DE102022106294A1

DE102022106294A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer elektrode für eine batterie

Info

Publication number: DE102022106294A1
Application number: DE102022106294.5A
Authority: DE
Inventors: Anil K. Sachdev; Leng Mao; Louis G. Hector Jr.; Andrew C. Bobel
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2021-04-28
Filing date: 2022-03-17
Publication date: 2022-11-03
Also published as: US20220352523A1; CN115249784A; US11735744B2

Abstract

Eine Batterieelektrode und ein Verfahren zur Herstellung der Batterieelektrode werden beschrieben. Die Batterieelektrode umfasst einen Stromkollektor mit einer gewebten, ebenen Maschenplatte, die aus Metallsträngen zusammengesetzt ist. Die Metallstränge definieren eine Vielzahl von Zwischenräumen, und die gewebte, ebene Maschenplatte umfasst eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche. Ein aktives Material, das Lithium enthält, ist in die Zwischenräume eines ersten Abschnitts der gewebten, ebenen Maschenplatte eingebettet, und eine elektrische Verbindungslasche ist auf einem zweiten Abschnitt der gewebten, ebenen Maschenplatte angeordnet.

Description

EINFÜHRUNG
Lithium-Ionen-Batteriepackungen können eine oder mehrere Lithium-Ionen-Batteriezellen enthalten, die je nach den Erfordernissen des Systems elektrisch parallel oder in Reihe miteinander verbunden sind. Jede Batteriezelle enthält ein oder mehrere Lithium-Ionen-Elektrodenpaare, die in einer abgedichteten Hülle eingeschlossen sind. Jedes Elektrodenpaar umfasst eine negative Elektrode (Anode), eine positive Elektrode (Kathode) und einen Separator, der die negative und die positive Elektrode physisch trennt und elektrisch isoliert. Zur Erleichterung der Lithium-Ionen-Mobilität kann im Separator ein Elektrolyt vorhanden sein, der Lithiumionen leitet. Der Elektrolyt ermöglicht es den Lithium-Ionen, durch den Separator zwischen den positiven und negativen Elektroden hindurchzugehen, um den Elektronenfluss auszugleichen, der während der Lade- und Entladezyklen der Lithium-Ionen-Batteriezelle den Separator umgeht und sich durch einen externen Stromkreis zwischen den Elektroden bewegt. Je nach chemischer Zusammensetzung hat jede Lithium-Ionen-Batteriezelle aufgrund der unterschiedlichen elektrochemischen Potenziale der Elektroden eine Maximal- oder Ladespannung (Spannung bei Vollladung). Zum Beispiel kann jede Lithium-Ionen-Batteriezelle eine Ladespannung im Bereich von 3 V bis 5 V und eine Nenn-Leerlaufspannung im Bereich von 3,5 V bis 4 V haben.
Jedes Elektrodenpaar ist so konfiguriert, dass es elektrochemisch elektrische Energie speichert und abgibt. Jede negative Elektrode hat einen Stromkollektor mit einer negativen Folie, die mit einer negativen Anschlusslasche verbunden ist, und jede positive Elektrode hat einen Stromkollektor mit einer positiven Folie, die mit einer positiven Anschlusslasche verbunden ist. In jeder Batteriezelle steht die negative Anschlusslasche in elektrischer Verbindung mit den negativen Stromkollektoren, die mit den negativen Elektroden der Elektrodenpaare in Kontakt stehen und Elektronen austauschen, und die positive Anschlusslasche steht in elektrischer Verbindung mit den positiven Stromkollektoren, die mit den positiven Elektroden der Elektrodenpaare in Kontakt stehen und Elektronen austauschen. Lithium-Ionen-Batteriezellen können über viele Zyklen entladen und wieder aufgeladen werden.
Es besteht die Notwendigkeit, einen verbesserten Stromkollektor für eine Elektrode bereitzustellen.
BESCHREIBUNG
Eine Batterieelektrode und ein Verfahren zur Herstellung der Batterieelektrode werden beschrieben. Die hier beschriebenen Konzepte sehen eine beidseitige Beschichtung eines Stromkollektors mit Lithiummetall vor, wobei die Beschichtung von einer Seite erfolgt. In einer Ausführungsform läuft eine Kupfer- oder Edelstahlmasche unter einem Kopf, der eine thixotrope Paste aus einem Lithiumgel mit stabilisiertem Lithiumpulver aufträgt. Die Paste wird in die Maschen eingebettet und läuft unter einer Wärmequelle, um das Gel zu verdampfen und das Lithiumpulver zu schmelzen, damit es an den Maschen haftet und die Zwischenräume in den Maschen ausfüllt. Die Dichte der Paste wird so gesteuert, dass das verfestigte Lithium etwas dünner ist als die Maschen, so dass ein proximaler Separator zwar mit den Maschen, nicht aber mit dem Lithium in Kontakt kommt. Diese Eigenschaft sollte die Dendritenbildung verzögern. Die Maschen verstärken außerdem das Lithium und behindern das Dendritenwachstum.
Die Batterieelektrode umfasst einen Stromkollektor mit einer gewebten, ebenen Maschenplatte, die aus Metallsträngen zusammengesetzt ist. Die Metallstränge definieren eine Vielzahl von Zwischenräumen, und die gewebte, ebene Maschenplatte umfasst eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche. Ein aktives Material, das Lithium enthält, ist in die Zwischenräume eines ersten Abschnitts der gewebten, ebenen Maschenplatte eingebettet, und eine elektrische Verbindungslasche ist auf einem zweiten Abschnitt der gewebten, ebenen Maschenplatte angeordnet.
Ein Aspekt der Offenbarung umfasst ein antioxidatives Material, das als Beschichtung auf der gewebten, ebenen Maschenplatte angeordnet ist.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet, dass die gewebte, ebene Maschenplatte aus Metallsträngen zusammengesetzt ist, die entweder aus rostfreiem Stahl oder einer Kupferlegierung hergestellt sind.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet, dass die gewebte, ebene Maschenplatte aus Metallsträngen zusammengesetzte ist, die aus einem von Silber, Nickel, Zink, Zinn und auf diesen Metallen basierenden Legierungen hergestellt sind.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung umfasst einen Durchmesser der Metallstränge, der in einem Bereich zwischen 10 Mikrometern und 500 Mikrometern liegt.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung ist die Vielzahl von Zwischenräumen, die durch die Metallstränge der gewebten, ebenen Maschenplatte definiert werden und eine maximale Öffnungsgröße aufweisen, die zwischen dem Einfachen und Zehnfachen des Durchmessers der Metallstränge liegt.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet, dass die gewebte, ebene Maschenplatte aus Metallsträngen zusammengesetzt ist und eine Beschichtung aufweist, die unter dem Lithium angeordnet ist, das in den Zwischenräumen eingebettet ist.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet, dass die Beschichtung eines von Zinn, Nickel oder Silber oder deren Legierungen umfasst.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet, dass die Metallstränge des der gewebten, ebenen Maschenplatte eine Beschichtung aufweisen, die dazu beiträgt, das aktive Material einschließlich Lithium, das in den Zwischenräumen eingebettet ist, an der gewebten, ebenen Maschenplatte zu befestigen.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet, dass die Metallstränge der gewebten, ebenen Maschenplatte eine abgeflachte Querschnittsform aufweisen.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet, dass die Metallstränge der gewebten, ebenen Maschenplatte eine kreisförmige Querschnittsform, eine rechteckige Querschnittsform oder eine ovale Querschnittsform aufweisen.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer Batterieelektrode, das die Anordnung einer der gewebten, ebenen Maschenplatte als Stromkollektor umfasst, wobei die gewebte, ebene Maschenplatte eine Platte ist, das aus Metallsträngen zusammengesetzt ist, die eine Vielzahl von Zwischenräumen definieren. Das Verfahren umfasst das Reinigen der gewebten, ebenen Maschenplatte, das Aufbringen von Lithium auf eine erste Oberfläche der gewebten, ebenen Maschenplatte, das Aufschmelzen des Lithiums auf der gewebten, ebenen Maschenplatte, so dass das Lithium in die Zwischenräume der gewebten, ebenen Maschenplatte eingebettet wird, das Verbinden des Lithiums mit der gewebten, ebenen Maschenplatte und das Passivieren der gewebten, ebenen Maschenplatte.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung umfasst das Biegen von Längskanten der gewebten, ebenen Maschenplatte vor dem Aufbringen des Lithiums auf die erste Oberfläche der gewebten, ebenen Maschenplatte und das Entbiegen der Längskanten der gewebten, ebenen Maschenplatte nach dem Verbinden des Lithiums mit der gewebten, ebenen Maschenplatte.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet, dass die gewebte, ebene Maschenplatte aus Metallsträngen zusammengesetzt ist, die aus rostfreiem Stahl oder einer Kupferlegierung hergestellt sind.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung umfasst das Aufbringen des Lithiums auf die erste Oberfläche der gewebten, ebenen Maschenplatte durch Aufbringen einer zweiten, Lithium enthaltenden Platte auf die erste Oberfläche der gewebten, ebenen Maschenplatte und Aufbringen einer Druckbelastung darauf.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung umfasst das Aufbringen des Lithiums auf die erste Oberfläche der gewebten, ebenen Maschenplatte durch Eintauchen der gewebten, ebenen Maschenplatte in ein Lithium enthaltendes Bad und das Entfernen von überschüssigem Lithium von der ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche der gewebten, ebenen Maschenplatte mit Hilfe eines Abstreifers.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung umfasst das Aufbringen des Lithiums auf die erste Oberfläche der gewebten, ebenen Maschenplatte durch Herstellen eines Lithiumgels; Aufbringen des Lithiumgels auf die erste Oberfläche der gewebten, ebenen Maschenplatte mittels eines Applikators, so dass das Lithiumgel in die Zwischenräume der gewebten, ebenen Maschenplatte eingebettet wird; und Entfernen überschüssiger Mengen des Lithiumgels von der ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche der gewebten, ebenen Maschenplatte.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung umfasst die Herstellung des Lithiumgels als thixotrope Paste aus stabilisierten Partikeln, die Lithium enthalten.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung umfasst das Entfernen der überschüssigen Mengen des Lithiumgels von der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche der gewebten, ebenen Maschenplatte durch Abstreifen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche der gewebten, ebenen Maschenplatte.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung umfasst die Beschichtung der gewebten, ebenen Maschenplatte mit einem von Zinn, Nickel oder Silber, bevor Lithium auf die erste Oberfläche der gewebten, ebenen Maschenplatte aufgebracht wird.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung umfasst die Beschichtung der gewebten, ebenen Maschenplatte mit einem von Zinn, Nickel oder Silber durch Eintauchen der gewebten, ebenen Maschenplatte in ein Bad, das Zinn, Nickel oder Silber enthält.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung umfasst das Erwärmen der gewebten, ebenen Maschenplatte vor dem Aufbringen des Lithiums auf die erste Oberfläche der gewebten, ebenen Maschenplatte, wobei das Erwärmen der gewebten, ebenen Maschenplatte das Erwärmen der gewebten, ebenen Maschenplatte auf eine Temperatur von 180 °C umfasst.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung umfasst das Verbinden des Lithiums mit der gewebten, ebenen Maschenplatte durch Erhitzen der gewebten, ebenen Maschenplatte, die mit dem Lithium verbunden ist, auf eine Temperatur im Bereich von 180 °C bis 200 °C für weniger als 30 Minuten in einer Stickstoffatmosphäre.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung umfasst die Reinigung der gewebten, ebenen Maschenplatte durch Aufbringen einer Beschichtung auf die gewebte, ebene Maschenplatte.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung umfasst die Passivierung der gewebten, ebenen Maschenplatte durch Beschichtung der gewebten, ebenen Maschenplatte mit einem antioxidativen Material.
Die obigen Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehren sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung einiger der besten Modi und anderer Ausführungsformen zur Durchführung der vorliegenden Lehren, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert sind, in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen einfach ersichtlich.
Figurenliste
Eine oder mehrere Ausführungsformen werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei:

1 zeigt schematisch eine isometrische Explosionsansicht einer Batteriezelle mit positiven und negativen Elektroden, die in einem Stapel angeordnet sind, gemäß der Offenbarung.
2 zeigt schematisch eine Draufsicht auf eine Ausführungsform einer Elektrode für eine Batteriezelle, gemäß der Offenbarung.
3 zeigt schematisch eine Endansicht einer Ausführungsform einer Elektrode für eine Batteriezelle, gemäß der Offenbarung.
4A-4H zeigen schematisch isometrische Ansichten von Teilen von Kollektoren für Elektroden für Batteriezellen, gemäß der Offenbarung.
5A zeigt bildlich eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer Elektrode für eine Batteriezelle, gemäß der Offenbarung.
5B zeigt bildlich eine weitere Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer Elektrode für eine Batteriezelle, gemäß der Offenbarung.
6 zeigt bildlich eine Ausführungsform eines Teils eines Verfahrens zur Herstellung einer Elektrode für eine Batteriezelle, gemäß der Offenbarung.

Die beigefügten Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu und stellen eine etwas vereinfachte Darstellung verschiedener bevorzugter Merkmale der vorliegenden Offenbarung dar, wie sie hierin offenbart sind, einschließlich z. B. bestimmter Abmessungen, Ausrichtungen, Positionen und Formen. Darüber hinaus können einige der Zeichnungen mit Bezug auf einen xyz-Referenzrahmen beschrieben werden, um das Verständnis zu erleichtern, der in den verschiedenen Zeichnungen dargestellt ist und zwischen den verschiedenen Zeichnungen konsistent ist. Die mit diesen Merkmalen verbundenen Details werden zum Teil durch die jeweilige beabsichtigte Anwendung und Einsatzumgebung bestimmt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die Komponenten der hier beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen können in einer Vielzahl unterschiedlicher Konfigurationen angeordnet und gestaltet werden. Daher soll die folgende detaillierte Beschreibung den Umfang der beanspruchten Offenbarung nicht einschränken, sondern ist lediglich repräsentativ für mögliche Ausführungsformen davon. Darüber hinaus werden in der folgenden Beschreibung zwar zahlreiche spezifische Details aufgeführt, um ein umfassendes Verständnis der hier offenbarten Ausführungsformen zu ermöglichen, jedoch können einige Ausführungsformen auch ohne einige dieser Details ausgeführt werden. Darüber hinaus wurde aus Gründen der Klarheit auf eine detaillierte Beschreibung bestimmter technischer Details verzichtet, die im Stand der Technik bekannt sind, um die Offenbarung nicht unnötig zu verkomplizieren. Außerdem sind die Zeichnungen vereinfacht und nicht maßstabsgetreu. Nur der Einfachheit und Klarheit halber können Richtungsbegriffe wie oben, unten, links, rechts, oben, über, oberhalb, unterhalb, unter, hinter und vor verwendet werden, um die Beschreibung der Zeichnungen zu erleichtern. Diese und ähnliche Richtungsbegriffe dienen der Veranschaulichung und sind nicht so auszulegen, dass sie den Umfang der Offenbarung einschränken. Darüber hinaus kann die Offenbarung, wie sie hierin dargestellt und beschrieben ist, auch ohne ein Element, das hierin nicht speziell offenbart ist, durchgeführt werden.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugsziffern gleichen oder ähnlichen Komponenten in den verschiedenen Figuren entsprechen, zeigt 1 schematisch eine Explosionsansicht einer prismatisch geformten Lithium-Ionen-Batteriezelle 10, die eine Anode 20, eine Kathode 30 und einen Separator 40 umfasst, die in einem Stapel angeordnet und in einer flexiblen Tasche 50 abgedichtet sind, der ein Elektrolytmaterial 42 enthält. Eine erste, negative Batteriezellenlasche 12 und eine zweite, positive Batteriezellenlasche 14 ragen aus der flexiblen Tasche 50 heraus. Die Anode 20 umfasst ein erstes aktives Material 22, das auf einem Anodenstromkollektor 24 angeordnet ist, wobei der Anodenstromkollektor 24 einen Folienabschnitt 25 aufweist, der sich von dem ersten aktiven Material 22 aus erstreckt und elektrisch und mechanisch mit der ersten Batteriezellenlasche 12 verbunden ist. Die Kathode 30 umfasst ein zweites aktives Material 32, das auf einem Kathodenstromkollektor 34 angeordnet ist, wobei der Kathodenstromkollektor 34 einen Folienabschnitt 35 aufweist, der sich von dem zweiten aktiven Material 32 aus erstreckt und elektrisch und mechanisch mit der zweiten Batteriezellenlasche 14 verbunden ist. Ein einzelnes Paar aus Anode 20, Kathode 30 und Separator 40 ist dargestellt. Es sei verstanden, dass je nach der spezifischen Anwendung der Batteriezelle 10 mehrere Paare von Anode 20, Kathode 30 und Separator 40 in der flexiblen Tasche 50 angeordnet und elektrisch verbunden sein können.
Der Separator 40 ist zwischen den positiven und negativen Elektroden 30, 20 angeordnet, um die positiven und negativen Elektroden 30, 20 physisch voneinander zu trennen und elektrisch zu isolieren. Das Elektrolytmaterial 42, das Lithiumionen leitet, befindet sich im Separator 40 und ist sowohl der positiven als auch der negativen Elektrode 30, 20 ausgesetzt, damit Lithiumionen zwischen der positiven und der negativen Elektrode 30, 20 wandern können. Darüber hinaus steht die negative Elektrode 20 in Kontakt und tauscht Elektronen mit dem Anodenstromkollektor 24 aus, und die positive Elektrode 30 steht in Kontakt und tauscht Elektronen mit dem Kathodenstromkollektor 34 aus.
Die negative Elektrode 20 und die positive Elektrode 30 jedes Elektrodenpaars sind aus einem Elektrodenmaterial hergestellt, das Lithiumionen einlagern und auslagern kann. Die Elektrodenmaterialien der positiven und negativen Elektroden 30, 20 sind so beschaffen, dass sie interkaliertes Lithium bei unterschiedlichen elektrochemischen Potentialen relativ zu einer gemeinsamen Referenzelektrode, z. B. Lithium, speichern. Bei der Konstruktion des Elektrodenpaars speichert die negative Elektrode 20 interkaliertes Lithium auf einem niedrigeren elektrochemischen Potenzial (d. h. einem höheren Energiezustand) als die positive Elektrode 30, so dass eine elektrochemische Potenzialdifferenz zwischen der positiven und der negativen Elektrode 30, 20 besteht, wenn die negative Elektrode 20 lithiert wird. Die elektrochemische Potenzialdifferenz für jede Batteriezelle 10 führt zu einer Ladespannung im Bereich von 3 V bis 5 V und einer Nenn-Leerlaufspannung im Bereich von 3,5 V bis 4,0 V. Diese Eigenschaften der negativen und positiven Elektroden 30, 20 ermöglichen den reversiblen Transfer von Lithiumionen zwischen den positiven und negativen Elektroden 30, 20 entweder spontan (Entladephase) oder durch Anlegen einer externen Spannung (Ladephase) während des Betriebszyklus des Elektrodenpaars. Die Dicke jeder positiven und negativen Elektrode 30, 20 liegt zwischen 30 um und 150 um.
Die negative Elektrode 20 ist ein Lithium-Wirtsmaterial wie z. B. Graphit, Silizium oder Lithiumtitanat. Das Lithium-Wirtsmaterial kann mit einem polymeren Bindemittel vermischt sein, um der negativen Elektrode 20 strukturelle Integrität zu verleihen, und gegebenenfalls ein leitfähiges feinteiliges Verdünnungsmittel enthalten. Bei dem Lithium-Wirtsmaterial handelt es sich vorzugsweise um Graphit und bei dem polymeren Bindemittel um eines oder mehrere von Polyvinylidenfluorid (PVdF), Ethylen-Propylen-Dien-Monomer-Kautschuk (EPDM), StyrolButadien-Kautschuk (SBR), Carboxymethylcellulose (CMC), Polyacrylsäure oder Mischungen davon. Graphit wird normalerweise zur Herstellung der negativen Elektrode 20 verwendet, da dessen Schichtstruktur nicht nur relativ inert ist, sondern auch günstige Lithiumeinlagerungs- und - auslagerungseigenschaften aufweist, die dazu beitragen, dass das Batterieelektrodenpaar die gewünschte Energiedichte aufweist. Verschiedene Formen von Graphit, die zur Herstellung der negativen Elektrode 20 verwendet werden können, sind im Handel erhältlich. Das leitfähige Verdünnungsmittel kann sehr feine Partikel umfassen, z. B. Ruß mit großer Oberfläche.
Die positive Elektrode 30 besteht aus einem aktiven Material auf Lithiumbasis, das interkaliertes Lithium bei einem höheren elektrochemischen Potenzial (im Vergleich zu einer herkömmlichen Referenzelektrode) speichert als das Lithium-Wirtsmaterial, das zur Herstellung der negativen Elektrode 20 verwendet wird. Die gleichen polymeren Bindemittel (PVdF, EPDM, SBR, CMC, Polyacrylsäure) und leitfähigen feinteiligen Verdünnungsmittel (Ruß mit großer Oberfläche), die zur Herstellung der negativen Elektrode 20 verwendet werden können, können auch mit dem aktiven Material auf Lithiumbasis der positiven Elektrode 30 für die gleichen Zwecke vermischt werden. Bei dem aktiven Material auf Lithiumbasis handelt es sich vorzugsweise um ein geschichtetes Lithium-Übergangsmetalloxid, wie z. B. Lithium-Kobalt-Oxid, ein Spinell-Lithium-Übergangsmetalloxid, wie z. B. Spinell-Lithium-Mangan-Oxid, ein Lithium-Polyanion, wie z. B. ein Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid, Lithium-Eisen-Phosphat oder Lithium-Fluor-Phosphat. Einige andere geeignete aktive Materialien auf Lithiumbasis, die als aktives Material auf Lithiumbasis verwendet werden können, sind Lithium-Nickeloxid, Lithium-Aluminium-Manganoxid und Lithium-Vanadiumoxid, um Beispiele für Alternativen zu nennen. Mischungen, die eines oder mehrere der genannten aktiven Materialien auf Lithiumbasis enthalten, können auch zur Herstellung der positiven Elektrode 30 verwendet werden.
Der Separator 40 besteht aus einer oder mehreren porösen Polymerschichten, die einzeln aus einer Vielzahl von Polymeren zusammengesetzt sein können. Der Einfachheit halber ist hier nur eine solche Polymerschicht dargestellt. Jede der einen oder mehreren Polymerschichten kann ein Polyolefin sein. Einige spezifische Beispiele für Polyolefine sind Polyethylen (PE) (zusammen mit Varianten wie HDPE, LDPE, LLDPE und UHMWPE), Polypropylen (PP) oder eine Mischung aus PE und PP. Die Polymerschicht(en) dienen zur elektrischen Isolierung und physischen Trennung der negativen und positiven Elektroden 20, 30. Der Separator 40 kann außerdem mit einem flüssigen Elektrolyt durch die Porosität der Polymerschicht(en) infiltriert werden. Der flüssige Elektrolyt, der auch beide Elektroden 20, 30 benetzt, enthält vorzugsweise ein Lithiumsalz, das in einem nichtwässrigen Lösungsmittel gelöst ist. Der Separator 40 hat eine Dicke, die zwischen 10 µm und 50 µm liegen kann.
Die vorstehenden Beschreibungen der negativen Elektrode 20, der positiven Elektrode 30, des Separators 40 und des im Separator 40 enthaltenen Elektrolytmaterials 13 sind als nicht einschränkende Beispiele zu verstehen. Viele Variationen der Chemie jedes dieser Elemente können im Zusammenhang mit der Lithium-Ionen-Batteriezelle 10 der vorliegenden Offenbarung angewendet werden. Beispielsweise können das Lithium-Wirtsmaterial der negativen Elektrode 20 und das aktive Material auf Lithiumbasis der positiven Elektrode 30 andere Zusammensetzungen als die oben aufgeführten spezifischen Elektrodenmaterialien aufweisen, zumal die Elektrodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien weiter erforscht und entwickelt werden. Darüber hinaus können die Polymerschicht(en) und/oder der Elektrolyt, der in der/den Polymerschicht(en) des Separators 40 enthalten ist, auch andere Polymere und Elektrolyte als die oben spezifisch aufgeführten enthalten. In einer Variante kann der Separator 40 ein fester Polymerelektrolyt sein, der eine Polymerschicht - wie Polyethylenoxid (PEO), Polypropylenoxid (PPO), Polyacrylnitril (PAN) oder Polyvinylidenfluorid (PVdF) - mit einem Lithiumsalz oder gequollen mit einer Lithiumsalzlösung enthält. Das Elektrodenpaar tauscht reversibel Lithiumionen durch den Separator 40 und einen Elektronenstrom um den Separator 40 während der anwendbaren Entlade- und Ladezyklen aus.
Die Anoden- und Kathodenstromkollektoren 24, 34 sind dünne metallische, plattenförmige Elemente, die ihre jeweiligen ersten und zweiten aktiven Materialien 22, 32 über einen nennenswerten Grenzflächenbereich kontaktieren. Der Zweck der Anoden- und Kathodenstromkollektoren 24, 34 besteht darin, während des Entladens und Ladens freie Elektronen mit ihren jeweiligen ersten und zweiten aktiven Materialien 22, 32 auszutauschen.
Der Kathodenstromkollektor 34 ist eine ebene Platte, die aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt ist und eine Dicke von 0,2 mm oder weniger aufweist.
Wie in 2 dargestellt, besteht der Anodenstromkollektor 24 aus einer Vielzahl von Metallsträngen 27, die so verwoben sind, dass sie eine gewebte, ebene Maschenplatte 26 bilden, die eine Vielzahl von Zwischenräumen 28 in Form von Lücken, Hohlräumen usw. definiert. Die gewebte, ebene Maschenplatte 26 ist in einer Ausführungsform rechteckig und hat eine erste, obere Fläche 26A, eine zweite, untere Fläche 26B (wie in 6 dargestellt), einen Mittelteil 26C und linke und rechte Längskanten 26D. Alternativ kann die gewebte, ebene Maschenplatte 26 auch kreisförmig sein oder eine andere Form haben, die einem bestimmten Anwendungsbedarf entspricht.
Die Metallstränge 27 werden aus rostfreiem Stahl, Kupfer, einer Kupferlegierung, nickelbeschichtetem Kupfer oder einem anderen Material hergestellt und zur Bildung der gewebten, ebenen Maschenplatte 26 verwoben. In einer Ausführungsform hat die metallische, ebene Maschenplatte 26 eine Dicke von 0,2 mm oder weniger.
Der Durchmesser der Metallstränge 27 liegt zwischen 10 und 20 Mikrometern, und die Vielzahl der Zwischenräume 28, die durch die Metallstränge 27 der gewebten, ebenen Maschenplatte 26 gebildet werden, haben maximale Öffnungsgrößen, die zwischen dem Faktor 1 und dem Zehnfachen des Durchmessers der Metallstränge 27 liegen können. In einer Ausführungsform haben die Metallstränge 27 einen kreisförmigen Querschnitt. Alternativ haben die Metallstränge 27 einen rechteckigen Querschnitt. Alternativ haben die Metallstränge 27 einen ovalen Querschnitt. Alternativ haben die Metallstränge 27 einen kreisförmigen Querschnitt, der durch eine Druckkraft abgeflacht wurde, nachdem sie in die gewebte, ebene Maschenplatte 26 eingewebt wurden. In einer Ausführungsform weisen die Metallstränge 27 der gewebten, ebenen Maschenplatte 26 eine Beschichtung 29 auf, die dazu beiträgt, das in den Zwischenräumen 28 eingebettete aktive Material 22 an der gewebten, ebenen Maschenplatte 26 zu befestigen.
In einer Ausführungsform kann die Beschichtung 29 auf die Metallsträngen 27 aufgebracht werden, bevor sie zu der gewebten, ebenen Maschenplatte 26 verarbeitet werden. Alternativ kann die Beschichtung 29 auch auf die gewebte, ebene Maschenplatte 26 aufgebracht werden. In einer Ausführungsform ist die Beschichtung 29 eines von Zinn, Nickel oder Silber oder deren Legierungen. Alternativ kann die Beschichtung 29 aus Metallen (z. B. Ni, Zn, Sn, Au, Ag, Cu) und deren Li-intermetallischer Phase, Metalloxiden (z. B., ZnO, CuO, Al2O3, SiO2 usw.), stickstoffdotierter Graphit, Kohlenstoffnitrit und polymere Materialien wie Polymer auf PEO-Basis, Lithium-Lanthan-Titanat (LLTO), Lithium-Lanthan-Zirkonat (LLZO), Lithium-Aluminium-Titan-Phosphat (LATP), Lithium-Phosphor-Sulfid (LPS), Lithium-Phosphor-Schwefel-Chlorid-Iodid (LPSCI) und andere bestehen.
3 zeigt schematisch eine Endansicht einer Ausführungsform der Anode 20 mit dem Anodenstromkollektor 24, der eine Vielzahl von Metallsträngen 27 umfasst, die so gewebt sind, dass sie eine gewebte, ebene Maschenplatte 26 bilden, die eine Vielzahl von Zwischenräumen 28 definiert, wobei das aktive Material 22 in die Zwischenräume 28 des gewebten, ebenen Maschenplatte 26 eingebettet ist. Die Oberfläche des aktiven Materials 22 ist so angeordnet, dass sie sich nicht über eine äußere Ebene 23 hinaus erstreckt, bei der es sich um eine Maschenhöhe handelt, die durch einen äußeren Teil der gewebten, ebenen Maschenplatte 26 sowohl auf der ersten (oberen) Oberfläche 26A als auch auf der zweiten (unteren) Oberfläche 26B definiert ist.
In den 4A bis 4H sind Beispiele von Ausführungsformen gewebter, ebener Maschenplatten 26 dargestellt, die eine Vielzahl von Zwischenräumen 28 definieren. Die Vielzahl der Zwischenräume 28 sind in jeder der Figuren zwischen den Geweben dargestellt.
Die Benetzbarkeit des aktiven Materials 22 auf der gewebten, ebenen Maschenplatte 26 kann durch Abstimmung der Parameter des Drahtgitters eingestellt werden, einschließlich der Abstimmung der Drahtmaschenteilung, des Strangdurchmessers, der Strangquerschnittsform, der Dehnungsorientierung und der Maschentopologie, d. h. gewebte Maschen oder gestrickte Maschen. Die Größe der Zwischenräume 28 in den Maschen wirkt sich auf die Kapillarkräfte und die Fähigkeit aus, das aufgetragene Lithium einzubetten und zu verbinden: Sind die Zwischenräume zu groß, kann das geschmolzene Lithium herabtropfen oder herausfallen; sind sie zu eng, kann ein aggressives Benetzungsmittel erforderlich sein, um eine ausreichende Bedeckung des Lithiums auf der gewebten, ebenen Maschenplatte 26 zu erreichen.
4A zeigt eine Ausführungsform der gewebten, ebenen Maschenplatte 26, bei der die Metallstränge 27 in einer einfachen Tressenbindung (Durch Weave) angeordnet sind.
4B zeigt bildlich eine Ausführungsform der gewebten, ebenen Maschenplatte 26, bei der die Metallstränge 27 in Köperbindung angeordnet sind.
4C zeigt eine Ausführungsform der gewebten, ebenen Maschenplatte 26, bei der die Metallstränge 27 in Leinwandbindung angeordnet sind.
4D zeigt bildlich eine Ausführungsform der gewebten, ebenen Maschenplatte 26, bei der die Metallstränge 27 in Köpertressenbindung angeordnet sind.
4E illustriert bildlich eine Ausführungsform der gewebten, ebenen Maschenplatte 26, bei der die Metallstränge 27 in einer Lock-Crimp-Bindung angeordnet sind.
4F zeigt bildlich eine Ausführungsform der gewebten, ebenen Maschenplatte 26, bei der die Metallstränge 27 in einer Zwischenkrampenbindung angeordnet sind.
4G illustriert bildlich eine Ausführungsform der gewebten, ebenen Maschenplatte 26, bei der die Metallstränge 27 in einer Köpertressen-Doppelbindung angeordnet sind.
4H zeigt bildlich eine Ausführungsform der gewebten, ebenen Maschenplatte 26, bei der die Metallstränge 27 in einer Litzenbindung angeordnet sind.
5A zeigt schematisch eine Ausführungsform eines Anodenherstellungsprozesses 500 zur Bildung einer Ausführungsform der Anode 20, die unter Bezugnahme auf die 1-3 beschrieben ist, wobei die Anode 20 den Anodenstromkollektor 24 umfasst, der aus einer Vielzahl von Metallsträngen 27 zusammengesetzt ist, die gewebt sind, um eine gewebte, ebene Maschenplatte 26 zu bilden, die eine Vielzahl von Zwischenräumen 28 definiert, wobei das aktive Material 22 in die Zwischenräume 28 der gewebten, ebenen Maschenplatte 26 eingebettet und mit der gewebten, ebenen Maschenplatte 26 verbunden ist. In einer Ausführungsform und wie hierin beschrieben, wird das aktive Material 22 als Gel hergestellt, das als Lithiumgel 22A bezeichnet wird.
Das Rohmaterial wird von einer Spule 505 oder einem anderen Zuführungsmechanismus in die Verarbeitungsanlage für den Anodenherstellungsprozess (Prozess) 500 eingespeist, wobei das Rohmaterial ein gewebtes Maschenmaterial ist, das für die gewebte ebene Maschenplatte 26 verwendet wird. Die gewebte, ebene Maschenplatte 26 wird einem Reinigungsschritt (Schritt 510) unterzogen, um Ablagerungen und andere Materialien von ihren Oberflächen zu entfernen, bevor sie in eine Umgebungskammer 511 gelangt, die eine Atmosphäre bereitstellt, die gegenüber Lithium inert ist. In einer Ausführungsform ist die Atmosphäre in der Umgebungskammer 511 frei von Sauerstoff. In einer Ausführungsform besteht die Atmosphäre in der Umgebungskammer 511 aus Argon.
Nach dem Eintritt in die Umgebungskammer 511 werden in einer Ausführungsform die Längskanten 26D der gewebten, ebenen Maschenplatte 26 einer Biegung unterzogen (Schritt 512). Die Längskanten 26D und die damit verbundene Biegung werden unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.
Wiederum bezugnehmend auf 5 wird der gewebte, ebene Maschenplatte 26 dann einer Erwärmung unterzogen (Schritt 514), bevor das Lithiumgel 22A auf eine erste Oberfläche 26A der gewebten, ebenen Maschenplatte 26 aufgebracht wird, wobei das Erwärmen der gewebten, ebenen Maschenplatte das Erwärmen der gewebten, ebenen Maschenplatte auf eine Temperatur von oder nahe 180°C beinhaltet.
Nach der Erwärmung (Schritt 514) wird die gewebte, ebene Maschenplatte 26 mit der Beschichtung 29 überzogen (Schritt 516). Dies kann die Beschichtung der gewebten, ebenen Maschenplatte 26 mit Zinn, Nickel oder Silber oder deren Legierungen umfassen, bevor Lithium auf die erste Oberfläche der gewebten, ebenen Maschenplatte aufgebracht wird. Der Zusatz der Beschichtung 29 soll oxidiertes Metall von den Oberflächen entfernen, die Luft abdichten und so eine weitere Oxidation verhindern und die Amalgamierung durch Verbesserung der Oberflächenbenetzungseigenschaften erleichtern. Die Beschichtung 29 schützt außerdem die Metalloberflächen vor erneuter Oxidation während des Lötens und unterstützt den Lötprozess durch Veränderung der Oberflächenspannung des geschmolzenen Lots. Wie bereits beschrieben, besteht die Beschichtung 29 aus einem Basismaterial und einem Aktivator, einer Chemikalie, die eine bessere Benetzung des Lots durch die Entfernung von Oxiden von der Metalloberfläche fördert. Der Beschichtungsprozess (Schritt 516) verbessert die Benetzbarkeit der Oberflächen der gewebten, ebenen Maschenplatte 26 in Bezug auf das anschließend aufgebrachte Lithiumgel 22A.
Das Beschichtungsverfahren (Schritt 516) kann durch Eintauchen der gewebten, ebenen Maschenplatte 26 in ein Bad mit Zinn, Nickel oder Silber oder einer Legierung davon oder durch ein Verfahren der Flash-Plattierung durchgeführt werden. Alternativ kann das Beschichtungsverfahren (Schritt 516) durch Aufbringen der Beschichtung 29 auf die Oberfläche 26A durchgeführt werden. Alternativ kann die Beschichtung 29 während der Herstellung der gewebten, ebenen Maschenplatte 26 auf der gewebten, ebenen Maschenplatte 26 und/oder die einzelnen Drähte derselben aufgebracht werden.
Das Beschichtungsmaterial kann eines oder eine Kombination von Metallen (Ni, Zn, Sn, Au, Ag, Cu) und deren Li-intermetallischen Phasen, Metalloxiden (ZnO, CuO, Al2O3, SiO2, usw.), mit Stickstoff dotiertem Graphit, Kohlenstoffnitrit und polymere Materialien wie Polymere auf PEO-Basis, Lithium-Lanthan-Titanat (LLTO), Lithium-Lanthan-Zirkonat (LLZO), Lithium-Aluminium-Titan-Phosphat (LATP), Lithium-Phosphor-Sulfid (LPS), Lithium-Phosphor-Schwefel-Chlorid-Iodid (LPSC1), usw. sein.
Das Lithiumgel 22A wird in einer Ausführungsform als thixotrope Paste hergestellt, die stabilisierte, Lithium enthaltende Partikel enthält (Schritt 518).
Das Lithiumgel 22A wird auf die erste, obere Fläche 26A der gewebten, ebenen Maschenplatte aufgetragen (520), und dann wird das Lithiumgel 22A auf der gewebten, ebenen Maschenplatte aufgeschmolzen, so dass das Lithiumgel 22A in die Zwischenräume 28 der gewebten, ebenen Maschenplatte 26 eingebettet und auf die Oberflächen der einzelnen Stränge 27 der gewebten, ebenen Maschenplatte 26 aufgebracht wird (Schritt 522). Das Lithiumgel 22A kann mit einem Applikatorpinsel, durch Eintauchen in ein Bad oder mit einer zweiseitigen Walze aufgetragen werden, um sicherzustellen, dass alle Oberflächen der gewebten, ebenen Maschenplatte benetzt werden, und um die Dicke des Lithiumgels 22A zu steuern. Alternativ kann das Lithium auf die erste Oberfläche 26A der gewebten, ebenen Maschenplatte aufgebracht werden, indem eine zweite, Lithium enthaltende Bahn vorbereitet und auf die erste Oberfläche der gewebten, ebenen Maschenplatte aufgebracht wird und eine Druckbelastung darauf ausgeübt wird, um das Lithium in die Zwischenräume 28 der gewebten, ebenen Maschenplatte 26 einzubetten und auf den Oberflächen der einzelnen Stränge 27 der gewebten, ebenen Maschenplatte 26 abzulagern.
Das Lithiumgel 22A wird auf die Oberflächen der gewebten, ebenen Maschenplatte aufgebracht, wobei die Dicke des Lithiumgels 22A so gesteuert wird, dass sich das Lithiumgel 22A in den Maschen der gewebten, ebenen Maschenplatte 26 sowohl auf der ersten Oberfläche 26A als auch auf der zweiten Oberfläche 26B und auf oder unterhalb der durch die äußeren Ebenen 23 definierten Maschenhöhe absetzt, wie in 3 gezeigt und beschrieben.
Wie in 5A dargestellt, wird überschüssiges Lithiumgel 22A von der ersten Oberfläche 26A und der zweiten Oberfläche 26B der gewebten, ebenen Maschenplatte 26 entfernt, indem die erste und die zweite Oberfläche mit einem Abstreifer, einem Spachtel oder einem anderen Werkzeug mechanisch abgestreift werden (Schritt 524). Dieser Schritt wird ausgeführt, um eine exakte Dicke des Lithiumgels 22A auf der gewebten, ebenen Maschenplatte 26 zu erreichen und somit seine Dicke zu kontrollieren.
Nach dem Entfernen des überschüssigen Lithiums (Schritt 524) wird das aufgetragene und eingebettete Lithium mit der gewebten, ebenen Maschenplatte 26 verbunden, d.h. verschmolzen oder verklebt, indem Wärme auf die gewebte, ebene Maschenplatte 26 aufgebracht wird, um den Gelanteil des Lithiumgels 22A zu verdampfen und das Lithiumpulver zu schmelzen, damit es mit den Maschen in der gewebten, ebenen Maschenplatte 26 in den Zwischenräumen 28 verschmilzt, daran haftet oder anderweitig damit verbunden wird (Schritt 526). Das Erhitzen der gewebten, ebenen Maschenplatte 26 zum Verbinden des Lithiums umfasst das Erhitzen der gewebten, ebenen Maschenplatte 26 in der inerten Umgebung auf eine Temperatur, die in einem Temperaturbereich zwischen 180°C und 200°C liegt, für 30 Minuten oder weniger. Die Erwärmung kann durch einen thermoelektrischen Ofen, eine Infrarot-Wärmequelle, eine Widerstandsheizvorrichtung, eine Induktionsheizvorrichtung oder eine andere wärmeerzeugende Vorrichtung erreicht werden.
Nach dem Erhitzungsschritt (Schritt 526) wird die gewebte, ebene Maschenplatte einer Passivierung unterzogen (Schritt 528), die das Aufbringen eines Antioxidationsmittels, wie z. B. einer Polymersubstanz, auf die erste und zweite Oberfläche 26A, 26B umfasst, um eine Lithiumoxidation zu verhindern. Der Passivierungsschritt (Schritt 528) umfasst in einer Ausführungsform das Auftragen des Antioxidationsmittels in Form eines Sprays, das von einem Zerstäuber (nicht dargestellt) abgegeben wird. Die Temperatur des Sprays aus dem Zerstäuber kann so gesteuert werden, dass die gewebte, ebene Maschenplatte 26 mit dem Lithium kontrolliert gekühlt wird, um die physikalische Kontraktion des Lithiums und der gewebten, ebenen Maschenplatte 26 zu steuern und so die Verformung der gewebten, ebenen Maschenplatte 26 zu minimieren oder zu verhindern und die Trennung des Lithiums von der gewebten, ebenen Maschenplatte 26 zu minimieren oder zu verhindern.
Nach dem Passivierungsschritt (Schritt 528) werden die zuvor gebogenen Längskanten aus Schritt 512 entbogen und begradigt, nachdem sich das Lithium verfestigt hat (Schritt 530), und das fertige Werkstück wird aus der Umgebungskammer 511 entnommen und auf eine Spule 535 geformt (Schritt 532) oder auf andere Weise für die weitere Verarbeitung festgehalten.
5B veranschaulicht schematisch eine andere Ausführungsform des Anodenherstellungsprozesses 500' zur Bildung einer Ausführungsform der Anode 20, die unter Bezugnahme auf die 1-3 beschrieben ist, wobei die Anode 20 den Anodenstromkollektor 24 umfasst, der aus einer Vielzahl von Metallsträngen 27 zusammengesetzt ist, die gewebt sind, um die gewebte, ebene Maschenplatte 26 zu bilden, die eine Vielzahl von Zwischenräumen 28 definiert, wobei das aktive Material 22 in die Zwischenräume 28 der gewebten, ebenen Maschenplatte 26 eingebettet und mit der gewebten, ebenen Maschenplatte 26 verbunden ist. In dieser Ausführungsform des Anodenherstellungsverfahrens 500' wird das Lithiumgel 22A als niedrigviskoses Gel oder Flüssigkeit vorbereitet (Schritt 518') und in einem Bad aus geschmolzenem Metall enthalten. Das Lithiumgel 22A wird auf die zweite, untere Oberfläche 26B der gewebten, ebenen Maschenplatte 26 aufgebracht, indem die gewebte, ebene Maschenplatte 26 über eine Oberfläche des aufgeschmolzenen Metallbades gleitet (521), wobei das Lithiumgel 22A durch Kapillarwirkung, die durch die Beschichtung 29 erleichtert wird, auf die Oberflächen der gewebten, ebenen Maschenplatte 26 und in die Vielzahl der Zwischenräume 28 gezogen wird. Das LithiumGel 22A wird auf die gewebte, ebene Maschenplatte 26 aufgezogen, so dass das Lithium in die Zwischenräume 28 der gewebten, ebenen Maschenplatte 26 eingebettet wird und sich auf den Oberflächen der einzelnen Stränge 27 der gewebten, ebenen Maschenplatte 26 ablagert (Schritt 522). Die anderen Schritte dieser Ausführungsform des Anodenherstellungsprozesses 500' sind im Wesentlichen dieselben wie der Anodenherstellungsprozess 500, der unter Bezugnahme auf 5A beschrieben ist.
6 zeigt schematisch eine Endansicht eines Abschnitts einer Ausführungsform der gewebten, ebenen Maschenplatte 26, während sie eine Biegevorrichtung 610 durchläuft, die Teil des Schritts 512 ist, der unter Bezugnahme auf die 5A und 5B beschrieben wird. Die Biegevorrichtung 610 biegt die linken und rechten Längskanten 26D der gewebten, ebenen Maschenplatte 26 so, dass sie orthogonal zu einer Ebene sind, die durch einen Mittelteil 26C der gewebten, ebenen Maschenplatte 26 definiert ist. Der Zweck des Biegens der linken und rechten Längskanten 26D der gewebten, ebenen Maschenplatte 26 ist es, das Fließen von geschmolzenem Lithium dorthin während der Schritte des Auftragens des Lithiums auf die erste, obere Oberfläche 26A der gewebten, ebenen Maschenplatte (Schritt 520 von 5A) und des Verschmelzens des Lithiums mit der gewebten, ebenen Maschenplatte 20 (Schritt 522 von 5A und 5B) zu erschweren oder zu verhindern. Das geschmolzene Lithium hat keine ausreichende Kapillarwirkung, um sich nach oben zu bewegen, und daher sind die linken und rechten Längskanten 26D der gewebten, ebenen Maschenplatte 26 nicht mit dem Lithium beschichtet und können vollständig getrimmt oder geschnitten werden, um den Folienabschnitt 25 und die erste Batteriezellenlasche 12 zu bilden, die sich von dem ersten aktiven Material 22 erstreckt, nachdem sie begradigt worden ist (Schritt 530 der 5A und 5B).
Die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren sind unterstützend und beschreibend für die vorliegende Lehre, aber der Umfang der vorliegenden Lehren wird ausschließlich durch die Ansprüche definiert. Während einige der besten Modi und andere Ausführungsformen für die Durchführung der vorliegenden Lehren im Detail beschrieben wurden, existieren verschiedene alternative Designs und Ausführungsformen für die Durchführung der vorliegenden Lehren, die in den beigefügten Ansprüchen definiert sind.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Batterieelektrode, wobei das Verfahren umfasst: Anordnen einer gewebten, ebenen Maschenplatte als ein Stromkollektor, wobei die gewebte, ebene Maschenplatte eine Platte ist, die aus Metallsträngen zusammengesetzt ist, die eine Vielzahl von Zwischenräumen definieren; Reinigen der gewebten, ebenen Maschenplatte; Aufbringen von Lithium auf eine erste Oberfläche der gewebten, ebenen Maschenplatte; Aufschmelzen des Lithiums auf der gewebten, ebenen Maschenplatte, so dass das Lithium in den Zwischenräumen der gewebten, ebenen Maschenplatte eingebettet wird; Verbinden des Lithiums mit der gewebten, ebenen Maschenplatte; und Passivieren der gewebten, ebenen Maschenplatte.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Biegen von Längskanten der gewebten, ebenen Maschenplatte vor dem Aufbringen des Lithiums auf die erste Oberfläche der gewebten, ebenen Maschenplatte und das Entbiegen der Längskanten der gewebten, ebenen Maschenplatte nach dem Verbinden des Lithiums mit der gewebten, ebenen Maschenplatte.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die gewebte, ebene Maschenplatte ein Blech aus Metallsträngen umfasst, die aus rostfreiem Stahl oder einer Kupferlegierung hergestellt sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Aufbringen des Lithiums auf die erste Oberfläche der gewebten, ebenen Maschenplatte das Aufbringen einer zweiten, Lithium enthaltenden Platte auf die erste Oberfläche der gewebten, ebenen Maschenplatte und das Aufbringen einer Druckbelastung darauf umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Aufbringen des Lithiums auf die erste Oberfläche der gewebten, ebenen Maschenplatte das Eintauchen der gewebten, ebenen Maschenplatte in ein Lithium enthaltendes Bad und das Entfernen von überschüssigem Lithium von der ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche der gewebten, ebenen Maschenplatte mit Hilfe eines Abstreifers umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Aufbringen des Lithiums auf die erste Oberfläche der gewebten, ebenen Maschenplatte umfasst: Vorbereiten eines Lithiumgels; Auftragen des Lithiumgels mit Hilfe eines Applikators auf die erste Oberfläche der gewebten, ebenen Maschenplatte, so dass das Lithiumgel in die Zwischenräume der gewebten, ebenen Maschenplatte eingebettet wird; und Entfernen von überschüssigen Mengen des Lithiumgels von der ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche der gewebten, ebenen Maschenplatte.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Vorbereiten des Lithiumgels das Vorbereiten des Lithiumgels als thixotrope Paste aus stabilisierten, Lithium enthaltenden Partikeln umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Entfernen der überschüssigen Mengen des Lithiumgels von der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche der gewebten, ebenen Maschenplatte das Abstreifen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche der gewebten, ebenen Maschenplatte umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Beschichten der gewebten, ebenen Maschenplatte mit einem von Zinn, Nickel oder Silber vor dem Aufbringen von Lithium auf die erste Oberfläche der gewebten, ebenen Maschenplatte.
Batterieelektrode, umfassend: einen Stromkollektor, der eine gewebte, ebene Maschenplatte aus Metallsträngen enthält, wobei die Metallstränge eine Vielzahl von Zwischenräumen definieren, und wobei die gewebte, ebene Maschenplatte eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche aufweist; Lithium, wobei das Lithium in den Zwischenräumen eines ersten Abschnitts der gewebten, ebenen Maschenplatte eingebettet ist; und eine elektrische Anschlusslasche, die auf einem zweiten Abschnitt der gewebten, ebenen Maschenplatte angeordnet ist.