Partikel oder durch die Kalanderwalze nicht zerdrückt.
  • Der Kern der zweiten Partikel und die ersten Partikel können denselben chemischen Stoff aufweisen, wobei der chemische Stoff Lithium interkaliert oder ausgebildet ist, Lithium zu interkalieren. In vorteilhafter Weise weisen der Kern der zweiten Partikel und die ersten Partikel Li1(NixCoyMnzAlr)O2 mit (y+z+r)=(1-x) auf; die Oberflächenschicht weist einen der folgenden Stoffe auf: LiF, NH4F, TiO2, Al2O3, SnO2, ZrO2, ZnO, AlPO4, Li2TiO3, Li2ZrO3; und die Dicke der die Oberfläche des Kerns umgebenden Oberflächenschicht ist kleiner als 500 nm. x, y, z und r sind reelle Zahlen. Beispielweise kann x gleich 0,8; y gleich 0,1; z gleich 0,1; und r gleich null sein.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird die mechanische Festigkeit der zweiten Partikel durch passende Auswahl einer der Folgenden oder eine Kombination davon erreicht:
    • - chemischer Stoff der Oberflächenschicht,
    • - Dicke der Oberflächenschicht,
    • - Porosität der Oberflächenschicht.
  • Dadurch kann die Oberflächenschicht konfiguriert werden, um den zweiten Partikeln eine mechanische Festigkeit zu verleihen, die höher ist als die der zweiten Partikeln.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform sind die zweiten Partikel jeweils mit einem Dotierstoff dotiert, der den zweiten Partikeln eine höhere mechanische Festigkeit verleiht als sie die ersten Partikel aufweisen.
  • Dadurch kann den zweiten Partikeln eine gegenüber den ersten Partikeln höhere mechanische Festigkeit verliehen werden, und die zweiten Partikel des auf einen Stromableiter aufgetragenen Kathodenmaterials werden beim Verpressen durch die ersten Partikel oder durch die Kalanderwalze nicht zerdrückt.
  • In vorteilhafter Weise weisen die ersten Partikel und die zweiten Partikel Li1(NixCoyM-nzAlr)O2 mit (y+z+r)=(1-x) auf; und der Dotierstoff, mit dem die zweiten Partikel dotiert sind, ist einer der folgenden Stoffe: AI, Ti, Si, Mg, Nb, Mo, Fe, Cu, Cr, Zn.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die ersten Partikel eine erste Porosität und die zweiten Partikel eine zweite Porosität auf, und ist die erste Porosität größer als die zweite Porosität.
  • Dadurch kann den zweiten Partikeln eine gegenüber den ersten Partikeln höhere mechanische Festigkeit verliehen werden, und die zweiten Partikel des auf einen Stromableiter aufgetragenen Kathodenmaterials werden beim Verpressen durch die ersten Partikel oder durch die Kalanderwalze nicht zerdrückt.
  • Ein Partikel eines aktives Kathodenmaterials kann selbst als Agglomerat mehrerer, meistens kristalliner Partikel, sogenannter Primärpartikel, angesehen werden. Zwischen den Primärpartikeln, die untereinander verbunden sind, können Hohlräume ausgebildet sein und dadurch die Dichte (Rohdichte) des zusammengesetzten Partikels (Sekundär-Partikels) kleiner sein als die Dichte (Reindichte) eines Primärpartikels. Die in Prozent angegebene Porosität eines Sekundär-Partikels entspricht der Formel: Porosit a ¨ t [ % ] = [ 1 − ( Rohdichte/Reindichte ) ] × 100
    Figure DE102020115222A1_0001
  • In vorteilhafter Weise weisen die ersten Partikel und die zweiten Partikel Li1Ni0,8Mn0,1CO0,1O2 auf. Die erste Porosität liegt in einem Bereich zwischen 4% und 40%, und die zweite Porosität liegt in einem Bereich zwischen 2% und 10%.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Partikelgrößenverteilung der ersten Partikel eine erste Halbwertsbreite auf;
    weist die Partikelgrößenverteilung der zweiten Partikel eine zweite Halbwertsbreite auf;
    ist die vorgegebene erste Partikelgrößenbereichsgrenze gleich der Differenz zwischen dem ersten Modalwert und der halben ersten Halbwertsbreite; und
    ist die vorgegebene zweite Partikelgrößenbereichsgrenze gleich der Summe zwischen dem zweiten Modalwert und der halben zweiten Halbwertsbreite.
  • Dadurch kann gewährleistet werden, dass die Mehrheit der Partikeln, deren Partikelgröße um den zweiten Modalwert verteilt ist, eine höhere mechanische Festigkeit aufweisen, als die Mehrheit der Partikeln, deren Partikelgröße um den ersten Modalwert verteilt ist.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform liegt der erste Modalwert in einem Bereich zwischen 7 µm und 14 µm, und der zweite Modalwert liegt in einem Bereich zwischen 1 µm und 6 µm. Vorzugsweise liegt der erste Modalwert in einem Bereich zwischen 10 µm und 13 µm, und der zweite Modalwert in einem Bereich zwischen 2 µm und 4 µm.
  • Dadurch können die zweiten Partikel Platz in den von den ersten Partikeln gebildeten Hohlräumen finden. Die Dichte des aktiven Kathodenmaterials wird dadurch erhöht, und eine Lithium-Ionen-Zelle, die eine aus dem aktiven Kathodenmaterial gebildete Kathode aufweist, hat eine hohe spezifische Kapazität/Energiedichte.
  • Die erste Halbwertsbreite liegt beispielsweise in einem Bereich zwischen 1 µm und 4 µm, und die zweite Halbwertsbreite beispielsweise in einem Bereich zwischen 1 µm und 4 µm.
  • Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines aktiven Kathodenmaterials für eine Lithium-Ionen-Zelle, aufweisend:
    • Bereitstellen eines ersten Pulvers, das erste Partikel aufweist, deren Partikelgröße gemäß einer ersten Partikelgrößenverteilung verteilt ist und die Lithium interkalieren oder ausgebildet sind, Lithium zu interkalieren,
    • wobei der Medianwert D50 der ersten Partikelgrößenverteilung in einem Bereich zwischen 7 µm und 14 µm liegt und die Spanne der ersten Partikelgrößenverteilung kleiner als 1 ist;
    • Bereitstellen eines zweiten Pulvers, das zweite Partikel aufweist, deren Partikelgröße gemäß einer zweiten Partikelgrößenverteilung verteilt ist und die Lithium interkalieren oder ausgebildet sind, Lithium zu interkalieren,
    • wobei der Medianwert D50 der zweiten Partikelgrößenverteilung in einem Bereich zwischen 1 µm und 6 µm liegt, die Spanne der zweiten Partikelgrößenverteilung kleiner als 1 ist, und die zweiten Partikel eine höhere mechanische Festigkeit aufweisen als die ersten Partikel; und
    • Mischen des ersten Pulvers und des zweiten Pulvers zu einem Gemisch, das eine bimodale Partikelverteilung aufweist. Vorzugsweise ist die mechanische Festigkeit eines jeden der zweiten Partikel höher als die mechanische Festigkeit eines beliebigen Partikels der ersten Partikeln. Die erste Partikelgrößenverteilung und/oder die zweite Partikelgrößenverteilung können gaußförmig sein. Vorzugsweise liegt der Medianwert D50 der ersten Partikelgrößenverteilung in einem Bereich zwischen 10 µm und 13 µm, und der Medianwert D50 der zweiten Partikelgrößenverteilung in einem Bereich zwischen 2 µm und 4 µm.
  • Dadurch kann ein Verfahren bereitgestellt werden, mit dem ein verbessertes bimodales aktives Kathodenmaterial hergestellt werden kann. Die in Bezug auf den ersten Aspekt der Erfindung erläuterten Vorteile gelten entsprechend auch für das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte aktive Kathodenmaterial.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Bereitstellen des zweiten Pulvers ferner auf:
    • Beschichten der zweiten Partikel mit einer Oberflächenschicht, die den beschichteten zweiten Partikeln eine höhere mechanische Festigkeit verleiht als sie die ersten Partikel aufweisen. Vorzugsweise wird beim Beschichten die gesamte Oberfläche der zweiten Partikel beschichtet und die Dicke der Beschichtung ist im Wesentlichen gleich.
  • Dadurch kann ein bimodales aktives Kathodenmaterial hergestellt werden, dessen zweite Partikel gegenüber den ersten Partikeln eine höhere mechanische Festigkeit aufweisen. Beim Verpressen des Kathodenmaterials werden dadurch die zweiten Partikel durch die ersten Partikel oder durch die Kalanderwalze nicht zerdrückt.
  • In vorteilhafter Weise weisen die Partikel des ersten Pulvers und des zweiten Pulvers Li1(NixCoyMnzAlr)O2 mit (y+z+r)=(1-x) auf; die Oberflächenschicht der beschichteten zweiten Partikel weist einen der folgenden Stoffe auf: LiF, NH4F, TiO2, Al2O3, SnO2, ZrO2, ZnO, AlPO4, Li2TiO3, Li2ZrO3; und die Dicke der Oberflächenschicht ist kleiner als 500 nm.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Bereitstellen des zweiten Pulvers ferner aufweist:
    • Dotieren der zweiten Partikel mit einem Dotierstoff, der den zweiten Partikeln eine höhere mechanische Festigkeit verleiht als sie die ersten Partikel aufweisen.
  • Dadurch kann ein bimodales aktives Kathodenmaterial hergestellt werden, dessen zweite Partikel gegenüber den ersten Partikeln eine höhere mechanische Festigkeit aufweisen. Beim Verpressen des Kathodenmaterials werden dadurch die zweiten Partikel durch die ersten Partikel oder durch die Kalanderwalze nicht zerdrückt.
  • In vorteilhafter Weise weisen die Partikel des ersten Pulvers und des zweiten Pulvers Li1(NixCoyMnzAlr)O2 mit (y+z+r)=(1-x) auf; und der Dotierstoff, mit dem die zweiten Partikel dotiert sind, ist einer der folgenden Stoffe: AI, Ti, Si, Mg, Nb, Mo, Fe, Cu, Cr, Zn.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die ersten Partikel eine erste Porosität und die zweiten Partikel eine zweite Porosität auf, und ist die erste Porosität größer als die zweite Porosität.
  • Dadurch kann ein bimodales aktives Kathodenmaterial hergestellt werden, dessen zweite Partikel gegenüber den ersten Partikeln eine höhere mechanische Festigkeit aufweisen. Beim Verpressen des Kathodenmaterials werden dadurch die zweiten Partikel durch die ersten Partikel oder durch die Kalanderwalze nicht zerdrückt.
  • In vorteilhafter Weise weisen die Partikel des ersten Pulvers und des zweiten Pulvers Li1Ni0,8Mn0,1CO0,1O2 auf; die erste Porosität liegt in einem Bereich zwischen 4% und 40%, und die zweite Porosität liegt in einem Bereich zwischen 2% und 10%.
  • Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein aktives Kathodenmaterial, hergestellt nach den erfindungsgemäßen Verfahren.
  • Die in Bezug auf den ersten Aspekt der Erfindung erläuterten Vorteile gelten entsprechend auch für ihren dritten Aspekt.
  • Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft eine Lithium-Ionen-Zelle, aufweisend: eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode, und einen die erste Elektrode und die zweite Elektrode trennenden Separator, wobei die erste Elektrode ein höheres Potential als die zweite Elektrode aufweist, und die erste Elektrode ein mit einem Binder gebundenes, gepresstes erfindungsgemäßes aktives Kathodenmaterial aufweist.
  • Dadurch kann eine Lithium-Ionen-Zelle mit hoher Kapazität (Energiedichte) bereitgestellt werden. Auch kann die Lebensdauer der Batterie verlängert werden.
  • Ein fünfter Aspekt der Erfindung betrifft eine Batterie, eine erfindungsgemäße Lithium-lonen-Zelle aufweisend.
  • Dadurch kann eine Batterie mit hoher Kapazität bereitgestellt werden. Auch kann ihre Lebensdauer verlängert werden.
  • Ein sechster Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug, aufweisend eine erfindungsgemäße Batterie.
  • Dadurch kann die Reichweite eines Fahrzeugs mit Elektroantrieb verlängert werden.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren.
  • Dabei zeigt
    • 1 schematisch ein aktives Kathodenmaterial für eine Lithium-Ionen-Zelle gemäß der vorliegenden Erfindung;
    • 2 schematisch eine bimodale Partikelgrößenverteilung;
    • 3 schematisch ein zweites (kleines) Partikel eines aktiven Kathodenmaterials gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 4 schematisch die Innenstruktur eines Partikels eines aktiven Kathodenmaterials;
    • 5 schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines aktiven Kathodenmaterials für eine Lithium-Ionen-Zelle; und
    • 6 schematisch ein anderes erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines aktiven Kathodenmaterials für eine Lithium-Ionen-Zelle.
  • In den Figuren werden durchgängig dieselben Bezugszeichen für dieselben oder einander entsprechenden Elemente der Erfindung verwendet.
  • 1 zeigt schematisch ein aktives Kathodenmaterial für eine Lithium-Ionen-Zelle gemäß der vorliegenden Erfindung. Dieses weist ein Gemisch 100 von Partikeln 101 und 102 auf, deren jeweiligen Partikelgrößen gemäß einer bimodalen Partikelgrößenverteilung 200 verteilt sind und die Lithium interkalieren oder ausgebildet sind, Lithium zu interkalieren.
  • Die bimodale Partikelgrößenverteilung 200 ist in 2 schematisch gezeigt. Sie weist zwei Peaks mit jeweils einem Modalwert M1 und M2 auf. Der erste Modalwert M1 stellt die Partikelgröße dar, bei welcher der erste Peak (der rechte Peak in 2) sein Maximum erreicht; und der zweite Modalwert M2 stellt die Partikelgröße dar, bei welcher der zweite Peak (der linke Peak) sein Maximum erreicht. Der erste Modalwert M1 ist größer als der zweite Modalwert M2, M1>M2. Die Breite des ersten und zweiten Peaks kann jeweils durch die Halbwertsbreite HWB1 bzw. HWB2 angegeben werden. Die erste Halbwertsbreite HWB1 stellt die Differenz zwischen den beiden Partikelgrößen dar, für welche die Häufigkeit der um den ersten Peak verteilten Partikelgrößen auf die Hälfte seines Maximums abgesunken ist; und die Halbwertsbreite HWB2 stellt die Differenz zwischen den beiden Partikelgrößen dar, für welche die Häufigkeit der um den zweiten Peak verteilten Partikelgrößen auf die Hälfte seines Maximums abgesunken ist.
  • Als erste Partikel (oder große Partikel) des Gemisches 100 werden im Folgenden alle Partikel bezeichnet, die eine Partikelgröße aufweisen, die größer als eine vorgegebene erste Partikelgrößenbereichsgrenze G1 ist; und als zweite Partikel (oder kleine Partikel) des Gemisches 100 werden im Folgenden alle Partikel bezeichnet, die eine Partikelgröße aufweisen, die kleiner als eine vorgegebene zweite Partikelgrößenbereichsgrenze G2 ist. Die zweite Partikelgrößenbereichsgrenze G2 ist kleiner als die erste Partikelgrößenbereichsgrenze G1, G2<G1. Die Partikelgrößenverteilung der ersten Partikel ist unimodal und hat als Modalwert den ersten Modalwert M1 der bimodalen Verteilung 200; und die Partikelgrößenverteilung der zweiten Partikel ist unimodal und hat als Modalwert den zweiten Modalwert M2 der bimodalen Verteilung 200. In vorteilhafter Weise ist, wie in 2 gezeigt, die erste Partikelgrößenbereichsgrenze kleiner als der erste Modalwert, G1<M1; und die zweite Partikelgrößenbereichsgrenze größer als der zweite Modalwert, G2>M2. Beispielsweise kann die vorgegebene erste Partikelgrößenbereichsgrenze gleich der Differenz zwischen dem ersten Modalwert und der halben ersten Halbwertsbreite sein, G1=M1-HWB1/2; und die vorgegebene zweite Partikelgrößenbereichsgrenze gleich der Summe zwischen dem zweiten Modalwert und der halben zweiten Halbwertsbreite sein, G2 = M2+HWB2/2.
  • In vorteilhafter Weise sind die Modalwerte M1 und M2 sowie die Halbwertsbreiten HWB1 und HWB2 so gewählt, dass die zweiten Partikel in den von den ersten Partikeln gebildeten Hohlräumen 105 Platz finden und dort angeordnet sind. Das ist beispielsweise dann der Fall, wenn der erste Modalwert M1 in einem Bereich zwischen 7 µm und 14 µm, die erste Halbwertsbreite HWB1 in einem Bereich zwischen 1 µm und 4 µm, der zweite Modalwert M2 in einem Bereich zwischen 1 µm und 6 µm, und die zweite Halbwertsbreite HWB2 in einem Bereich zwischen 1 µm und 4 µm liegt. Dadurch kann die Dichte des aktiven Kathodenmaterials erhöht werden.
  • Erfindungsgemäß sind die zweiten Partikel kristallin und jedes zweite (kleine) Partikel weist eine mechanische Festigkeit auf, die höher ist als die mechanische Festigkeit eines beliebigen ersten (großen) Partikels. Dadurch werden beim Kalandrieren (Verpressen) eines auf einen Stromableiter aufgetragenen Kathodenmaterials, welches das aktive Kathodenmaterial 100 enthält, die kleinen Partikel nicht von den großen Partikeln oder durch die Kalanderwalze zerdrückt; und eine Lithium-Ionen-Zelle, die eine das aktive Kathodenmaterial 100 aufweisende Kathode enthält, wesentlich verbessert.
  • Eine höhere mechanische Festigkeit kann einem zweiten Partikel von einer Oberflächenschicht verliehen werden, die das zweite Partikel aufweist und die entsprechend konfiguriert ist. 3 zeigt schematisch ein zweites Partikel 102', das einen mit einer Oberflächenschicht 104 beschichteten Kern 103 aufweist, wobei die Oberflächenschicht 104 die gesamte Oberfläche des Kerns 103 umgibt, die Dicke d der Oberflächenschicht 104 im Wesentlichen konstant ist, und der Kern 103 Lithium interkaliert oder ausgebildet ist, Lithium zu interkalieren. Die Oberflächenschicht 104 ist so konfiguriert, dass sie dem zweiten Partikel 102' eine höhere mechanische Festigkeit verleiht als sie irgendein erstes Partikel 101 aufweist. Dieses lässt sich durch geeignete Auswahl eines oder mehrerer der folgenden Parameter erreichen: chemischer Stoff der Oberflächenschicht 104, Dicke der Oberflächenschicht 104, Porosität der Oberflächenschicht 100. Die Oberflächenschicht 104 muss nicht die gesamte Oberfläche des Kerns 104 bedecken, um dem jeweiligen zweiten Partikel eine höhere Festigkeit zu verleihen.
  • In vorteilhafter Weise weist das aktive Kathodenmaterial 100 erste Partikel 101 und zweite Partikel 102' auf; wobei der Kern 103 der zweiten Partikel 102' und die ersten Partikel 101 jeweils den chemischen Stoff Li1(NixCoyMnzAlr)O2 mit (y+z+r)=(1-x) aufweisen; die Oberflächenschicht 104 einen der folgenden chemischen Stoffe aufweist: LiF, NH4F, TiO2, Al2O3, SnO2, ZrO2, ZnO, AlPO4, Li2TiO3, Li2ZrO3; und die Dicke der die Oberfläche des Kerns 103 umgebenden Oberflächenschicht kleiner als 500 nm ist.
  • Eine höhere mechanische Festigkeit kann einem zweiten Partikel auch von einem geeigneten Dotierstoff verliehen werden, mit dem dieses dotiert wird. Die zweiten Partikel 102 des aktiven Kathodenmaterials 100 können daher mit einem Dotierstoff dotiert sein, der jedem zweiten Partikel 102 eine höhere mechanische Festigkeit verleiht als sie irgendein erstes Partikel 101 aufweist.
  • In vorteilhafter Weise weist das aktive Kathodenmaterial 100 erste Partikel und zweite Partikel auf, wobei die ersten Partikel und die zweiten Partikel jeweils den chemischen Stoff Li1(NixCoyMnzAlr)O2 mit (y+z+r)=(1-x) aufweisen, und die zweiten Partikel mit einem der folgenden Dotierstoffe dotiert sind: AI, Ti, Si, Mg, Nb, Mo, Fe, Cu, Cr, Zn.
  • Eine höhere mechanische Festigkeit kann einem zweiten Partikel auch durch eine geeignet ausgebildete Porosität des zweiten Partikels verliehen werden. 4 zeigt schematisch ein Partikel 400 des aktiven Kathodenmaterials 100. Dieses kann ein erstes oder zweites Partikel sein. Das Partikel 400 weist ein oder mehrere, meistens kristallin ausgebildete Subpartikel 401 (die auch als Primärpartikel bezeichnet werden) auf, die untereinander verbunden sind und zwischen denen Hohlräume 402 ausgebildet sein können. Dadurch kann die Dichte (Rohdichte, engl. bulk density) des Partikels 400 (das auch als Sekundärpartikel bezeichnet wird) kleiner als die Dichte (Reindichte, engl. crystallographic density) eines Primärpartikels 401 sein. Die im Folgenden in Prozent angegebene Porosität eines Partikels entspricht folgender Formel: Porosit a ¨ t [ % ] = [ 1 − ( Rohdichte/Reindichte ) ] × 100
    Figure DE102020115222A1_0002
  • In dem aktiven Kathodenmaterial 100 können die ersten Partikel eine höhere Porosität aufweisen als die zweiten Partikel. Dabei ist die Porosität der ersten Partikel und/oder der zweiten Partikel so ausgebildet, dass jedes zweite Partikel 102 eine höhere mechanische Festigkeit aufweist, als irgendein erstes Partikel.
  • In vorteilhafter Weise weist das aktive Kathodenmaterial 100 erste Partikel und zweite Partikel auf, wobei die ersten Partikel 101 und die zweiten Partikel 102 jeweils den chemischen Stoff LiiNi0,8Mn0,1Co0,1O2 aufweisen, die Porosität eines ersten Partikel in einem Bereich zwischen 4% und 40% und die Porosität eines zweiten Partikel in einem Bereich zwischen 2% und 10% liegt.
  • 5 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines aktiven Kathodenmaterials für eine Lithium-Ionen-Zelle.
  • In einem Schritt S501 wird ein erstes Pulver bereitgestellt, das erste Partikel aufweist, deren Partikelgröße gemäß einer ersten Partikelgrößenverteilung verteilt ist, und die Lithium interkalieren oder ausgebildet sind, Lithium zu interkalieren. Die erste Partikelgrößenverteilung ist vorzugsweise unimodal, hat einen Medianwert D50, der in einem Bereich zwischen 7 µm und 14 µm liegt, und eine Spanne, die kleiner als eins ist. Vorzugsweise liegt der Medianwert D50 der ersten Partikelgrößenverteilung in einem Bereich zwischen 10 µm und 13 µm.
  • In einem Schritt S502 wird ein zweites Pulver bereitgestellt, das noch zu beschichtende, zweite Partikel aufweist, deren Partikelgröße gemäß einer zweiten Partikelgrößenverteilung verteilt ist, und die Lithium interkalieren oder ausgebildet sind, Lithium zu interkalieren. Die zweite Partikelgrößenverteilung ist vorzugsweise unimodal. Die noch zu beschichtenden, zweiten Partikel können unbeschichtete Partikel sein, die jeweils nur von einem oder mehreren Primärpartikeln gebildet werden. Die noch zu beschichtenden, zweiten Partikel können jedoch auch Partikel sein, die schon oberflächenbeschichtet sind.
  • In einem Schritt S503 werden die noch zu beschichtenden, zweiten Partikel mit einer Oberflächenschicht beschichtet, die ihre Oberfläche zumindest teilweise, vorzugsweise ganz umgibt. Beim Beschichten wird die Oberflächenschicht so konfiguriert, dass sie dem mit ihr beschichteten, zweiten Partikel eine mechanische Festigkeit verleiht, die höher ist, als die eines beliebigen Partikels des ersten Pulvers. Insbesondere lässt sich dieses durch geeignete Auswahl eines oder mehrerer der folgenden Parameter der Oberflächenschicht erreichen: chemischer Stoff den sie aufweist, ihre Dicke, ihre Porosität. Nach dem Beschichten ist die Partikelgröße der (mit der Oberflächenschicht beschichteten) zweiten Partikel gemäß einer der zweiten Partikelgrößenverteilung entsprechenden unimodalen Verteilung verteilt. Diese hat einen Medianwert D50, der in einem Bereich zwischen 1 µm und 6 µm liegt, und eine Spanne, die kleiner als eins ist. Vorzugsweise liegt der Medianwert D50 in einem Bereich zwischen 2 µm und 4 µm.
  • Das Beschichten kann durch nasstechnisches Behandeln der zu beschichtenden zweiten Partikel in einer Lösung erfolgen, welche die chemische Substanz der sich auszubildenden Oberflächenschicht enthält. Das Beschichten kann auch durch Zusammenmischen des zweiten Pulvers mit einem Pulver, welches die chemische Substanz der sich auszubildenden Oberflächenschicht enthält, und anschließendem Kalzinieren erreicht werden.
  • In einem Schritt S504 wird das erste Pulver mit dem im Schritt S503 oberflächenbeschichteten zweiten Pulver vermischt.
  • In vorteilhafter Weise weisen die Partikel des ersten Pulvers und die noch zu beschichtenden Partikel des zweiten Pulvers jeweils Li1(NixCoyMnzAlr)O2 mit (y+z+r)=(1-x) auf; und nach dem Beschichten weisen die zweiten Partikel jeweils eine Oberflächenschicht auf, die einen der folgenden chemischen Stoffe enthält: LiF, NH4F, TiO2, Al2O3, SnO2, ZrO2, ZnO, AlPO4, Li2TiO3, Li2ZrO3; und die Oberflächenschicht eine Schichtdicke von weniger als 500 nm hat.
  • 6 zeigt schematisch ein anderes erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines aktiven Kathodenmaterials für eine Lithium-Ionen-Zelle.
  • In einem Schritt S601 wird ein erstes Pulver bereitgestellt, das erste Partikel aufweist, deren Partikelgröße gemäß einer ersten Partikelgrößenverteilung verteilt ist, und die Lithium interkalieren oder ausgebildet sind, Lithium zu interkalieren. Die erste Partikelgrößenverteilung ist vorzugsweise unimodal, hat einen Medianwert D50, der in einem Bereich zwischen 7 µm und 14 µm liegt, und eine Spanne, die kleiner als eins ist. Vorzugsweise liegt der Medianwert D50 der ersten Partikelgrößenverteilung in einem Bereich zwischen 10 µm und 13 µm.
  • In einem Schritt S602 wird ein zweites Pulver bereitgestellt, das noch zu dotierende, zweite Partikel aufweist, deren Partikelgröße gemäß einer zweiten Partikelgrößenverteilung verteilt ist, und die Lithium interkalieren oder ausgebildet sind, Lithium zu interkalieren. Die zweite Partikelgrößenverteilung ist vorzugsweise unimodal, hat einen Medianwert D50, der in einem Bereich zwischen 1 µm und 6 µm liegt, und eine Spanne, die kleiner als eins ist. Vorzugsweise liegt der Medianwert D50 der zweiten Partikelgrößenverteilung in einem Bereich zwischen 2 µm und 4 µm.
  • In einem Schritt S603 werden die noch zu dotierenden, zweiten Partikel mit einem Dotierstoff dotiert, der den mit dem Dotierstoff dotierten zweiten Partikel eine mechanische Festigkeit verleiht, die höher ist, als die eines beliebigen Partikels des ersten Pulvers.
  • In einem Schritt S604 wird das erste Pulver mit dem im Schritt S603 dotierten zweiten Pulver vermischt.
  • In vorteilhafter Weise weisen die Partikel des ersten Pulvers und die noch zu dotierenden Partikel des zweiten Pulvers jeweils Li1(NixCoyMnzAlr)O2 mit (y+z+r)=(1-x) auf; und der Dotierstoff, mit dem die Partikel des zweiten Pulvers dotiert sind, ist einer der folgenden Stoffe: AI, Ti, Si, Mg, Nb, Mo, Fe, Cu, Cr, Zn.
  • Während vorausgehend wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben wurde, ist zu bemerken, dass eine große Anzahl von Variationen dazu existiert. Es ist dabei auch zu beachten, dass die beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen nur nichtlimitierende Beispiele darstellen, und es nicht beabsichtigt ist, dadurch den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der hier beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren zu beschränken. Vielmehr wird die vorausgehende Beschreibung dem Fachmann eine Anleitung zur Implementierung mindestens einer beispielhaften Ausführungsform liefern, wobei sich versteht, dass verschiedene Änderungen in der Funktionsweise und der Anordnung der in einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elemente vorgenommen werden können, ohne dass dabei von dem in den angehängten Ansprüchen jeweils festgelegten Gegenstand sowie seinen rechtlichen Äquivalenten abgewichen wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    Aktives Kathodenmaterial
    101
    Erste (große) Partikel
    102, 102'
    Zweite (kleine) Partikel
    103
    Kern eines zweiten Partikel
    104
    Oberflächenschicht eines zweiten Partikels
    105
    Hohlräume
    200
    Bimodale Partikelgrößenverteilung
    400
    Partikel eines aktiven Kathodenmaterials (Sekundärpartikel)
    401
    Primärpartikel
    402
    Hohlräume zwischen Primärpartikeln

Claims (15)

  1. Aktives Kathodenmaterial (100) für eine Lithium-Ionen-Zelle, das ein Gemisch von Partikeln (101, 102) aufweist, deren Partikelgrößen gemäß einer bimodalen Partikelgrößenverteilung (200) mit einem ersten Modalwert (M1) und einem zweiten Modalwert (M2) verteilt sind und die Lithium interkalieren oder ausgebildet sind, Lithium zu interkalieren; wobei der erste Modalwert (M1) größer als der zweite Modalwert (M2) ist; das Gemisch von Partikeln erste Partikel (101) und zweite Partikel (102) aufweist; die ersten Partikel (101) von den Partikeln gebildet werden, die eine Partikelgröße aufweisen, die größer als eine vorgegebene erste Partikelgrößenbereichsgrenze (G1) ist; die zweiten Partikel (102) von den Partikeln gebildet werden, die eine Partikelgröße aufweisen, die kleiner als eine vorgegebene zweite Partikelgrößenbereichsgrenze (G2) ist; die zweite vorgegebene Partikelgrößenbereichsgrenze (G2) kleiner als die vorgegebene erste Partikelgrößenbereichsgrenze (G1) ist; die Partikelgrößenverteilung der ersten Partikel (101) unimodal ist und einen Modalwert aufweist, der gleich dem ersten Modalwert (M1) ist; die Partikelgrößenverteilung der zweiten Partikel (102) unimodal ist und einen Modalwert aufweist, der gleich dem zweiten Modalwert (M2) ist; die zweiten Partikel (102) eine mechanische Festigkeit aufweisen, die höher ist als die mechanische Festigkeit der ersten Partikel (101).
  2. Aktives Kathodenmaterial nach Anspruch 1, wobei die zweiten Partikel (102') jeweils einen mit einer Oberflächenschicht (104) beschichteten Kern (103) aufweisen, die Oberflächenschicht (104) den zweiten Partikeln (102') eine höhere mechanische Festigkeit verleiht als sie die ersten Partikel (101) aufweisen, und der Kern (103) Lithium interkaliert oder ausgebildet ist, Lithium zu interkalieren.
  3. Aktives Kathodenmaterial nach Anspruch 2, wobei die mechanische Festigkeit der zweiten Partikel (102') durch passende Auswahl einer der Folgenden oder eine Kombination davon erreicht wird: - chemischer Stoff der Oberflächenschicht (104), - Dicke der Oberflächenschicht (104), - Porosität der Oberflächenschicht (104).
  4. Aktives Kathodenmaterial nach Anspruch 1, wobei die zweiten Partikel (102) jeweils mit einem Dotierstoff dotiert sind, der den zweiten Partikeln eine höhere mechanische Festigkeit verleiht als sie die ersten Partikel aufweisen.
  5. Aktives Kathodenmaterial nach Anspruch 1, wobei die ersten Partikel (101) eine erste Porosität und die zweiten Partikel (102) eine zweite Porosität aufweisen, und die erste Porosität größer als die zweite Porosität ist.
  6. Aktives Kathodenmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Partikelgrößenverteilung der ersten Partikel (101) eine erste Halbwertsbreite (HWB1) aufweist; die Partikelgrößenverteilung der zweiten Partikel (102) eine zweite Halbwertsbreite (HWB2) aufweist; die vorgegebene erste Partikelgrößenbereichsgrenze (G1) gleich der Differenz zwischen dem ersten Modalwert (M1) und der halben ersten Halbwertsbreite (HWB1) ist; und die vorgegebene zweite Partikelgrößenbereichsgrenze (G2) gleich der Summe zwischen dem zweiten Modalwert (M2) und der halben zweiten Halbwertsbreite (HWB2) ist.
  7. Aktives Kathodenmaterial nach Anspruch 6, wobei der erste Modalwert (M1) in einem Bereich zwischen 7 µm und 14 µm liegt, und der zweite Modalwert (M2) in einem Bereich zwischen 1 µm und 6 µm liegt.
  8. Verfahren zum Herstellen eines aktiven Kathodenmaterials für eine Lithium-Ionen-Zelle, aufweisend: Bereitstellen eines ersten Pulvers, das erste Partikel aufweist, deren Partikelgröße gemäß einer ersten Partikelgrößenverteilung verteilt ist und die Lithium interkalieren oder ausgebildet sind, Lithium zu interkalieren, wobei der Medianwert D50 der ersten Partikelgrößenverteilung in einem Bereich zwischen 7 µm und 14 µm liegt und die Spanne der ersten Partikelgrößenverteilung kleiner als 1 ist; Bereitstellen eines zweiten Pulvers, das zweite Partikel aufweist, deren Partikelgröße gemäß einer zweiten Partikelgrößenverteilung verteilt ist und die Lithium interkalieren oder ausgebildet sind, Lithium zu interkalieren, wobei der Medianwert D50 der zweiten Partikelgrößenverteilung in einem Bereich zwischen 1 µm und 6 µm liegt, die Spanne der zweiten Partikelgrößenverteilung kleiner als 1 ist, und die zweiten Partikel eine höhere mechanische Festigkeit aufweisen als die ersten Partikel; und Mischen des ersten Pulvers und des zweiten Pulvers zu einem Gemisch, das eine bimodale Partikelverteilung aufweist.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Bereitstellen des zweiten Pulvers ferner aufweist: Beschichten der zweiten Partikel mit einer Oberflächenschicht, die den beschichteten zweiten Partikeln eine höhere mechanische Festigkeit verleiht als sie die ersten Partikel aufweisen.
  10. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Bereitstellen des zweiten Pulvers ferner aufweist: Dotieren der zweiten Partikel mit einem Dotierstoff, der den zweiten Partikeln eine höhere mechanische Festigkeit verleiht als sie die ersten Partikel aufweisen.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die ersten Partikel eine erste Porosität und die zweiten Partikel eine zweite Porosität aufweisen, und die erste Porosität größer als die zweite Porosität ist.
  12. Aktives Kathodenmaterial hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11.
  13. Lithium-Ionen-Zelle, aufweisend: eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode, und einen die erste Elektrode und die zweite Elektrode trennenden Separator, wobei die erste Elektrode ein höheres Potential als die zweite Elektrode aufweist, und die erste Elektrode ein mit einem Binder gebundenes, gepresstes aktives Kathodenmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und 12 aufweist.
  14. Batterie, eine Lithium-Ionen-Zelle nach Anspruch 13 aufweisend.
  15. Fahrzeug, aufweisend eine Batterie nach Anspruch 14.
DE102020115222.1A 2020-06-09 2020-06-09 Aktives Kathodenmaterial für Lithium-Ionen-Zellen und Lithium-Ionen-Zelle mit hoher Energiedichte Pending DE102020115222A1 (de)

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