DE102021202545A1 - battery cell - Google Patents

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Christoph Bolli
Tim Dagger
Paul Meister
Xin Qi
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Volkswagen AG
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle (14), die eine Kathode (18), eine Anode (16) und einen dazwischen angeordneten Separator (20) aufweist. Die Kathode (18) umfasst ein ein Übergangsmetallion (30) aufweisendes Aktivmaterial (26) und ein kohlenstoffbasiertes Leitadditiv (28). Die Oberfläche des Separators (20) oder die Oberfläche des Leitadditivs (28) ist mit einem ein Stickstoffatom (N) aufweisenden Molekül (40) versehen, das zum Eingehen eines Chelatkomplexes (48) mit dem Übergangsmetallion (30) geeignet ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren (32) zur Herstellung einer Batteriezelle (14).The invention relates to a battery cell (14) which has a cathode (18), an anode (16) and a separator (20) arranged between them. The cathode (18) comprises an active material (26) containing a transition metal ion (30) and a carbon-based conductive additive (28). The surface of the separator (20) or the surface of the conductive additive (28) is provided with a molecule (40) which has a nitrogen atom (N) and is suitable for entering into a chelate complex (48) with the transition metal ion (30). The invention also relates to a method (32) for producing a battery cell (14).

Description

Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle, die eine Kathode, eine Anode und einen dazwischen angeordneten Separator aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle.The invention relates to a battery cell which has a cathode, an anode and a separator arranged between them. Furthermore, the invention relates to a method for producing a battery cell.

In zunehmendem Maße werden Kraftfahrzeuge zumindest teilweise mittels eines Elektromotors angetrieben, sodass diese als Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug ausgestaltet sind. Zur Bestromung des Elektromotors wird üblicherweise eine Hochvoltbatterie herangezogen, die mehrere einzelne Batteriemodule umfasst. Die Batteriemodule sind meist zueinander baugleich sowie miteinander elektrisch in Reihe und/oder parallel geschaltet, sodass die an der Hochvoltbatterie anliegende elektrische Spannung einem Vielfachen der mittels jedes der Batteriemodule bereitgestellten elektrischen Spannung entspricht. Jedes Batteriemodul wiederum umfasst mehrere Batterien, die meist in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, und die miteinander elektrisch in Reihe und/oder parallel geschaltet sind.Motor vehicles are increasingly being driven at least partially by means of an electric motor, so that they are designed as electric vehicles or hybrid vehicles. A high-voltage battery, which comprises a number of individual battery modules, is usually used to power the electric motor. The battery modules are usually structurally identical to one another and are electrically connected to one another in series and/or in parallel, so that the electrical voltage present at the high-voltage battery corresponds to a multiple of the electrical voltage provided by each of the battery modules. Each battery module in turn comprises a plurality of batteries which are usually arranged in a common housing and which are electrically connected to one another in series and/or in parallel.

Jede der Batterien wiederum umfasst üblicherweise mehrere Batteriezellen, die jeweils auch als galvanisches Element bezeichnet werden. Diese weisen jeweils zwei Elektroden, nämlich eine Anode und eine Kathode, sowie einen dazwischen angeordneten Separator als auch einen Elektrolyten mit freibeweglichen Ladungsträgern auf. Als ein derartiger Elektrolyt wird beispielsweise eine Flüssigkeit herangezogen. Zum Schutz der Batteriezellen sind diese üblicherweise in einem Gehäuse der Batterie angeordnet.Each of the batteries, in turn, usually includes a number of battery cells, each of which is also referred to as a galvanic element. These each have two electrodes, namely an anode and a cathode, as well as a separator arranged between them and an electrolyte with freely mobile charge carriers. A liquid, for example, is used as such an electrolyte. To protect the battery cells, they are usually arranged in a housing of the battery.

Die Elektroden weisen jeweils einen Ableiter auf, der aus einer Metallfolie erstellt ist. Auf den jeweiligen Ableiter ist eine Schicht aufgetragen, die ein Aktivmaterial, einen Binder und ein Leitadditiv umfasst. Die Elektroden können dabei basierend auf Kohlenstoff oder auch Übergangsmetallverbindungen sein. Damit eine vergleichsweise hohe Energiedichte bereitgestellt ist, weist das Aktivmaterial der Kathode meist ein Ion eines Übergangsmetalls auf, wie Mangan, Cobalt oder Nickel.The electrodes each have a conductor that is made from a metal foil. A layer comprising an active material, a binder and a conductive additive is applied to the respective arrester. The electrodes can be based on carbon or transition metal compounds. So that a comparatively high energy density is provided, the active material of the cathode usually has an ion of a transition metal, such as manganese, cobalt or nickel.

Bei Betrieb ist es möglich, dass die Batteriezelle erwärmt wird und somit auch das Aktivmaterial der Kathode. Hierbei ist es möglich, dass das Übergangsmetallion sich in dem verwendeten Elektrolyten löst. Infolgedessen wird dieses von der Kathodenseite zu der Anodenseite mit dem Elektrolyten transportiert, und es ist möglich, dass sich das Übergangsmetallion an Bestandteilen der Anode, wie dem dortigen Aktivmaterial, anlagert. In diesem Bereich der Anode kann eine fortgesetzte Elektrolytzersetzung oder auch eine Zersetzung der Passivierungsschicht auf der Anode, der sog. SEI (eng. Solid Electrolyte Interphase), stattfinden. In beiden Fällen verringert sich die Anzahl an transportierbaren Arbeitsionen, und eine Kapazität der Batteriezelle ist verringert. Wenn dies vergleichsweise häufig geschieht, ist die Batteriezelle nicht mehr oder lediglich sehr eingeschränkt nutzbar, sodass eine Lebensdauer verringert ist.During operation, it is possible that the battery cell will be heated and thus also the active material of the cathode. It is possible here that the transition metal ion dissolves in the electrolyte used. As a result, it is transported from the cathode side to the anode side with the electrolyte, and there is a possibility that the transition metal ion attaches to components of the anode such as the active material there. In this area of the anode, continued electrolyte decomposition or decomposition of the passivation layer on the anode, the so-called SEI (Solid Electrolyte Interphase), can take place. In both cases, the number of working ions that can be transported decreases, and a capacity of the battery cell is reduced. If this happens comparatively frequently, the battery cell can no longer be used or can only be used to a very limited extent, so that its service life is reduced.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete Batteriezelle und ein besonders geeignetes Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle anzugeben, wobei vorteilhafterweise eine Lebensdauer erhöht ist.The invention is based on the object of specifying a particularly suitable battery cell and a particularly suitable method for producing a battery cell, with a service life advantageously being increased.

Hinsichtlich der Batteriezelle wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 8 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.With regard to the battery cell, this object is achieved according to the invention by the features of claim 1 and with regard to the method by the features of claim 8 . Advantageous developments and refinements are the subject of the respective dependent claims.

Vorzugsweise ist die Batteriezelle im bestimmungsgemäßen Zustand ein Bestandteil eines Kraftfahrzeugs. Hierfür ist die Batteriezelle geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet. Im bestimmungsgemäßen Zustand ist die Batteriezelle beispielsweise ein Bestandteil eines Energiespeichers des Kraftfahrzeugs, der mehrere derartige Batteriezellen aufweist. Vorzugsweise sind hierbei die Batteriezellen auf mehrere Batterien und/oder Batteriemodule aufgeteilt, die zueinander wiederum baugleich sind. Die Batteriezellen sind insbesondere in einem Gehäuse des Energiespeichers bzw. des jeweiligen Batteriemoduls/Batterie angeordnet und miteinander elektrisch parallel und/oder in Reihe geschaltet. Somit ist die an dem Energiespeicher/Batteriemodul/Batterie anliegende elektrische Spannung ein Vielfaches der mittels jeder der Batteriezelle bereitgestellten elektrischen Spannung, oder zumindest eine Kapazität ist erhöht. Zweckmäßigerweise sind sämtliche Batteriezellen dabei zueinander baugleich, was eine Fertigung vereinfacht.In the intended state, the battery cell is preferably a component of a motor vehicle. The battery cell is suitable for this, in particular provided and set up. In the intended state, the battery cell is, for example, a component of an energy store in the motor vehicle, which has a plurality of such battery cells. In this case, the battery cells are preferably divided among a number of batteries and/or battery modules, which in turn are structurally identical to one another. The battery cells are arranged in particular in a housing of the energy store or of the respective battery module/battery and are electrically connected to one another in parallel and/or in series. The electrical voltage applied to the energy store/battery module/battery is therefore a multiple of the electrical voltage provided by each of the battery cells, or at least one capacity is increased. All battery cells are expediently identical in construction to one another, which simplifies production.

Das Kraftfahrzeug ist bevorzugt landgebunden und weist vorzugsweise eine Anzahl an Rädern auf, von denen zumindest eines, vorzugsweise mehrere oder alle, mittels eines Antriebs angetrieben sind. Geeigneterweise ist eines, vorzugsweise mehrere, der Räder steuerbar ausgestaltet. Somit ist es möglich, das Kraftfahrzeug unabhängig von einer bestimmten Fahrbahn, beispielsweise Schienen oder dergleichen, zu bewegen. Dabei ist es zweckmäßigerweise möglich, das Kraftfahrzeug im Wesentlichen beliebig auf einer Fahrbahn zu positionieren, die insbesondere aus einem Asphalt, einem Teer oder Beton gefertigt ist. Das Kraftfahrzeug ist beispielsweise ein Nutzkraftwagen, wie ein Lastkraftwagen (Lkw) oder ein Bus. Besonders bevorzugt jedoch ist das Kraftfahrzeug ein Personenkraftwagen (Pkw).The motor vehicle is preferably land-based and preferably has a number of wheels, of which at least one, preferably several or all, are driven by a drive. Suitably one, preferably several, of the wheels is designed to be steerable. It is thus possible to move the motor vehicle independently of a specific roadway, for example rails or the like. It is expediently possible to position the motor vehicle essentially anywhere on a roadway that is made of asphalt, tar or concrete in particular. The motor vehicle is, for example, a commercial vehicle, such as a truck (truck) or a bus. Especially preferred however, the motor vehicle is a passenger car (car).

Mittels des Antriebs erfolgt zweckmäßigerweise eine Fortbewegung des Kraftfahrzeugs. Zum Beispiel ist der Antrieb, insbesondere der Hauptantrieb, zumindest teilweise elektrisch ausgestaltet, und das Kraftfahrzeug ist beispielsweise ein Elektrofahrzeug. Der Elektromotor wird zum Beispiel mittels des Energiespeichers betrieben, der geeigneterweise als eine Hochvoltbatterie ausgestaltet ist, oder zumindest mittels der Batteriezelle. Mittels der Hochvoltbatterie wird zweckmäßigerweise eine elektrische Gleichspannung bereitgestellt, wobei die elektrische Spannung zum Beispiel zwischen 200 V und 800 V und beispielsweise im Wesentlichen 400 V beträgt. Vorzugsweise ist zwischen dem Energiespeicher und dem Elektromotor ein elektrischer Umrichter angeordnet, mittels dessen die Bestromung des Elektromotors eingestellt wird. In einer Alternative weist der Antrieb zusätzlich einen Verbrennungsmotor auf, sodass das Kraftfahrzeug als Hybrid-Kraftfahrzeug ausgestaltet ist. In einer weiteren Alternative wird mittels des Energiespeichers ein Niedervoltbordnetz des Kraftfahrzeugs gespeist, und mittels des Energiespeichers wird insbesondere eine elektrische Gleichspannung von 12 V, 24 V oder 48 V bereitgestellt.The motor vehicle is expediently moved by means of the drive. For example, the drive, in particular the main drive, is designed at least partially electrically, and the motor vehicle is an electric vehicle, for example. The electric motor is operated, for example, by means of the energy store, which is suitably designed as a high-voltage battery, or at least by means of the battery cell. An electrical DC voltage is expediently provided by means of the high-voltage battery, the electrical voltage being between 200 V and 800 V, for example, and essentially 400 V, for example. An electrical converter is preferably arranged between the energy store and the electric motor, by means of which the energization of the electric motor is adjusted. In an alternative, the drive also has an internal combustion engine, so that the motor vehicle is designed as a hybrid motor vehicle. In a further alternative, a low-voltage vehicle electrical system of the motor vehicle is fed by means of the energy store, and in particular an electrical direct voltage of 12 V, 24 V or 48 V is provided by means of the energy store.

In einer weiteren Alternative ist die Batteriezelle ein Bestandteil eines Flurförderfahrzeug, einer Industrieanlage, eines handgeführten Geräts, wie beispielsweise eines Werkzeugs, insbesondere eines Akkuschraubers. In einer weiteren Alternative ist die Batteriezelle ein Bestandteil einer Energieversorgung und wird dort beispielsweise als sogenannte Pufferbatterie verwendet. In einer weiteren Alternative ist die Batteriezelle ein Bestandteil eines tragbaren Geräts, beispielsweise eines tragbaren Mobiltelefons, oder eines sonstigen Wearables. Auch ist es möglich, eine derartige Batteriezelle im Campingbereich, Modellbaubereich oder für sonstige Outdoor-Aktivitäten zu verwenden.In a further alternative, the battery cell is part of an industrial truck, an industrial plant, a hand-held device such as a tool, in particular a cordless screwdriver. In a further alternative, the battery cell is part of an energy supply and is used there, for example, as a so-called buffer battery. In a further alternative, the battery cell is part of a portable device, for example a portable cell phone, or some other wearable device. It is also possible to use such a battery cell in the camping sector, in the model building sector or for other outdoor activities.

Die Batteriezelle weist eine Kathode, eine Anode und einen dazwischen angeordneten Separator auf. Beispielsweise sind die Anode, Kathode und der Separator zumindest teilweise flächig ausgestaltet, und insbesondere ist die Batteriezelle vorgesehen, dass mehrere derartige Batteriezellen übereinander zu einem Zellstapels gestapelt werden. Alternativ hierzu sind die Kathode, die Anode und der Separator aufgerollt, insbesondere zu einer sogenannten „Jelly Roll“. The battery cell has a cathode, an anode and a separator arranged therebetween. For example, the anode, cathode and separator are designed at least partially flat, and in particular the battery cell is provided that several such battery cells are stacked on top of each other to form a cell stack. As an alternative to this, the cathode, the anode and the separator are rolled up, in particular to form a so-called “jelly roll”.

Vorzugsweise weist die Batteriezelle einen Elektrolyten auf, mittels dessen insbesondere freibewegliche Ladungsträger bereitgestellt sind. Als derartiger Elektrolyt wird insbesondere LiPF6 verwendet, oder der Elektrolyt umfasst zumindest LiPF6, beispielsweise als Leitsalz, und insbesondere organische Carbonate als Lösungsmittel.The battery cell preferably has an electrolyte, by means of which, in particular, freely movable charge carriers are provided. In particular, LiPF6 is used as such an electrolyte, or the electrolyte comprises at least LiPF6, for example as a conductive salt, and in particular organic carbonates as a solvent.

Die Kathode weist ein Aktivmaterial auf. Das Aktivmaterial umfasst ein Übergangsmetallion, also ein positiv geladenes Ion eines Übergangsmetalls, das zum Beispiel kovalent an weitere Bestandteile des Aktivmaterials gebunden ist. Zudem weist die Kathode ein Leitadditiv auf, das kohlenstoffbasiert ist. Mit anderen Worten ist das Leitadditiv aus Kohlenstoff erstellt oder zumindest eine Hauptkomponente des Leitadditivs ist Kohlenstoff, wobei der Kohlenstoff beispielsweise in unterschiedlichen Konfigurationen gebunden ist. Folglich besteht das Leitadditiv zumindest zur Hälfte aus Kohlenstoff. Beispielsweise ist das Leitadditiv ein Leitruß, Leitgraphit oder Nanoröhren. Insbesondere sind das Aktivmaterial und das Leitadditiv ein Bestandteil einer Schicht der Kathode, die zweckmäßigerweise zusätzlich einen Binder umfasst. Die Schicht ist geeigneterweise auf einen Ableiter der Kathode aufgetragen, der vorzugsweise aus einer Metallfolie erstellt ist, wie einer Aluminiumfolie. Vorzugsweise ist die Anode gleichartig aufgebaut, wobei beispielsweise ein unterschiedliches Material für den Ableiter und/oder das Aktivmaterial verwendet wird. Mit anderen Worten weist die Anode bevorzugt einen Ableiter auf, der mit einer Schicht versehen ist, die ein Aktivmaterial, ein Leitadditiv und einen Binder umfasst.The cathode has an active material. The active material includes a transition metal ion, ie a positively charged ion of a transition metal, which is, for example, covalently bonded to other components of the active material. In addition, the cathode has a conductive additive that is carbon-based. In other words, the conductive additive is made of carbon or at least one main component of the conductive additive is carbon, the carbon being bound in different configurations, for example. Consequently, at least half of the conductive additive consists of carbon. For example, the conductive additive is a conductive carbon black, conductive graphite or nanotubes. In particular, the active material and the conductive additive are part of a layer of the cathode, which expediently also includes a binder. The layer is suitably applied to a cathode conductor, which is preferably made of metal foil, such as aluminum foil. The anode is preferably constructed in the same way, with a different material being used for the conductor and/or the active material, for example. In other words, the anode preferably has a conductor that is provided with a layer that includes an active material, a conductive additive, and a binder.

Die Batteriezelle weist zudem ein Molekül auf, das zum Eingehen eines Chelatkomplexes mit dem Übergangsmetallion geeignet ist. Mit anderen Worten weist das Molekül mehrzähnige Liganden auf, mittels derer zwei Koordinationsstellen zur Bindung mit dem Übergangsmetallion bereitgestellt sind. Mit anderen Worten wird, wenn das Übergangsmetallion auf das Molekül trifft, und das Übergangsmetallion nicht anderweitig gebunden ist, der Chelatkomplexes mit dem Molekül gebildet. Das Molekül weist ist ein Stickstoffatom auf, wobei insbesondere mittels des Stickstoffatoms eine der Koordinationsstellen, also die jeweilige Bindungsstelle, gebildet ist. Die Bindung der Koordinationsstellen mit dem Übergangsmetallion ist insbesondere jeweils eine koordinative Bindung. Geeigneterweise weist das Molekül zwei derartige Stickstoffatome auf, wobei mittels jedes der Stickstoffatome jeweils eine der Bindungsstellen bereitgestellt ist. Zusammenfassend ist es möglich, mittels des Moleküls ein Übergangsmetallion, das aus dem Aktivmaterial herausgelöst ist, zu binden. Hierfür ist das Molekül geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet.The battery cell also has a molecule capable of entering into a chelate complex with the transition metal ion. In other words, the molecule has multidentate ligands that provide two coordination sites for binding with the transition metal ion. In other words, when the transition metal ion encounters the molecule and the transition metal ion is not otherwise bound, the chelate complex is formed with the molecule. The molecule has a nitrogen atom, with one of the coordination sites, ie the respective binding site, being formed in particular by means of the nitrogen atom. The bond between the coordination sites and the transition metal ion is in particular a coordinate bond in each case. Suitably the molecule has two such nitrogen atoms, one of the bonding sites being provided by each of the nitrogen atoms. In summary, it is possible to use the molecule to bind a transition metal ion that has been dissolved out of the active material. The molecule is suitable for this, in particular provided and set up.

In einer Alternative der Erfindung ist die Oberfläche des Separators mit dem Molekül versehen. Mit anderen Worten ist die Oberfläche des Separators mit in dem Molekül beispielsweise vollständig oder zumindest teilweise beschichtet. Insbesondere ist hierbei die Oberfläche des Separators auf der der Kathode zugewandten Seite mit dem Molekül versehen. Insbesondere ist das Molekül mit weiteren Bestandteilen des Separators gebunden, beispielsweise mittels einer Ionenbindung oder einer kovalenten Bindung. Wenn das Übergangsmetallion aus dem Aktivmaterial herausgelöst ist und bei Betrieb mit dem Elektrolyten zur Anode transportiert wird, gelangt dieses zunächst zu der Oberfläche des Separators und daher zu dem Molekül. Dieses bildet mit dem Übergangsmetallion den Chelatkomplex aus, sodass das Übergangsmetallion an den Separator gebunden wird. Folglich dringt das Übergangsmetallion nicht in die Anode ein und kann dort eine Kapazität nicht verringern. Insbesondere weist die Oberfläche des Separator eine Keramikschicht auf oder zumindest eine Schicht, die mittels Keramikpartikeln bereitgestellt ist. Zweckmäßigerweise sind hierbei an die jeweilige Keramik das Molekül angebunden.In an alternative of the invention, the surface of the separator is provided with the molecule. In other words, the surface of the separator is, for example, completely or at least partially coated with the molecule. In particular, this is the surface of the separator provided with the molecule on the side facing the cathode. In particular, the molecule is bound to other components of the separator, for example by means of an ionic bond or a covalent bond. When the transition metal ion is dissolved out of the active material and is transported to the anode during operation with the electrolyte, it first reaches the surface of the separator and therefore the molecule. This forms the chelate complex with the transition metal ion, so that the transition metal ion is bound to the separator. Consequently, the transition metal ion does not enter the anode and cannot reduce a capacity there. In particular, the surface of the separator has a ceramic layer or at least one layer that is provided by means of ceramic particles. In this case, the molecule is expediently bound to the respective ceramic.

In einer bevorzugten Alternative ist die Oberfläche des Leitadditivs mit dem Molekül versehen. Mit anderen Worten ist beispielsweise die Oberfläche des Leitadditivs, also die einzelnen Partikel des Leitadditivs, mit dem Molekül teilweise oder vollständig versehen. Die Oberfläche des kohlenstoffbasiertes Leitadditiv ist vergleichsweise groß, sodass, auch wenn lediglich ein Teil des Leitadditivs mit dem Molekül versehen ist, eine vergleichsweise große Menge des Moleküls bereitsteht, um eines der Übergangsmetallionen mittels des Chelatkomplexes zu binden. Hierbei ist das Molekül mittels einer vergleichsweise starken kovalenten Bindung an dem kohlenstoffbasierten Leitadditiv gebunden, sodass ein Ablösen des Chelatkomplexes von dem Leitadditiv vermieden ist. Ferner wird somit das Übergangsmetallion bereits in der Kathode gebunden, weswegen eine Beeinträchtigung weiterer Bestandteile vermieden ist.In a preferred alternative, the surface of the conductive additive is provided with the molecule. In other words, for example, the surface of the conductive additive, ie the individual particles of the conductive additive, is partially or completely provided with the molecule. The surface area of the carbon-based conductive additive is comparatively large, so that even if only part of the conductive additive is provided with the molecule, a comparatively large amount of the molecule is available to bind one of the transition metal ions via the chelate complex. In this case, the molecule is bound to the carbon-based conductive additive by means of a comparatively strong covalent bond, so that detachment of the chelate complex from the conductive additive is avoided. Furthermore, the transition metal ion is thus already bound in the cathode, which is why impairment of other components is avoided.

In einer Varianten weist das Molekül zwei Nitril-Gruppen auf, also ein Kohlenstoffatom, das mittels einer dreifachen Bindung mit dem jeweiligen Stickstoffatom gebunden ist. Folglich weist das Molekül zumindest zwei Stickstoffatome auf, mittels derer jeweils die Bindungsstellen bereitgestellt sind. Mittels der beiden Nitril-Gruppen ist es möglich, das jeweilige Übergangsmetallion vergleichsweise sicher zu binden. Hierbei wird durch die vergleichsweise hohe Stabilität der Nitril-Gruppe eine Oxidation des Moleküls vermieden. Da sich das Molekül nicht in der Anode befindet, wird eine sonstige Reaktion des Moleküls vermieden. Mit anderen Worten ist aufgrund der Anordnung des Moleküls dieses von der Funktionsweise der Anode nicht betroffen, und das Molekül steht für einen vergleichsweise langen Zeitraum zum Eingehen des Chelatkomplexes mit dem Übergangsmetallion bereit, sodass eine Lebensdauer der Batteriezelle vergleichsweise hoch ist. Zudem ist eine Herstellung der Nitril-Gruppen auch vergleichsweise kostensparend möglich. Die Nitril-Gruppen sind beispielsweise an einen jeweiligen weiteren Rest gebunden, wobei der Rest beispielsweise ein linearer oder zyklischer Rest ist. Hierbei sind die beiden Reste zweckmäßigerweise miteinander verbunden. Zum Beispiel sind dabei die beiden Reste gleich oder zueinander unterschiedlich. Alternativ hierzu sind die beiden Nitril-Gruppen direkt miteinander verbunden. Beispielsweise ist hierbei stets der gleiche Rest vorhanden, oder das Molekül weist unterschiedliche Reste auf, wobei jedem der Reste eine oder beide der Nitril-Gruppen zugeordnet sind. Beispielsweise sind die Reste miteinander verbunden.In one variant, the molecule has two nitrile groups, i.e. a carbon atom which is bonded to the respective nitrogen atom by means of a triple bond. Consequently, the molecule has at least two nitrogen atoms, by means of which the binding sites are provided in each case. Using the two nitrile groups, it is possible to bind the respective transition metal ion comparatively securely. The comparatively high stability of the nitrile group prevents oxidation of the molecule. Because the molecule is not in the anode, any other reaction of the molecule is avoided. In other words, due to the arrangement of the molecule, the operation of the anode does not affect the molecule, and the molecule is available for a comparatively long period of time to form the chelate complex with the transition metal ion, so that the battery cell has a comparatively long service life. In addition, the nitrile groups can also be produced at comparatively low cost. The nitrile groups are, for example, attached to a respective further radical, the radical being, for example, a linear or cyclic radical. In this case, the two radicals are expediently connected to one another. For example, the two radicals are the same or different from one another. Alternatively, the two nitrile groups are linked directly to each other. For example, the same residue is always present here, or the molecule has different residues, one or both of the nitrile groups being assigned to each of the residues. For example, the residues are linked together.

Zum Beispiel weist das Molekül lediglich die beiden Nitril-Gruppen auf und umfasst somit insbesondere ein Binitril. Besonders bevorzugt jedoch umfasst das Molekül eine weitere Nitril-Gruppen, sodass der Chelatkomplexes insbesondere drei Liganden aufweist. Somit umfasst das Molekül ein Trinitril. In einer weiteren Alternative weist das Molekül noch zusätzliche Nitril-Gruppen auf. Aufgrund der größeren Anzahl an Nitril-Gruppen wird ein vergleichsweise stabiler Chelatkomplexes mit dem Übergangsmetallion gebildet, sodass ein späteres Ablösen des Übergangsmetallions vermieden ist. Alternativ hierzu werden die weiteren Nitril-Gruppen zum Eingehen eines Chelatkomplexes mit einem weiteren Übergangsmetallion verwendet, wenn dieses abgelöst auftritt. Folglich werden mittels eines der Moleküle mehrere der Übergangsmetallionen gebunden.For example, the molecule has only the two nitrile groups and thus includes, in particular, a binitrile. However, the molecule particularly preferably comprises a further nitrile group, so that the chelate complex has in particular three ligands. Thus the molecule comprises a trinitrile. In a further alternative, the molecule has additional nitrile groups. Due to the larger number of nitrile groups, a comparatively stable chelate complex is formed with the transition metal ion, so that subsequent detachment of the transition metal ion is avoided. Alternatively, the additional nitrile groups are used to form a chelate complex with another transition metal ion when this occurs in detached form. Consequently, several of the transition metal ions are bound by means of one of the molecules.

In einer weiteren Alternative umfasst das Molekül eine Porphyrin-Gruppe. Mit anderen Worten umfasst das Molekül Porphyrin, das an weitere Bestandteile gebunden ist, beispielsweise an einen zyklischen oder linearen Rest. Mittels der Porphyrin-Gruppe wird ebenfalls ein Chelatkomplexes mit dem Übergangsmetallion gebildet, wenn diese aufeinandertreffen. Zum Beispiel wird hierbei bei dem Molekül jeweils der gleiche Rest herangezogen, oder das Molekül weist mehrere Porphyrin -Gruppen auf, die an unterschiedliche Reste gebunden sind.In a further alternative, the molecule comprises a porphyrin group. In other words, the molecule comprises porphyrin bound to other components, for example a cyclic or linear moiety. A chelate complex is also formed with the transition metal ion via the porphyrin group when they meet. For example, the same residue is used in the molecule, or the molecule has several porphyrin groups attached to different residues.

In einer weiteren Alternative umfasst das Molekül eine Phthalocyanin-Gruppe. Auch diese Gruppe ist zum Eingehen eines Chelatkomplexes mit dem Übergangsmetallion geeignet. Insbesondere ist hierbei die Phthalocyanin-Gruppe an einen weiteren Rest gebunden, beispielsweise einen linearen oder zyklischen Rest. Zum Beispiel wird hierbei bei dem Molekül jeweils der gleiche Rest herangezogen, oder das Molekül weist mehrere Phthalocyanin-Gruppen auf, die an unterschiedliche Reste gebunden sind.In a further alternative, the molecule comprises a phthalocyanine group. This group is also suitable for entering into a chelate complex with the transition metal ion. In particular, the phthalocyanine group is attached to another residue, for example a linear or cyclic residue. For example, the same residue is used in the molecule, or the molecule has several phthalocyanine groups which are attached to different residues.

Beispielsweise weist die Batteriezelle jeweils lediglich eines der oben genannten Moleküle auf. In einer weiteren Alternative sind in der Batteriezelle mehrere derartige Moleküle vorhanden, wobei eines der Moleküle zumindest zwei Nitril-Gruppen, eines der Moleküle eine Porphyrin-Gruppe und eines der Moleküle eine Phthalocyanin-Gruppe aufweist. Alternativ hierzu ist eines dieser Moleküle nicht vorhanden, also beispielsweise das mit den beiden Nitril-Gruppen, das mit der Porphyrin-Gruppe oder das mit der Phthalocyanin-Gruppe. Somit ist ein Binden des Übergangsmetallion auch bei unterschiedlichsten Betriebszuständen der Batteriezelle möglich, wobei bei unterschiedlichen Betriebszuständen jeweils die unterschiedlichen Moleküle bevorzugt den Chelatkomplexes mit dem Übergangsmetallion binden. Auch ist auf diese Weise sichergestellt, dass ein freies Übergangsmetallion stets gebunden wird, auch wenn eines der Moleküle hierfür nicht zur Verfügung steht, beispielsweise aufgrund einer Verunreinigung und/oder der Auflösung und/oder des Auflösens eines dieser Moleküle.For example, each battery cell has only one of the above-mentioned molecules. In According to a further alternative, the battery cell contains a plurality of such molecules, one of the molecules having at least two nitrile groups, one of the molecules having a porphyrin group and one of the molecules having a phthalocyanine group. Alternatively, one of these molecules is not present, for example the one with the two nitrile groups, the one with the porphyrin group or the one with the phthalocyanine group. Thus, binding of the transition metal ion is also possible in the most varied operating states of the battery cell, with the different molecules preferentially binding the chelate complex with the transition metal ion in different operating states. This also ensures that a free transition metal ion is always bound, even if one of the molecules is not available for this purpose, for example due to contamination and/or the dissolution and/or dissolution of one of these molecules.

Beispielsweise besteht das Molekül lediglich aus der Gruppe, die zum Eingehen eines Chelatkomplexes mit dem Übergangsmetallion geeignet ist. Besonders bevorzugt jedoch umfasst das Molekül eine Oberflächengruppe, die an die jeweilige Oberfläche gebunden ist, also an die Oberfläche des Leitadditivs oder die Oberfläche des Separators. Insbesondere ist die Oberflächengruppe kovalent an das Leitadditiv bzw. den Separator gebunden. Die Oberflächengruppe umfasst hierbei besonders bevorzugt eine OH, O--, -COOH-, -CH=O oder eine Anhydrid-Gruppe. Aufgrund der Oberflächengruppe ist ein Anhaften an dem Leitadditiv bzw. dem Separator verbessert, sodass ein ungewolltes Ablösen des Moleküls und/oder des Chelatkomplexes von dem Leitadditiv bzw. dem Separator vermieden ist. Somit ist verhindert, dass diese zu der Anode bewegt werden, was dort eine Kapazität verringert könnte. Zudem ist es möglich, die Oberflächengruppe auf das jeweils verwendete Leitadditiv bzw. den verwendeten Separator anzupassen, wohingegen die weiteren Bestandteile des Moleküls, die zum Eingehen des Chelatkomplexes verwendet werden, nicht verändert werden müssen. Somit ist es möglich, eine Vielzahl unterschiedlicher Moleküle bereitzustellen, die je nach verwendeten Materialien der Batteriezelle verwendet werden können. Somit ist eine Flexibilität erhöht.For example, the molecule consists only of the group capable of forming a chelate complex with the transition metal ion. However, the molecule particularly preferably comprises a surface group which is bonded to the respective surface, ie to the surface of the conductive additive or the surface of the separator. In particular, the surface group is covalently bonded to the conductive additive or the separator. In this case, the surface group particularly preferably comprises an OH, O − , —COOH—, —CH═O or an anhydride group. Because of the surface group, adhesion to the conductive additive or the separator is improved, so that unwanted detachment of the molecule and/or the chelate complex from the conductive additive or the separator is avoided. This prevents them from being moved to the anode, which could reduce capacity there. In addition, it is possible to adapt the surface group to the conductive additive used in each case or the separator used, whereas the other components of the molecule used to form the chelate complex do not have to be changed. It is thus possible to provide a large number of different molecules that can be used depending on the materials used in the battery cell. Flexibility is thus increased.

Zum Beispiel ist die Oberflächengruppe bereits vor dem Eingehen einer Verbindung mit der Oberfläche des Leitadditivs bzw. des Separators mit der Gruppe, die zum Eingehen eines Chelatkomplexes mit dem Übergangsmetallion geeignet ist, verbunden. Besonders bevorzugt jedoch ist die Oberflächengruppe zunächst losgelöst von der Gruppe, die zum Eingehen eines Chelatkomplexes mit dem Übergangsmetallion geeignet ist, und/oder an das Leitadditiv bzw. den Separator gebunden, und insbesondere ist die jeweilige Oberfläche mit der jeweiligen Oberflächengruppe versehen. Mit anderen Worten ist die Oberflächengruppe zunächst an die Oberfläche des Leitadditivs bzw. Separator gebunden, wohingegen die Gruppe, die zum Eingehen eines Chelatkomplexes mit dem Übergangsmetallion geeignet ist, nicht mit der Oberflächengruppe chemisch gebunden ist. Bei der Herstellung lagerte sich die Gruppe, die zum Eingehen eines Chelatkomplexes mit dem Übergangsmetallion geeignet ist, an der Oberflächengruppe an, sodass das Molekül gebildet wird.For example, the surface group is already connected to the group that is suitable for entering into a chelate complex with the transition metal ion before entering into a connection with the surface of the conductive additive or of the separator. However, the surface group is particularly preferably initially detached from the group which is suitable for entering into a chelate complex with the transition metal ion and/or bound to the conductive additive or the separator, and in particular the respective surface is provided with the respective surface group. In other words, the surface group is initially bound to the surface of the conductive additive or separator, whereas the group that is suitable for entering into a chelate complex with the transition metal ion is not chemically bound to the surface group. During preparation, the group capable of forming a chelate complex with the transition metal ion attached to the surface group to form the molecule.

Beispielsweise ist das Übergangsmetallion Mangan, Cobalt oder Nickel. Somit ist eine Energiedichte der Batteriezelle erhöht. Insbesondere liegt hierbei das Übergangsmetallion zweifach oder dreifach positiv geladen in dem Aktivmaterial vor. Besonders bevorzugt ist das Aktivmaterial LiaNixMnyCo1-x-yO2, wobei a zwischen 0,8 und 1,5 ist, und für x, y entsprechende Werte gewählt sind. Mit anderen Worten weist das Aktivmaterial mehrere Lithium, Nickel, Mangan, Kobalt und Sauerstoffatome auf. Alternativ ist das Aktivmaterial LiaNixCoyAl1-x-yO2, wobei a zwischen 0,8 und 1,5 ist, und für x, y entsprechende Werte gewählt sind. Zum Beispiel ist das Aktivmaterial LiFePO4 oder LiNixMn2-xO4.For example, the transition metal ion is manganese, cobalt, or nickel. An energy density of the battery cell is thus increased. In particular, the transition metal ion is present in the active material with a double or triple positive charge. The active material is particularly preferably LiaNixMnyCo1-x-yO2, where a is between 0.8 and 1.5, and appropriate values are selected for x, y. In other words, the active material has a plurality of lithium, nickel, manganese, cobalt and oxygen atoms. Alternatively, the active material is LiaNixCoyAl1-x-yO2, where a is between 0.8 and 1.5, and appropriate values are chosen for x, y. For example, the active material is LiFePO4 or LiNixMn2-xO4.

Das Verfahren dient der Herstellung einer Batteriezelle, die eine Anode und eine Kathode sowie einen dazwischen angeordneten Separator aufweist. Die Kathode weist ein Aktivmaterial auf, das ein Übergangsmetallion umfasst. Auch weist die Kathode ein kohlenstoffbasiertes Leitadditiv auf. Die Oberfläche des Separators oder die Oberfläche des Leitadditivs sind mit einem ein Stickstoffatom aufweisenden Molekül versehen, das zum Eingehen eines Chelatkomplexes mit dem Übergangs geeignet ist. Zum Beispiel sind sowohl die Oberfläche des Separators als auch die Oberfläche des Leitadditivs mit dem Molekül versehen.The method is used to produce a battery cell that has an anode and a cathode as well as a separator arranged between them. The cathode has an active material that includes a transition metal ion. The cathode also has a carbon-based conductive additive. The surface of the separator or the surface of the conductive additive is provided with a molecule having a nitrogen atom capable of forming a chelate complex with the junction. For example, both the surface of the separator and the surface of the conductive additive are provided with the molecule.

Das Verfahren sieht vor, dass zunächst das Aktivmaterial und das kohlenstoffbasierte Leitadditiv sowie das Molekül zu einer Paste vermischt werden. Somit liegt das Molekül in der Paste vor, und das Molekül kann sich beispielsweise an der Oberfläche des Leitadditivs anlagern/eine chemische Verbindung eingehen. In einer Variante wird zunächst das kohlenstoffbasiertes Leitadditiv mit dem Molekül vermischt. Nachfolgend erfolgt die Vermischung mit dem Aktivmaterial, sodass die Paste gebildet ist. Hierbei liegt zwischen den einzelnen Schritten beispielsweise eine bestimmte Zeitspanne. Alternativ hierzu wird zunächst das kohlenstoffbasiertes Leitadditiv und das Aktivmaterial vermischt und anschließend das Molekül dazu gemischt. In einer weiteren Alternative erfolgt zunächst das Vermischen des Aktivmaterials mit dem Leitadditiv, und das Molekül wird erst im Anschluss dazugegeben. In einer weiteren Alternative werden sämtliche drei Bestandteile gleichzeitig zu der Paste vermischt.The process provides that the active material and the carbon-based conductive additive as well as the molecule are first mixed to form a paste. The molecule is thus present in the paste and the molecule can, for example, attach to the surface of the conductive additive/enter into a chemical bond. In one variant, the carbon-based conductive additive is first mixed with the molecule. Mixing with the active material then takes place, so that the paste is formed. In this case, for example, there is a certain period of time between the individual steps. As an alternative to this, the carbon-based conductive additive and the active material are first mixed and then the molecule is mixed with them. In a further alternative, the active material is first mixed with the conductive additive, and the molecule is only added afterwards. In a wide Alternatively, all three ingredients are mixed together into the paste at the same time.

Insbesondere sieht das Verfahren vor, dass die Paste auf einen Ableiter der Kathode, besonders bevorzugt eine Aluminiumfolie, als eine Schicht aufgebracht wird und dort zweckmäßigerweise mittels eines Kalandrierprozesses verdichtet wird. Vorzugsweise wird ein etwaiges, in der Paste vorliegendes Lösungsmittel entfernt. Mittels des Kalandrierprozesses wird eine bestimmte Dicke der Schicht eingestellt. Geeigneterweise wird nachfolgend auf die Schicht der Separator aufgebracht.In particular, the method provides that the paste is applied as a layer to a collector of the cathode, particularly preferably an aluminum foil, and is expediently compacted there by means of a calendering process. Preferably, any solvent present in the paste is removed. A certain thickness of the layer is set by means of the calendering process. Suitably, the separator is subsequently applied to the layer.

Besonders bevorzugt wird ein weiteres Molekül herangezogen, das eine weitere Gruppe aufweist und beispielsweise aus der weiteren Gruppen gebildet ist. Die weitere Gruppe ist an das Molekül gebunden, beispielsweise kovalent. Hierbei ist das Molekül mit der weiteren Gruppe gebunden, bevor und zum Beispiel auch während das Molekül mit den weiteren Bestandteilen der Paste, nämlich dem Aktivmaterial und dem Leitadditiv, vermischt wird. Mittels der weiteren Gruppe ist es möglich, eine Anlagerung des Moleküls an dem Leitadditiv bzw. dem Separator, also das Eingehen einer chemischen Verbindung, zu verbessern. Mit anderen Worten dient die weitere Gruppe dem Sicherstellen, dass sich das Molekül tatsächlich an der Oberfläche des Leitadditivs oder des Separators anlagert. Alternativ oder in Kombination hierzu dient die weitere Gruppe der Sicherstellung, dass das Molekül mit den weiteren Materialien sicher vermischt wird, sodass beispielsweise eine Homogenität der Paste erhöht ist.A further molecule is particularly preferably used which has a further group and is formed, for example, from the further groups. The other group is bound to the molecule, for example covalently. In this case, the molecule is bound to the other group before and, for example, also while the molecule is mixed with the other components of the paste, namely the active material and the conductive additive. By means of the further group, it is possible to improve attachment of the molecule to the conductive additive or the separator, ie the formation of a chemical bond. In other words, the further group serves to ensure that the molecule actually accumulates on the surface of the conductive additive or the separator. Alternatively or in combination with this, the further group serves to ensure that the molecule is reliably mixed with the further materials, so that the homogeneity of the paste is increased, for example.

Beispielsweise verbleibt die weitere Gruppe nach dem Vermischen in der Paste und beispielsweise in der Batteriezelle. Besonders bevorzugt jedoch wird dieses nach dem Vermischen entfernt, insbesondere mittels Waschens oder Erhitzens. Mit anderen Worten wird das weitere Molekül aufgelöst. Insbesondere wird hierbei die weitere Gruppe verdampft. Somit liegt die weitere Gruppe, die nicht für den Betrieb der Batteriezelle genutzt wird, in dieser nicht mehr oder lediglich in vergleichsweise geringem Umfang vor.For example, the further group remains in the paste and, for example, in the battery cell after mixing. However, this is particularly preferably removed after mixing, in particular by means of washing or heating. In other words, the other molecule is dissolved. In particular, the further group is vaporized in this case. Thus, the further group that is not used for the operation of the battery cell is no longer present in this or only to a comparatively small extent.

Besonders bevorzugt wird als weitere Gruppe ein -N2 +(Dinitrogen), -OR2 + (Alkylether) oder - OSO2CF3 (Triflat) herangezogen. Diese sind vergleichsweise kostengünstig darstellbar und weisen eine vergleichsweise geringe Gefährdung der Umwelt auf. Insbesondere ist der Rest des Alkylether ein linearer oder verzweigter Rest.A --N 2 + (dinitrogen), --OR 2 + (alkyl ether) or --OSO 2 CF 3 (triflate) is particularly preferably used as a further group. These can be implemented comparatively inexpensively and pose a comparatively low risk to the environment. In particular, the residue of the alkyl ether is a linear or branched residue.

Zusätzlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle, wobei zunächst die Oberfläche des Separators mit dem Molekül versehen wird. Anschließend wird der Separator mit der bereits mit der Schicht versehene Elektrode verbunden, wobei beispielsweise die Elektrode frei von dem Molekül ist.In addition, the invention relates to a method for producing a battery cell, the surface of the separator first being provided with the molecule. The separator is then connected to the electrode which has already been provided with the layer, the electrode being free of the molecule, for example.

Die Erfindung betrifft ferner eine Paste, die ein ein Übergangsmetallion aufweisendes Aktivmaterial und ein kohlenstoffbasiertes Leitadditiv sowie ein ein Stickstoffatom aufweisendes Molekül umfasst, das zum Eingehen eines Chelatkomplexes mit dem Übergangsmetallion geeignet ist. The invention further relates to a paste comprising an active material having a transition metal ion and a carbon-based conductive additive as well as a molecule having a nitrogen atom which is suitable for entering into a chelate complex with the transition metal ion.

Vorzugsweise ist die Paste mittels Vermischens des Aktivmaterials, des Leitadditivs sowie des Moleküls erstellt. Zum Beispiel ist hierbei in der Paste ein weiteres Molekül vorhanden, das eine weitere Gruppe aufweist, an die das Molekül gebunden ist.The paste is preferably created by mixing the active material, the conductive additive and the molecule. Here, for example, another molecule is present in the paste, which has another group to which the molecule is bound.

Die im Zusammenhang mit der Batteriezelle beschriebenen Vorteile und Weiterbildungen sind sinngemäß auch auf das Verfahren/die Paste und untereinander zu übertragen und umgekehrt.The advantages and developments described in connection with the battery cell can also be transferred to the method/paste and to each other and vice versa.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

  • 1 schematisch vereinfacht ein Kraftfahrzeug, das eine Hochvoltbatterie mit mehreren baugleichen Batteriezellen aufweist,
  • 2 in einer Schnittdarstellung schematisch eine der zueinander baugleichen Batteriezellen,
  • 3 ein Verfahren zur Herstellung der Batteriezelle,
  • 4 eine Variante eines Moleküls, das zum Eingehen eines Chelatkomplexes mit dem Übergangsmetallion geeignet ist, und das mit einer weiteren Gruppe gebunden ist,
  • 5 ein Leitadditiv, dessen Oberfläche mit dem Molekül versehen ist,
  • 6 das Leitadditiv, wobei das Molekül und ein Übergangsmetallion einen Chelatkomplex bilden,
  • 7, 8 gemäß 5 bzw. 6 das Leitadditiv mit einem abgeänderten Molekül, und
  • 9, 10 gemäß 5 bzw. 6 das Leitadditiv mit einer weiteren Variante des Moleküls.
Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to a drawing. Show in it:
  • 1 schematically simplified a motor vehicle that has a high-voltage battery with several battery cells of the same construction,
  • 2 a schematic sectional view of one of the battery cells that are identical in construction,
  • 3 a method for manufacturing the battery cell,
  • 4 a variant of a molecule suitable for entering into a chelate complex with the transition metal ion and which is linked to another group,
  • 5 a conductive additive whose surface is provided with the molecule,
  • 6 the conductive additive, where the molecule and a transition metal ion form a chelate complex,
  • 7 , 8th according to 5 or. 6 the lead additive with a modified molecule, and
  • 9 , 10 according to 5 or. 6 the leading additive with another variant of the molecule.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided with the same reference symbols in all figures.

In 1 ist schematisch vereinfacht ein Kraftfahrzeug 2 in Form eines Personenkraftwagens (Pkw) dargestellt. Das Kraftfahrzeug 2 weist eine Anzahl an Rädern 4 auf, von denen zumindest einige mittels eines Antriebs 6 angetrieben sind, der einen Elektromotor umfasst. Somit ist das Kraftfahrzeug 2 ein Elektrofahrzeug oder ein Hybrid-Fahrzeug. Der Antrieb 6 weist einen Umrichter auf, mittels dessen der Elektromotor bestromt ist. Der Umrichter des Antriebs 6 wiederum ist mittels eines Energiespeichers 8 in Form einer Hochvoltbatterie bestromt. Hierfür ist der Antrieb 6 mit einer Schnittstelle 10 des Energiespeichers 8 verbunden, die in ein Gehäuse 12 des Energiespeichers 8 eingebracht ist, das aus einem Edelstahl erstellt ist. Innerhalb des Gehäuses 12 des Energiespeichers 8 sind mehrere Batteriemodule angeordnet, von denen ein Teil der Batteriemodule zueinander elektrisch in Reihe und diese wiederum elektrisch zueinander parallel geschaltet sind. Der elektrische Verband der Batteriemodule ist mit der Schnittstelle 10 elektrisch kontaktiert, sodass bei Betrieb des Antriebs 6 ein Entladen oder Laden (Rekuperation) der Batteriemodule erfolgt. Aufgrund der elektrischen Verschaltung ist dabei die an der Schnittstelle 10 bereitgestellte elektrische Spannung, die 400 V beträgt, ein Vielfaches der mit den zueinander baugleichen Batteriemodule jeweils bereitgestellten elektrischen Spannung.In 1 a motor vehicle 2 in the form of a passenger car is shown in a schematically simplified manner. The motor vehicle 2 has a number of wheels 4, at least some of which are driven by a drive 6 that includes an electric motor. Thus, the motor vehicle is 2 an electric vehicle or a hybrid vehicle. The drive 6 has a converter, by means of which the electric motor is energized. The converter of the drive 6 in turn is powered by an energy store 8 in the form of a high-voltage battery. For this purpose, the drive 6 is connected to an interface 10 of the energy store 8, which is introduced into a housing 12 of the energy store 8, which is made of stainless steel. Within the housing 12 of the energy store 8, a plurality of battery modules are arranged, some of the battery modules of which are electrically connected in series with one another and these in turn are electrically connected in parallel with one another. The electrical assembly of the battery modules makes electrical contact with the interface 10 so that the battery modules are discharged or charged (recuperation) when the drive 6 is in operation. Because of the electrical wiring, the electrical voltage provided at the interface 10, which is 400 V, is a multiple of the electrical voltage provided with the battery modules that are structurally identical to one another.

Jedes der Batteriemodule wiederum umfasst mehrere Batterien, die elektrisch miteinander zum Teil parallel und anderenfalls elektrisch in Reihe geschaltet sind, sodass die mittels jedes Batteriemoduls bereitgestellte elektrische Spannung einem Vielfachen der mittels einer der Batterien bereitgestellten elektrischen Spannung beträgt. Jede der zueinander baugleichen Batterien umfasst eine oder mehrere Batteriezellen 14, von denen hier zwei dargestellt sind. Die Batteriezellen 14 jeder Batterie sind ebenfalls zueinander zumindest teilweise elektrisch parallel und/oder elektrisch in Reihe geschaltet.Each of the battery modules in turn comprises a plurality of batteries, some of which are electrically connected to one another in parallel and otherwise electrically in series, so that the electrical voltage provided by each battery module is a multiple of the electrical voltage provided by one of the batteries. Each of the mutually identical batteries includes one or more battery cells 14, two of which are shown here. The battery cells 14 of each battery are also connected to one another at least partially electrically in parallel and/or electrically in series.

In 2 ist in einer Schnittdarstellung eine der zueinander baugleichen Batteriezellen 14 dargestellt. Die Batteriezelle 14 weist eine Anode 16 und eine Kathode 18 aufweist, die jeweils flächig ausgestaltet sind, und zwischen denen ein Separator 20 angeordnet ist und an diesen anliegt. Die Anode 16 und die Kathode 18 weisen jeweils einen Ableiter 22 auf, der auch als Träger bezeichnet wird, und der jeweils eine Metallfolie ist. Im Fall der Anode 16 ist der Ableiter 22 eine Kupferfolie, und im Fall der Kathode 18 ist der Ableiter 22 eine Aluminiumfolie. Die Ableiter 22 sind zumindest auf der dem Separator 20 zugewandten Seite jeweils mit einer Schicht 24 versehen, die ein Aktivmaterial 26, ein Leitadditiv 28 und einen nicht näher dargestellten Binder umfasst. Das Aktivmaterial 26 der Kathode 18 ist NMC811 (LiNi0,8Mn0,1Co0,1O2) und enthält somit mehrere Übergangsmetallionen 30 (5 -10), nämlich ein zweifach positiv geladenes Manganatom Mn sowie ein positiv geladenes Cobaltatom und ein positiv geladenes Nickelatom. Das Leitadditiv 28 sowohl der Anode 16 als auch der Kathode 18 ist kohlenstoffbasiert und zwar jeweils Leitruß.In 2 one of the mutually identical battery cells 14 is shown in a sectional view. The battery cell 14 has an anode 16 and a cathode 18, each of which is of flat design, and between which a separator 20 is arranged and rests against it. The anode 16 and the cathode 18 each have a conductor 22, which is also referred to as a carrier, and which is a metal foil in each case. In the case of the anode 16, the conductor 22 is copper foil and in the case of the cathode 18, the conductor 22 is aluminum foil. The conductors 22 are each provided with a layer 24, at least on the side facing the separator 20, which comprises an active material 26, a conductive additive 28 and a binder (not shown in detail). The active material 26 of the cathode 18 is NMC811 (LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2) and thus contains several transition metal ions 30 ( 5 - 10 ), namely a doubly positively charged manganese atom Mn and a positively charged cobalt atom and a positively charged nickel atom. The conductive additive 28 of both the anode 16 and the cathode 18 is carbon-based, in each case conductive carbon black.

Die Batteriezelle 14 ist mit einem flüssigen Elektrolyten befüllt, mittels dessen die für den Betrieb der Batteriezelle 14 erforderlichen Arbeitsionen, nämlich Lithium-Ionen, bereitgestellt werden. Hierfür weist der Elektrolyt ein lithiumhaltiges Leitsalz, nämlich LiPF6, auf, das gelöst in einem organischen Lösungsmittel, nämlich einem organischen Carbonat, vorliegt. Hierbei ist es möglich, dass die Übergangsmetallionen 30 sich in dem Elektrolyten lösen.The battery cell 14 is filled with a liquid electrolyte, by means of which the working ions required for the operation of the battery cell 14, namely lithium ions, are provided. For this purpose, the electrolyte has a lithium-containing conducting salt, namely LiPF6, which is dissolved in an organic solvent, namely an organic carbonate. It is possible here for the transition metal ions 30 to dissolve in the electrolyte.

In 3 ist ein Verfahren 32 zur Herstellung der Batteriezellen 14 dargestellt. In einem ersten Arbeitsschritt 34 wird zunächst das Aktivmaterial 26, das mehrere Übergangsmetallionen 30 aufweist, sowie das kohlenstoffbasierte Leitadditiv 28 und ein weiteres Molekül 36 zu einer Paste 38 vermischt. Insbesondere wird hierbei der Paste 38 zusätzlich noch der etwaige Binder eingemischt. Die Paste 38 ist auf die Verwendung bei der Kathode 18 angepasst, und das Aktivmaterial 26 ist somit NMC811.In 3 a method 32 for producing the battery cells 14 is shown. In a first work step 34, the active material 26, which has a plurality of transition metal ions 30, and the carbon-based conductive additive 28 and another molecule 36 are first mixed to form a paste 38. In particular, any binder is additionally mixed into the paste 38 . The paste 38 is adapted for use with the cathode 18 and the active material 26 is thus NMC811.

Das weitere Molekül 36 ist in 4 gezeigt und weist eine weitere Gruppe LG auf, wobei hierfür -N2 +(Dinitrogen), -OR2 + (Alkylether) oder -OSO2CF3 (Triflat) herangezogen wird. An die weitere Gruppe LG ist ein Molekül 40 gebunden, das zwei Nitril-Gruppen 42 aufweist, also jeweils ein Stickstoffatom N, das dreifach mit einem Kohlenstoffatom C gebunden ist. Die beiden Nitril-Gruppen 42 sind jeweils über einen Rest R1 bzw. R2 miteinander sowie der weiteren Gruppe LG verbunden. In einer nicht näher dargestellten Variante ist eine zusätzliche Nitril-Gruppe 42 oder mehrere weitere Nitril-Gruppen 42 vorhanden. Weitere Bestandteile weist das weitere Molekül 36 nicht auf, sodass dieses aus dem Molekül 40 und der weiteren Gruppe LG besteht.The other molecule 36 is in 4 shown and has a further group LG, for which purpose -N 2 + (dinitrogen), -OR 2 + (alkyl ether) or -OSO 2 CF 3 (triflate) is used. A molecule 40 which has two nitrile groups 42, ie in each case a nitrogen atom N which is bonded to a carbon atom C three times, is bonded to the further group LG. The two nitrile groups 42 are each connected to one another and to the further group LG via a radical R1 or R2. In a variant that is not shown in more detail, an additional nitrile group 42 or several other nitrile groups 42 are present. The further molecule 36 does not have any other components, so that it consists of the molecule 40 and the further group LG.

In einem sich anschließenden zweiten Arbeitsschritt 44 wird die Paste 38 auf den Ableiter 22 der Kathode 18 flächig aufgetragen. Zudem erfolgt ein Kalandrierprozess, mittels dessen aus der Paste 28 die Schicht 24 erstellt wird. Ferner wird der Separator 20 auf der auf diese Weise erstellten Schicht 24 befestigt.In a subsequent second work step 44, the paste 38 is applied flatly to the conductor 22 of the cathode 18. In addition, a calendering process takes place, by means of which the layer 24 is created from the paste 28 . Further, the separator 20 is fixed on the layer 24 thus formed.

In einem sich anschließenden dritten Arbeitsschritt 46 wird die weitere Gruppe LG entfernt. Hierfür wird die Schicht 24 erwärmt, sodass die weitere Gruppe LG verdampft. Infolgedessen lagert sich das Molekül 40 an der der Schicht 24 zugewandten Oberfläche des Separator 20 ab, die mittels einer Keramik bereitgestellt ist. Auch ist es möglich, dass sich das Molekül 40 an der Oberfläche des kohlenstoffbasierten Leitadditivs 28 anlagert. Hierbei ist es bereits möglich, dass während des ersten Arbeitsschritts 34, also während des Vermischens, das weitere Molekül 36 aufgespalten wird und somit das Molekül 40 frei von der weiteren Gruppe LG vorhanden ist. Auch ist es möglich, dass die Aufspaltung des weiteren Moleküls 36 aufgrund einer Wechselwirkung mit der jeweiligen Oberfläche erfolgt.In a subsequent third work step 46, the further group LG is removed. For this purpose, the layer 24 is heated so that the further group LG evaporates. As a result, the molecule 40 deposits on the surface of the separator 20 facing the layer 24, which is provided by means of a ceramic. It is also possible for the molecule 40 to accumulate on the surface of the carbon-based conductive additive 28 . Here it is already possible that during the first working step 34, ie during the mixing, the further molecule 36 is split and the molecule 40 is therefore present free of the further group LG. Also it is possible that the splitting of the wide Ren molecule 36 occurs due to an interaction with the respective surface.

In einer bevorzugten Alternative ist vor dem Eingehen der chemischen Bindung des Moleküls 40 mit dem Separator 20 bzw. dem Leitadditiv 28 an deren jeweilige Oberfläche nicht näher dargestellte Oberflächengruppe chemisch gebunden, die eine -OH, O--, -COOH-, -CH=O oder eine Anhydrid-Gruppe aufweist. An die Oberflächengruppe bindet sich nach oder bei dem Vermischen das Molekül 40 oder beispielsweise das weitere Molekül 36, wobei beim Eingehen der Verbindung bereits beispielsweise die chemische Verbindung mit der weiteren Gruppe LG gelöst wird. Somit weist das Molekül 40 nachfolgend die Oberflächengruppe auf, die an die Oberfläche des Separator 20 bzw. des Leitadditivs 28 gebunden ist. In diesem Fall weist somit das in dem erste Arbeitsschritt 34 bereitgestellt weitere Molekül 36 noch nicht das vollständige Molekül 40 auf, sondern lediglich einen Teil hiervon, nämlich beispielsweise lediglich oder zumindest Gruppe, die zum Eingehen eines Chelatkomplexes mit dem Übergangsmetallion geeignet ist. Das Molekül 40 selbst wird erst während des Verfahrens 32 vollständig erstellt.In a preferred alternative, before entering into the chemical bond of the molecule 40 with the separator 20 or the conductive additive 28, a surface group not shown in detail is chemically bonded to their respective surface, which is an -OH, O - -, -COOH-, -CH= O or an anhydride group. After or during the mixing, the molecule 40 or, for example, the further molecule 36 binds to the surface group, the chemical connection with the further group LG, for example, already being dissolved when the connection is formed. Thus, the molecule 40 subsequently has the surface group which is bonded to the surface of the separator 20 or the conductive additive 28 . In this case, the further molecule 36 provided in the first work step 34 does not yet have the complete molecule 40, but only a part thereof, namely for example only or at least a group that is suitable for entering into a chelate complex with the transition metal ion. The molecule 40 itself is only fully created during the process 32 .

Zusammenfassend ist entweder die Oberfläche des Separators 20 oder des Leitadditivs 28 der Kathode 18 mit dem Molekül 40 versehen. Auch ist es möglich, dass beide Oberflächen jeweils mit dem Molekül 40 versehen sind. Hierbei bindet sich die nicht näher dargestellte Oberflächengruppe des Moleküls 40 mit der jeweiligen Oberfläche, sodass die Nitril-Gruppen 42 nicht mit dem Leitadditiv 28 bzw. dem Separator 20 direkt gebunden sind.In summary, either the surface of the separator 20 or the conductive additive 28 of the cathode 18 is provided with the molecule 40 . It is also possible that both surfaces are each provided with the molecule 40 . In this case, the surface group of the molecule 40 (not shown in detail) binds to the respective surface, so that the nitrile groups 42 are not directly bound to the conductive additive 28 or the separator 20.

In 5 ist ein Partikel des Leitadditivs 28 ausschnittsweise dargestellt, an dessen Oberfläche insgesamt drei derartige Moleküle 40 kovalent gebunden sind. Hierbei weisen zwei der drei Moleküle 40 eine zusätzliche Nitril-Gruppe 42 und somit insgesamt drei Nitril-Gruppen 42 auf. Auch sind diese Moleküle 40 ansonsten zueinander gleich. Das weitere Molekül 40 weist lediglich zwei Nitril-Gruppen 42 auf. Auch unterscheiden sich die jeweiligen Reste R1 bis R5 der Moleküle 40. Falls während des Betriebs der Batteriezelle eines der Übergangsmetallionen 30, in der dargestellten Variante zwei zweifach positivgeladene Manganatome Mn, auf das Leitadditiv 28 treffen, werden diese mittels der Nitril-Gruppen 42 gebunden, sodass jeweils ein Chelatkomplex 48 erstellt ist, wie in 6 dargestellt. Bei der in 6 dargestellten Variante wird einer der Chelatkomplexe 48 mittels zweier der Moleküle 40 und der andere Chelatkomplex 48 lediglich mittels eines der Moleküle 40 erstellt.In 5 a particle of the conductive additive 28 is shown in detail, on the surface of which a total of three such molecules 40 are covalently bonded. In this case, two of the three molecules 40 have an additional nitrile group 42 and thus a total of three nitrile groups 42 . Also, these molecules 40 are otherwise identical to one another. The other molecule 40 has only two nitrile groups 42 . The respective radicals R1 to R5 of the molecules 40 also differ. If one of the transition metal ions 30, in the variant shown two doubly positively charged manganese atoms Mn, encounter the conductive additive 28 during operation of the battery cell, these are bound by means of the nitrile groups 42. so that a chelate complex 48 is formed in each case, as in 6 shown. At the in 6 In the variant shown, one of the chelate complexes 48 is created using two of the molecules 40 and the other chelate complex 48 is created using only one of the molecules 40 .

Zusammenfassend ist somit das Molekül 40 zum Eingehen des Chelatkomplexes 48 mit dem Übergangsmetallion 30 geeignet. Dabei ist es möglich, dass lediglich eine Art von Molekül 40 vorhanden ist, das beispielsweise lediglich die zwei oder lediglich die drei Nitril-Gruppen 42 aufweist. In einer weiteren Alternative werden unterschiedliche Moleküle 40 zu der Paste 38 vermischt, wobei jedoch sämtliche der Moleküle 40 stets das Stickstoffatom N aufweisen und zum Eingehen des Chelatkomplexes 48 mit dem Übergangsmetallion 30 geeignet sind. Dabei ist es zudem möglich, dass lediglich Teile des Moleküls 40 hierfür verwendet werden, und beispielsweise zwei derartige Moleküle 40 zur Ausbildung eines gemeinsamen Chelatkomplexes 48 mit dem jeweiligen Übergangsmetallion 30 wechselwirken. In einer nicht näher dargestellten Variante sind die Moleküle 40 an der Oberfläche des Separators 20 gebunden, sodass anstatt an dem Leitadditiv 28 an dem Separator 20 die Chelatkomplexe 48 gebildet werden.In summary, then, the molecule 40 is suitable for entering the chelate complex 48 with the transition metal ion 30 . It is possible that only one type of molecule 40 is present, which has only the two or only the three nitrile groups 42, for example. In a further alternative, different molecules 40 are mixed to form the paste 38, but all of the molecules 40 always have the nitrogen atom N and are suitable for entering into the chelate complex 48 with the transition metal ion 30. It is also possible that only parts of the molecule 40 are used for this, and for example two such molecules 40 interact with the respective transition metal ion 30 to form a common chelate complex 48 . In a variant that is not shown in detail, the molecules 40 are bound to the surface of the separator 20 so that the chelate complexes 48 are formed on the separator 20 instead of on the conductive additive 28 .

In 7 und 8 ist eine alternative Form des Moleküls 40 dargestellt. Das Molekül 40 weist dabei keine der Nitril-Gruppen 42, sondern eine Porphyrin-Gruppe 50 auf, die insgesamt vier Stickstoffatome N umfasst. An zweien hiervon ist jeweils ein Lithiumatom Li gebunden. Falls ein dreifachgeladenes Manganatom Mn als Übergangsmetallion 30 auf dieses trifft, werden die Lithiumatome Li freigesetzt, und das Manganatom Mn bildet mit dem verbleibenden Teil der Porphyrin-Gruppe 50 den Chelatkomplex 48.In 7 and 8th An alternative form of the molecule 40 is shown. The molecule 40 does not have any of the nitrile groups 42, but rather a porphyrin group 50, which comprises a total of four nitrogen atoms N. A lithium atom Li is bonded to two of these. If a tricharged manganese atom Mn encounters it as the transition metal ion 30, the lithium atoms Li are released and the manganese atom Mn forms the chelate complex 48 with the remaining part of the porphyrin group 50.

In den 9 und 10 ist eine weitere Alternative dargestellt, wobei das Molekül 40 anstatt der Porphyrin-Gruppe 50 eine Phthalocyanin-Gruppe 52 umfasst. Auch hier sind an zwei der Stickstoffatome N der Phthalocyanin-Gruppe 52 zwei Lithiumatome Li gebunden. Falls nun ein zweifachgeladenes Manganatom Mn, das das Übergangsmetallion 30 darstellt, auf dieses Molekül 40 trifft, werden die beiden Lithiumatome Li abgelöst, und das Übergangsmetallion 30 bildet mit dem verbleibenden Teil des Moleküls 40 den Chelatkomplex 48.In the 9 and 10 Another alternative is shown wherein the molecule 40 comprises a phthalocyanine group 52 instead of the porphyrin group 50 . Here, too, two lithium atoms Li are bonded to two of the nitrogen atoms N of the phthalocyanine group 52 . If a doubly charged manganese atom Mn, which represents the transition metal ion 30, encounters this molecule 40, the two lithium atoms Li are detached, and the transition metal ion 30 forms the chelate complex 48 with the remaining part of the molecule 40.

Bei den in 7-10 dargestellten Varianten ist in einer nicht näher dargestellten Variante das Molekül 40 an der Oberfläche des Separators 20 angelagert und nicht an der Oberfläche des Leitadditivs 28. Bei sämtlichen Varianten ist es möglich, dass während des Betriebs der Batteriezelle 14 das Cobaltatom oder das Nickelatom anstatt dem Manganatom aus dem Aktivmaterial 26 herausgelöst wird. Auch dieses bildet mit dem Molekül 40 den Chelatkomplex 48, wenn diese aufeinandertreffen, wobei jedoch das Manganatom Mn durch das Cobaltatom bzw. das Nickelatom ausgetauscht ist.At the in 7-10 In the variants shown, in a variant that is not shown in detail, the molecule 40 is attached to the surface of the separator 20 and not to the surface of the conductive additive 28. In all variants, it is possible that during the operation of the battery cell 14 the cobalt atom or the nickel atom instead of the manganese atom is dissolved out of the active material 26 . This also forms the chelate complex 48 with the molecule 40 when they meet, but the manganese atom Mn is replaced by the cobalt atom or the nickel atom.

Zusammenfassend wird bei Betrieb der Batteriezelle 14 aufgrund des Moleküls 40, das zum Eingehen des Chelatkomplexes 48 mit dem Übergangsmetallion 30 geeignet ist, das jeweilige Übergangsmetallion 30, sofern dieses aus dem Aktivmaterial 26 ausgelöst wird, erneut am Separator 20 oder bereits in der Kathode 18 gebunden. Somit gelangt das Übergangsmetallion 30 nicht zur Anode 16, was eine Funktionsweise der Batteriezelle 14 verschlechtern würde.In summary, during operation of the battery cell 14, due to the molecule 40 capable of forming the chelate complex 48 with the junction metal ion 30 is suitable, the respective transition metal ion 30, if this is released from the active material 26, bound again to the separator 20 or already in the cathode 18. Thus, the transition metal ion 30 does not reach the anode 16, which would impair the functioning of the battery cell 14.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den einzelnen Ausführungsbeispielen beschriebene Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.The invention is not limited to the exemplary embodiments described above. On the contrary, other variants of the invention can also be derived from this by a person skilled in the art without departing from the subject matter of the invention. In particular, all of the individual features described in connection with the individual exemplary embodiments can also be combined with one another in other ways without departing from the subject matter of the invention.

BezugszeichenlisteReference List

22
Kraftfahrzeugmotor vehicle
44
Radwheel
66
Antriebdrive
88th
Energiespeicherenergy storage
1010
Schnittstelleinterface
1212
GehäuseHousing
1414
Batteriebattery
1616
Anodeanode
1818
Kathodecathode
2020
Separatorseparator
2222
Ableiterarrester
2424
Schichtlayer
2626
Aktivmaterialactive material
2828
Leitadditivlead additive
3030
Übergangsmetalliontransition metal ion
3232
Verfahrenprocedure
3434
erster Arbeitsschrittfirst step
3636
weiteres Molekülanother molecule
3838
Pastepaste
4040
Molekülmolecule
4242
Nitril-Gruppenitrile group
4444
zweiter Arbeitsschrittsecond step
4646
dritter Arbeitsschrittthird step
4848
Chelatkomplexchelate complex
5050
Porphyrin-Gruppeporphyrin group
5252
Phthalocyanin-Gruppe phthalocyanine group
CC
Kohlenstoffatomcarbon atom
LiLi
Lithiumatomlithium atom
NN
Stickstoffatomnitrogen atom
MnMn
Manganatommanganese atom
LGLG
weitere Gruppeanother group
R, R1, R2, R3, R4, R5R, R1, R2, R3, R4, R5
Restrest

Claims (10)

Batteriezelle (14), die eine Kathode (18), eine Anode (16) und einen dazwischen angeordneten Separator (20) aufweist, wobei die Kathode (18) ein ein Übergangsmetallion (30) aufweisendes Aktivmaterial (26) und ein kohlenstoffbasiertes Leitadditiv (28) umfasst, und wobei die Oberfläche des Separators (20) oder die Oberfläche des Leitadditivs (28) mit einem ein Stickstoffatom (N) aufweisenden Molekül (40) versehen ist, das zum Eingehen eines Chelatkomplexes (48) mit dem Übergangsmetallion (30) geeignet ist.Battery cell (14), which has a cathode (18), an anode (16) and a separator (20) arranged between them, the cathode (18) having an active material (26) having a transition metal ion (30) and a carbon-based conductive additive (28 ) and wherein the surface of the separator (20) or the surface of the conductive additive (28) is provided with a molecule (40) having a nitrogen atom (N) which is suitable for entering into a chelate complex (48) with the transition metal ion (30). is. Batteriezelle (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Molekül (40) zwei Nitril-Gruppen (42) aufweist.Battery cell (14) after claim 1 , characterized in that the molecule (40) has two nitrile groups (42). Batteriezelle (14) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Molekül (40) eine weitere Nitril-Gruppen (42) umfasst.Battery cell (14) after claim 2 , characterized in that the molecule (40) comprises a further nitrile group (42). Batteriezelle (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Molekül (40) eine Porphyrin-Gruppe (50) umfasst.Battery cell (14) after claim 1 , characterized in that the molecule (40) comprises a porphyrin group (50). Batteriezelle (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Molekül (40) eine Phthalocyanin-Gruppe (52) umfasst.Battery cell (14) after claim 1 , characterized in that the molecule (40) comprises a phthalocyanine group (52). Batteriezelle (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Molekül (40) eine Oberflächengruppe aufweist, die an die Oberfläche gebunden ist, und die eine -OH, O--, -COOH-, -CH=O oder eine Anhydrid-Gruppe aufweist.Battery cell (14) according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that the molecule (40) has a surface group bonded to the surface and having an -OH, O - -, -COOH-, -CH=O or an anhydride group. Batteriezelle (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Übergangsmetallion (30) Mangan, Cobalt oder Nickel ist.Battery cell (14) according to one of Claims 1 until 6 , characterized in that the transition metal ion (30) is manganese, cobalt or nickel. Verfahren (32) zur Herstellung einer Batteriezelle (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein ein Übergangsmetallion (30) aufweisendes Aktivmaterial (26) und ein kohlenstoffbasiertes Leitadditiv (28) sowie ein ein Stickstoffatom (N) aufweisendes Molekül (40), das zum Eingehen eines Chelatkomplexes (48) mit dem Übergangsmetallion (30) geeignet ist, zu einer Paste (38) vermischt werden.Method (32) for producing a battery cell (14) according to one of Claims 1 until 7 , characterized in that an active material (26) having a transition metal ion (30) and a carbon-based conductive additive (28) as well as a molecule (40) having a nitrogen atom (N) which is used to form a chelate complex (48) with the transition metal ion (30) is suitable to be mixed into a paste (38). Verfahren (32) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres Molekül (36) herangezogen wird, das eine weitere Gruppe (LG) aufweist, an die das Molekül (40) gebunden ist, wobei nach dem Vermischen die weitere Gruppe (LG) entfernt wird.Method (32) according to claim 8 , characterized in that a further molecule (36) is used which has a further group (LG) to which the molecule (40) is bonded, the further group (LG) being removed after the mixing. Verfahren (32) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere Gruppe (LG) -N2 +, -OR2 + oder -OSO2CF3 herangezogen wird.Method (32) according to claim 9 , characterized in that -N 2 + , -OR 2 + or -OSO 2 CF 3 is used as a further group (LG).
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