DE102022118608A1 - Elektroden mit Polymerbindemittelnetzen mit Fasern vom Bambustyp - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Offenbarung schafft eine Elektrode für eine elektrochemische Zelle. Die Elektrode umfasst ein Polymerbindemittelnetz und mehrere Partikel aus elektroaktivem Material. Das Polymerbindemittelnetz umfasst mehrere Fasern, die das Polymerbindemittelnetz definieren. Jede der mehreren Fasern umfasst mehrere Perlen und mehrere Filamente. Die mehreren Filamente erstrecken sich jeweils von zumindest einem Abschnitt der mehreren Perlen. Die mehreren Partikel aus elektroaktivem Material befinden sich in Leerräumen des Polymerbindemittelnetzes. In bestimmten Aspekten schafft die vorliegende Offenbarung eine ein- oder doppelseitige Elektrodenkomponente mit einem Stromabnehmer und der Elektrode.

Description

  • EINLEITUNG
  • Die in diesem Abschnitt gegebenen Informationen dienen dem Zweck der allgemeinen Darstellung des Kontexts der Offenbarung. Arbeit der hier genannten Erfinder in dem Umfang, in dem sie in diesem Abschnitt beschrieben ist, sowie Aspekte der Beschreibung, die nicht auf andere Weise als Stand der Technik zum Zeitpunkt der Einreichung berechtigen können, sind weder explizit noch implizit als Stand der Technik gegenüber der vorliegenden Offenbarung anerkannt.
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Elektroden, z. B. für die Verwendung in elektrochemischen Zellen, mit Polymerbindemittelnetzen mit Fasern vom Bambustyp.
  • Elektroden für Lithium-Ionen-Batterien oder elektrische Zellen können eine hohe Beladungsdichte von elektroaktiven Materialien aufweisen, um die gesamte Zellenenergiedichte zu erhöhen. Dickere Schichten aus elektroaktivem Material und/oder eine größere Beladung von elektroaktiven Materialien erhöhen beispielsweise eine relative Menge an elektroaktiven Materialien relativ zu inerten Materialien, die in der elektrochemischen Zelle vorhanden sind, wie z. B. Stromabnehmer und Separatoren. Die Leistungsfähigkeit von dicken Elektroden kann jedoch durch begrenzte Lithiumionendurchgänge zwischen dem Elektrolyten und/oder elektroaktiven Material, beispielsweise physiochemische Änderungen am Polymerbindemittel während der Lösungsmittelverdampfung behindert werden.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • In verschiedenen Aspekten schafft die vorliegende Offenbarung eine Elektrode für eine elektrochemische Zelle. Die Elektrode umfasst ein Polymerbindemittelnetz und mehrere Partikel aus elektroaktivem Material. Das Polymerbindemittelnetz umfasst mehrere Fasern, die das Polymerbindemittelnetz definieren. Jede der mehreren Fasern umfasst mehrere Perlen und mehrere Filamente. Die mehreren Filamente erstrecken sich jeweils von zumindest einem Abschnitt der mehreren Perlen. Die mehreren Partikel aus elektroaktivem Material befinden sich in Leerräumen des Polymerbindemittelnetzes.
  • In einem Aspekt umfasst jede der mehreren Fasern mehrere Segmente. Jedes der mehreren Segmente umfasst einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt. Der erste Abschnitt umfasst die mehreren Perlen. Der zweite Abschnitt umfasst die mehreren Filamente.
  • In einem Aspekt definiert jedes der mehreren Segmente eine Länge von mehr als oder gleich etwa 1,0 µm bis weniger als oder gleich etwa 50 µm.
  • In einem Aspekt umfasst jedes der mehreren Segmente eine im Wesentlichen zylindrische Wand, die einen inneren Bereich definiert. Die im Wesentlichen zylindrische Wand umfasst den ersten Abschnitt mit den mehreren Perlen und den zweiten Abschnitt mit den mehreren Filamenten.
  • In einem Aspekt definiert die im Wesentlichen zylindrische Wand einen Durchmesser von mehr als oder gleich etwa 0,1 µm bis weniger als oder gleich etwa 500 µm.
  • In einem Aspekt definiert jede der mehreren Fasern eine Länge von mehr als oder gleich etwa 5 µm bis weniger als oder gleich etwa 2 cm.
  • In einem Aspekt definiert jede der mehreren Perlen einen Durchmesser von mehr als oder gleich etwa 10 nm bis weniger als oder gleich etwa 1 µm. Jedes der mehreren Filamente definiert einen Durchmesser von mehr als oder gleich etwa 1 nm bis weniger als oder gleich etwa 300 nm.
  • In einem Aspekt definiert die Elektrode eine Dicke von mehr als oder gleich etwa 100 µm bis weniger als oder gleich etwa 2 mm.
  • In einem Aspekt ist das Polymerbindemittelnetz mit mehr als oder gleich etwa 0,3 Gewichtsprozent bis weniger als oder gleich etwa 10 Gewichtsprozent vorhanden.
  • In einem Aspekt weist die Elektrode eine Flächenkapazität von mehr als oder gleich etwa 4 mAh/cm2 bis weniger als oder gleich etwa 50 mAh/cm2 auf.
  • In einem Aspekt (i) umfassen die mehreren Partikel aus elektroaktivem Material ein positives elektroaktives Material und die Elektrode weist eine Pressdichte von mehr als oder gleich etwa 2 g/cm3 bis weniger als oder gleich etwa 4 g/cm3 auf, oder (ii) die mehreren Partikel aus elektroaktivem Material umfassen ein negatives elektroaktives Material und die Elektrode weist eine Pressdichte von mehr als oder gleich etwa 1 g/cm3 bis weniger als oder gleich etwa 3 g/cm3 auf.
  • In einem Aspekt definiert die Elektrode eine Porosität von mehr als oder gleich etwa 25 Volumenprozent bis weniger als oder gleich etwa 60 Volumenprozent.
  • In einem Aspekt ist zumindest ein Abschnitt der mehreren Perlen so konfiguriert, dass er während der Zyklisierung einer elektrochemischen Zelle mit der Elektrode fibrilliert wird.
  • In einem Aspekt umfasst das Polymerbindemittelnetz Polytetrafluorethylen (PTFE).
  • In einem Aspekt umfasst die Elektrode ferner ein elektrisch leitfähiges Material.
  • In einem Aspekt umfassen die mehreren Partikel aus elektroaktivem Material: (i) ein positives elektroaktives Material, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Olivin-Verbindung, einem Steinsalz, einem kobaltfreien Schichtoxid, einem Steinsalzschichtoxid, einem Spinell, einem Tavorit, einem Borat, einem Silikat, einer organischen Verbindung, Schwefel oder irgendeiner Kombination davon besteht, und/oder (ii) ein negatives elektroaktives Material, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem kohlenstoffhaltigen Material, einem Lithium enthaltenden Material, einem Zinn enthaltenden Material, einem Lithiumtitanoxid, einem Metalloxid, einem Metallsulfid, einem Silizium enthaltenden Material, einem lithiierten Silizium enthaltenden Material oder irgendeiner Kombination davon besteht.
  • In verschiedenen Aspekten schafft die vorliegende Offenbarung eine Elektrodenkomponente. Die Elektrodenkomponente umfasst einen Stromabnehmer und eine Elektrodenschicht. Der Stromabnehmer umfasst ein elektrisch leitfähiges Material. Die Elektrodenschicht befindet sich auf dem Stromabnehmer. Die Elektrodenschicht umfasst ein Polymerbindemittelnetz und mehrere Partikel aus elektroaktivem Material. Das Polymerbindemittelnetz umfasst mehrere Fasern. Die mehreren Fasern definieren das Polymerbindemittelnetz. Jede der mehreren Fasern umfasst mehrere Perlen und mehrere Filamente. Die mehreren Filamente erstrecken sich jeweils von zumindest einem Abschnitt der mehreren Perlen. Die mehreren Partikel aus elektroaktivem Material befinden sich in Leerräumen des Bindemittelpolymernetzes.
  • In einem Aspekt umfasst der Stromabnehmer ein Geflecht und die Elektrodenschicht steht mit dem Geflecht in direktem Kontakt.
  • In einem Aspekt umfasst die Elektrodenkomponente ferner einen elektrisch leitfähigen Klebstoff zwischen dem Stromabnehmer und der Elektrodenschicht.
  • In verschiedenen Aspekten schafft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für eine elektrochemische Zelle. Das Verfahren umfasst das Vorbereiten einer Mischung durch Mischen von mehreren Partikeln aus elektroaktivem Material mit mehreren Polymerbindemittelfasern. Jede der mehreren Polymerbindemittelfasern umfasst mehrere Perlen und mehrere Filamente, die sich von zumindest einem Abschnitt der mehreren Perlen erstrecken. Das Verfahren umfasst ferner das Abscheiden der Mischung auf einem Substrat. Das Verfahren umfasst ferner das Vorwalzen der Mischung auf dem Substrat, um eine Filmvorstufe mit der Mischung, die eine erste Dicke definiert, auszubilden. Das Verfahren umfasst ferner das Ausbilden der Elektrode durch Fertigwalzen der Filmvorstufe, um eine zweite Dicke zu definieren, die geringer ist als die erste Dicke.
  • Weitere Anwendbarkeitsgebiete der vorliegenden Offenbarung werden aus der ausführlichen Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen ersichtlich. Die ausführliche Beschreibung und die speziellen Beispiele sind nur für Erläuterungszwecke bestimmt und sollen den Schutzbereich der Offenbarung nicht begrenzen.
  • Figurenliste
  • Die vorliegende Offenbarung wird aus der ausführlichen Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen vollständiger verständlich; es zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung einer elektrochemischen Zelle zum Zyklisieren von Lithiumionen;
    • 2 eine schematische Darstellung einer Elektrodenanordnung für eine elektrochemische Zelle gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung;
    • 3 eine schematische Darstellung einer anderen Elektrodenanordnung für eine elektrochemische Zelle gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung;
    • 4 eine teilweise schematische Ansicht einer Elektrode gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung, wobei die Elektrode ein Polymerbindemittelnetz, Partikel aus elektroaktivem Material und ein elektrisch leitfähiges Material umfasst;
    • 5 eine schematische Darstellung einer Faser des Polymerbindemittelnetzes von 4 gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung;
    • 6 eine teilweise perspektivische Ansicht einer Wand der Faser von 5 gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung;
    • 7 ein Rasterelektronenmikroskopbild eines Abschnitts von mehreren Polymerbindemittelfasern gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung;
    • 8 einen Ablaufplan, der ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung darstellt; und
    • 9 eine Beispielimplementierung des Verfahrens von 8 gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
  • In den Zeichnungen können Bezugszeichen mehrfach verwendet werden, um ähnliche und/oder identische Elemente zu identifizieren.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Beispielausführungsformen sind so vorgesehen, dass diese Offenbarung gründlich ist und den Schutzbereich dem Fachmann auf dem Gebiet vollständig vermittelt. Zahlreiche spezielle Details werden dargelegt, wie z. B. Beispiele von speziellen Zusammensetzungen, Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren, um für ein gründliches Verständnis von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu sorgen. Für den Fachmann auf dem Gebiet ist ersichtlich, dass spezielle Details nicht verwendet werden müssen, dass Beispielausführungsformen in vielen verschiedenen Formen verkörpert sein können und dass keines als den Schutzbereich der Offenbarung begrenzend aufgefasst werden sollte. In einigen Beispielausführungsformen werden gut bekannte Prozesse, gut bekannte Vorrichtungsstrukturen und gut bekannte Technologien nicht im Einzelnen beschrieben.
  • Die hier verwendete Terminologie dient nur für den Zweck der Beschreibung von speziellen Beispielausführungsformen und soll nicht begrenzend sein. Wie hier verwendet, können die Singularformen „ein“, „eine“ und „der“ ebenso Pluralformen umfassen sollen, wenn der Kontext nicht deutlich anderes angibt. Die Begriffe „umfasst“, „umfassend“, „einschließlich“ und „aufweisend“ sind einschließend und geben daher die Anwesenheit von angegebenen Merkmalen, Elementen, Zusammensetzungen, Schritten, ganzen Zahlen, Operationen und/oder Komponenten an, schließen jedoch die Anwesenheit oder den Zusatz von einem oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht aus. Obwohl der offene Begriff „umfassend“ als nicht einschränkender Begriff verstanden werden soll, der verwendet wird, um verschiedene hier dargelegte Ausführungsformen zu beschreiben und zu beanspruchen, kann in bestimmten Aspekten der Begriff alternativ stattdessen als mehr begrenzender und einschränkender Begriff verstanden werden, wie z. B. „bestehend aus“ oder „im Wesentlichen bestehend aus“. Für irgendeine gegebene Ausführungsform, die Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente, Merkmale, ganze Zahlen, Operationen und/oder Prozessschritte anführt, umfasst folglich die vorliegende Offenbarung auch speziell Ausführungsformen, die aus solchen angeführten Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elementen, Merkmalen, ganzen Zahlen, Operationen und/oder Prozessschritten bestehen oder im Wesentlichen bestehen. Im Fall von „bestehend aus“ schließt die alternative Ausführungsform beliebige zusätzliche Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente, Merkmale, ganze Zahlen, Operationen und/oder Prozessschritte aus, während im Fall von „im Wesentlichen bestehend aus“ beliebige zusätzliche Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente, Merkmale, ganze Zahlen, Operationen und/oder Prozessschritte, die sich auf die grundlegenden und neuen Eigenschaften wesentlich auswirken, aus einer solchen Ausführungsform ausgeschlossen sind, aber beliebige Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente, Merkmale, ganze Zahlen, Operationen und/oder Prozessschritte, die sich nicht auf die grundlegenden und neuen Eigenschaften wesentlich auswirken, in der Ausführungsform enthalten sein können.
  • Beliebige Verfahrensschritte, Prozesse und Operationen, die hier beschrieben werden, sollen nicht als notwendigerweise ihre Durchführung in der erörterten oder dargestellten speziellen Reihenfolge erfordernd aufgefasst werden, wenn nicht speziell als Durchführungsreihenfolge identifiziert. Es soll auch selbstverständlich sein, dass zusätzliche oder alternative Schritte verwendet werden können, wenn nicht anders angegeben.
  • Wenn eine Komponente, ein Element oder eine Schicht als „auf”, „in Eingriff mit“, „verbunden mit“ oder „gekoppelt mit“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht bezeichnet wird, kann es direkt auf, in Eingriff mit, verbunden mit oder gekoppelt mit der anderen Komponente, dem anderen Element oder der anderen Schicht sein oder Zwischenelemente oder Zwischenschichten können vorhanden sein. Wenn dagegen ein Element als „direkt auf“, „direkt in Eingriff mit“, „direkt verbunden mit“ oder „direkt gekoppelt mit“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht bezeichnet wird, können keine Zwischenelemente oder Zwischenschichten vorhanden sein. Andere Worte, die verwendet werden, um die Beziehung zwischen Elementen zu beschreiben, sollten in einer gleichen Weise interpretiert werden (z. B. „zwischen“ gegenüber „direkt zwischen“, „benachbart“ gegenüber „direkt benachbart“ usw.). Wie hier verwendet, umfasst der Begriff „und/oder“ Kombinationen von einem oder mehreren der zugehörigen aufgelisteten Gegenstände.
  • Obwohl die Begriffe erster, zweiter, dritter usw. hier verwendet werden können, um verschiedene Schritte, Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte zu beschreiben, sollten diese Schritte, Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte nicht durch diese Begriffe begrenzt sein, wenn nicht anders angegeben. Diese Begriffe können nur verwendet werden, um einen Schritt, ein Element, eine Komponente, einen Bereich, eine Schicht oder einen Abschnitt von einem anderen Schritt, einem anderen Element, einer anderen Komponente, einem anderen Bereich, einer anderen Schicht oder einem anderen Abschnitt zu unterscheiden. Begriffe wie z. B. „erster“, „zweiter“ und andere Zahlenbegriffe, wenn sie hier verwendet werden, implizieren keine Sequenz oder Reihenfolge, wenn nicht deutlich durch den Kontext angegeben. Folglich könnte ein erster Schritt, ein erstes Element, eine erste Komponente, ein erster Bereich, eine erste Schicht oder ein erster Abschnitt, der nachstehend erörtert wird, als zweiter Schritt, zweites Element, zweite Komponente, zweiter Bereich, zweite Schicht oder zweiter Abschnitt bezeichnet werden, ohne von den Lehren der Beispielausführungsformen abzuweichen.
  • Räumlich oder zeitlich relative Begriffe, wie z. B. „vor“, „nach“, „innerer“, „äußerer“, „unterhalb“, „unter“, „niedrigerer“, „über“, „oberer“ und dergleichen, können hierfür eine leichte Beschreibung verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder Merkmals mit einem oder mehreren anderen Elementen oder Merkmalen zu beschreiben, wie in den Figuren dargestellt. Räumlich oder zeitlich relative Begriffe können verschiedene Orientierungen der Vorrichtung oder des Systems in Gebrauch oder in Betrieb zusätzlich zu der in den Figuren dargestellten Orientierung umfassen sollen.
  • In dieser gesamten Offenbarung stellen die Zahlenwerte ungefähre Maße oder Grenzen für Bereiche dar, so dass sie geringfügige Abweichungen von den gegebenen Werten und Ausführungsformen mit etwa dem erwähnten Wert sowie jene mit exakt dem erwähnten Wert umfassen. Anders als in den Arbeitsbeispielen, die am Ende der ausführlichen Beschreibung vorgesehen sind, sollen alle Zahlenwerte von Parametern (z. B. von Größen oder Bedingungen) in dieser Patentbeschreibung, einschließlich der beigefügten Ansprüche, als in allen Fällen durch den Begriff „etwa“ modifiziert verstanden werden, ob „etwa“ tatsächlich vor dem Zahlenwert erscheint oder nicht. „Etwa“ gibt an, dass der angegebene Zahlenwert eine gewisse geringfügige Ungenauigkeit ermöglicht (mit einer gewissen Annäherung an Exaktheit im Wert; ungefähr oder angemessen nahe dem Wert; nahezu). Wenn die durch „etwa“ vorgesehene Ungenauigkeit auf dem Fachgebiet mit dieser gewöhnlichen Bedeutung nicht anders verstanden wird, dann gibt „etwa“, wie hier verwendet, zumindest Variationen an, die aus gewöhnlichen Verfahren zum Messen und Verwenden solcher Parameter entstehen können. „Etwa“ kann beispielsweise eine Variation von weniger als oder gleich 5 %, wahlweise weniger als oder gleich 4 %, wahlweise weniger als oder gleich 3 %, wahlweise weniger als oder gleich 2 %, wahlweise weniger als oder gleich 1 %, wahlweise weniger als oder gleich 0,5 % und in bestimmten Aspekten wahlweise weniger als oder gleich 0,1 % umfassen.
  • Außerdem umfasst die Offenbarung von Bereichen die Offenbarung aller Werte und weiterer unterteilter Bereiche innerhalb des gesamten Bereichs, einschließlich Endpunkten und Unterbereichen, die für die Bereiche gegeben sind.
  • Beispielausführungsformen werden nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen vollständiger beschrieben.
  • Die vorliegende Technologie betrifft wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterien, die in Fahrzeuganwendungen verwendet werden können. Die vorliegende Technologie kann jedoch auch in anderen elektrochemischen Vorrichtungen verwendet werden, die Lithiumionen im Zyklus führen, wie z. B. in der Hand gehaltenen elektronischen Vorrichtungen oder Energiespeichersystemen (ESS).
  • Allgemeine Funktion, Struktur und Zusammensetzung einer elektrochemischen Zelle
  • Als Hintergrund ist in 1 eine beispielhafte und schematische Darstellung einer elektrochemischen Zelle (auch als Batterie bezeichnet) 20 gezeigt. Obwohl die dargestellten Beispiele eine einzelne positive Elektrode oder Kathode und eine einzelne negative Elektrode oder Anode umfassen, erkennt der Fachmann, dass die vorliegende Offenbarung auch verschiedene andere Konfigurationen, einschließlich jener mit einer oder mehreren Kathoden und einer oder mehreren Anoden, sowie verschiedenen Stromabnehmern mit elektroaktiven Schichten, die auf oder benachbart zu einer oder mehreren Oberflächen davon angeordnet sind, in Betracht zieht.
  • Eine typische Lithium-Ionen-Batterie 20 umfasst eine erste Elektrode (wie z. B. eine negative Elektrode 22 oder Anode), die einer zweiten Elektrode (wie z. B. einer positiven Elektrode 24 oder Kathode) gegenüberliegt, und einen Separator 26 und/oder Elektrolyten 30, die dazwischen angeordnet sind. Obwohl nicht gezeigt, können häufig in einem Lithium-Ionen-Batteriepack Batterien oder Zellen in einer Stapel- oder Wickelkonfiguration elektrisch verbunden sein, um die Gesamtausgabe zu erhöhen. Lithium-Ionen-Batterien arbeiten durch reversibles Leiten von Lithiumionen zwischen der ersten und der zweiten Elektrode. Lithiumionen können sich beispielsweise von der positiven Elektrode 24 zur negativen Elektrode 22 während der Aufladung der Batterie und in der entgegengesetzten Richtung, wenn die Batterie entladen wird, bewegen. Der Elektrolyt 30 ist zum Leiten von Lithiumionen geeignet und kann in flüssiger, Gel- oder fester Form vorliegen.
  • Wenn ein flüssiger oder halbflüssiger/Gel-Elektrolyt verwendet wird, ist der Separator 26 (z. B. ein mikroporöser Polymerseparator) folglich zwischen den zwei Elektroden 22, 24 angeordnet und kann den Elektrolyten 30 umfassen, der auch in den Poren der negativen Elektrode 22 und positiven Elektrode 24 vorhanden sein kann. Wenn ein fester Elektrolyt verwendet wird, kann der mikroporöse Polymerseparator 26 weggelassen werden. Der Festkörperelektrolyt kann auch in die negative Elektrode 22 und die positive Elektrode 24 eingemischt sein. Ein Stromabnehmer 32 der negativen Elektrode kann an oder nahe der negativen Elektrode 22 positioniert sein und ein Stromabnehmer 34 der positiven Elektrode kann an oder nahe der positiven Elektrode 24 positioniert sein. Eine unterbrechbare externe Schaltung 40 und eine Lastvorrichtung 42 verbinden die negative Elektrode 22 (durch ihren Stromabnehmer 32) und die positive Elektrode 24 (durch ihren Stromabnehmer 34).
  • Die Batterie 20 kann einen elektrischen Strom während der Entladung über reversible elektrochemische Reaktionen erzeugen, die stattfinden, wenn die externe Schaltung 40 geschlossen ist (um die negative Elektrode 22 und die positive Elektrode 24 zu verbinden) und die negative Elektrode 22 ein niedrigeres Potential aufweist als die positive Elektrode. Die chemische Potentialdifferenz zwischen der positiven Elektrode 24 und der negativen Elektrode 22 treibt Elektronen, die durch eine Reaktion, beispielsweise die Oxidation von interkaliertem Lithium, an der negativen Elektrode 22 erzeugt werden, durch die externe Schaltung 40 in Richtung der positiven Elektrode 24. Lithiumionen, die auch an der negativen Elektrode 22 erzeugt werden, werden gleichzeitig durch den im Separator 26 enthaltenen Elektrolyten 30 in Richtung der positiven Elektrode 24 überführt. Die Elektronen fließen durch die externe Schaltung 40 und die Lithiumionen wandern über den Separator 26, der die Elektrolytlösung 30 enthält, um interkaliertes Lithium an der positiven Elektrode 24 zu bilden. Wie vorstehend angegeben, ist der Elektrolyt 30 typischerweise auch in der negativen Elektrode 22 und der positiven Elektrode 24 vorhanden. Der elektrische Strom, der durch die externe Schaltung 40 hindurchgeht, kann genutzt und durch die Lastvorrichtung 42 gelenkt werden, bis das Lithium in der negativen Elektrode 22 erschöpft ist und die Kapazität der Batterie 20 vermindert wird.
  • Die Batterie 20 kann jederzeit durch Verbinden einer externen Leistungsquelle mit der Lithium-Ionen-Batterie 20 aufgeladen oder erneut erregt werden, um die elektrochemischen Reaktionen umzukehren, die während der Batterieentladung stattfinden. Das Verbinden einer externen elektrischen Energiequelle mit der Batterie 20 fördert eine Reaktion, beispielsweise eine nicht spontane Oxidation von Übergangsmetallionen, an der positiven Elektrode 24, so dass Elektronen und Lithiumionen erzeugt werden. Die Lithiumionen fließen von der negativen Elektrode 22 durch den Elektrolyten 30 über den Separator 26, um die positive Elektrode 24 mit Lithium für die Verwendung während des nächsten Batterieentladungsereignisses wieder aufzufüllen. An sich wird ein vollständiges Entladungsereignis, gefolgt von einem vollständigen Aufladungsereignis, als Zyklus betrachtet, in dem Lithiumionen zwischen der positiven Elektrode 24 und der negativen Elektrode 22 im Zyklus geführt werden. Die externe Leistungsquelle, die verwendet werden kann, um die Batterie 20 aufzuladen, kann in Abhängigkeit von der Größe, Konstruktion und speziellen Endverwendung der Batterie 20 variieren. Einige bemerkenswerte und beispielhafte externe Leistungsquellen umfassen, sind jedoch nicht begrenzt auf einen Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler, der mit einem elektrischen Wechselstromnetz durch eine Wandsteckdose verbunden ist, und eine Kraftfahrzeuglichtmaschine.
  • In vielen Lithium-Ionen-Batterie-Konfigurationen sind jeder des Stromabnehmers 32 der negativen Elektrode, der negativen Elektrode 22, des Separators 26, der positiven Elektrode 24 und des Stromabnehmers 34 der positiven Elektrode als relativ dünne Schichten (beispielsweise von mehreren Mikrometer bis zu einem Bruchteil eines Millimeters oder weniger in der Dicke) vorbereitet und in Schichten zusammengefügt, die in einer elektrischen parallelen Anordnung verbunden sind, um eine geeignete elektrische Energie und ein geeignetes Leistungspaket bereitzustellen. Der Stromabnehmer 32 der negativen Elektrode bzw. der Stromabnehmer 34 der positiven Elektrode sammeln und bewegen freie Elektronen zu und von einer externen Schaltung 40.
  • Wie vorstehend angegeben, wenn ein flüssiger oder halbflüssiger Elektrolyt verwendet wird, arbeitet ferner der Separator 26 als elektrischer Isolator, indem er zwischen die negative Elektrode 22 und die positive Elektrode 24 eingefügt ist, um einen physikalischen Kontakt und folglich das Auftreten eines Kurzschlusses zu verhindern. Der Separator 26 stellt nicht nur eine physikalische und elektrische Barriere zwischen den zwei Elektroden 22, 24 bereit, sondern enthält auch die Elektrolytlösung in einem Netz von offenen Poren während der Zyklisierung der Lithiumionen, um die Funktion der Batterie 20 zu erleichtern. Die Festkörperelektrolytschicht kann einer ähnlichen ionenleitfähigen und elektrisch isolierenden Funktion dienen, jedoch ohne eine Komponente eines Separators 26 zu benötigen.
  • Die Batterie 20 kann eine Vielfalt von anderen Komponenten umfassen, die, obwohl hier nicht dargestellt, trotzdem dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt sind. Die Batterie 20 kann beispielsweise ein Gehäuse, Dichtungen, Anschlusskappen, Ansätze, Batterieanschlüsse und beliebige andere herkömmliche Komponenten oder Materialien umfassen, die sich innerhalb der Batterie 20 befinden können, einschließlich zwischen oder um die negative Elektrode 22, die positive Elektrode 24 und/oder den Separator 26. Die in 1 gezeigte Batterie 20 umfasst einen flüssigen Elektrolyten 30 und zeigt repräsentative Konzepte des Batteriebetriebs. Die Batterie 20 kann jedoch auch eine Festkörperbatterie sein, die einen Festkörperelektrolyten umfasst, der eine andere Gestaltung aufweisen kann, wie dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt.
  • Elektroden können im Allgemeinen in verschiedene kommerzielle Batteriegestaltungen eingegliedert sein, wie z. B. prismatisch geformte Zellen, gewickelte zylindrische Zellen, Knopfzellen, Pouch-Zellen oder andere geeignete Zellenformen. Die Zellen können eine einzelne Elektrodenstruktur jeder Polarität oder eine gestapelte Struktur mit mehreren positiven Elektroden und negativen Elektroden, die in elektrischen Parallel- und/oder Reihenschaltungen zusammengefügt sind, umfassen. Insbesondere kann die Batterie einen Stapel von abwechselnden positiven Elektroden und negativen Elektroden mit dazwischen angeordneten Separatoren umfassen. Obwohl die positiven elektroaktiven Materialien in Batterien für die primäre oder einzelne Aufladungsverwendung verwendet werden können, weisen die resultierenden Batterien im Allgemeinen erwünschte Zyklisierungseigenschaften für die Sekundärbatterieverwendung über eine mehrfache Zyklisierung der Zellen auf.
  • Wie vorstehend angegeben, können die Größe und die Form der Batterie 20 in Abhängigkeit von der speziellen Anwendung, für die sie ausgelegt ist, variieren. Batteriebetriebene Fahrzeuge und in der Hand gehaltene elektronische Verbrauchervorrichtungen sind beispielsweise zwei Beispiele, in denen die Batterie 20 am wahrscheinlichsten auf eine unterschiedliche Größe, Kapazität und Leistungsausgabespezifikationen ausgelegt wäre. Die Batterie 20 kann auch mit anderen ähnlichen Lithium-Ionen-Zellen oder Lithium-Ionen-Batterien in Reihe oder parallel geschaltet werden, um eine größere Spannungsausgabe, Energie und Leistung zu erzeugen, wenn dies für die Lastvorrichtung 42 erforderlich ist. Folglich kann die Batterie 20 elektrischen Strom für eine Lastvorrichtung 42 erzeugen, die ein Teil der externen Schaltung 40 ist. Die Lastvorrichtung 42 kann durch den elektrischen Strom, der durch die externe Schaltung 40 hindurchgeht, betrieben werden, wenn sich die Batterie 20 entlädt. Während die elektrische Lastvorrichtung 42 irgendeine Anzahl von bekannten elektrisch betriebenen Vorrichtungen sein kann, umfassen einige spezielle Beispiele einen Elektromotor für ein elektrifiziertes Fahrzeug, einen Laptop-Computer, einen Tablet-Computer, ein Mobiltelefon und kabellose Elektrowerkzeuge oder Geräte. Die Lastvorrichtung 42 kann auch eine Elektrizitätserzeugungseinrichtung sein, die die Batterie 20 für Zwecke der Speicherung von elektrischer Energie auflädt.
  • Die vorliegende Technologie betrifft die Herstellung von verbesserten elektrochemische Zellen, insbesondere Lithium-Ionen-Batterien. In verschiedenen Fällen werden solche Zellen in Fahrzeug- oder Kraftfahrzeugtransportanwendungen (z. B. Motorrädern, Booten, Traktoren, Bussen, Motorrädern, Wohnmobilen, Wohnwagen und Tanks) verwendet. Die vorliegende Technologie kann jedoch in einer breiten Vielfalt von anderen Industrien und Anwendungen verwendet werden, einschließlich als Beispiel Luftfahrtkomponenten, Verbrauchergütern, Vorrichtungen, Gebäuden (z. B. Häusern, Büros, Schuppen und Warenhäusern), einer Büroausstattung und Büromöblierung und einer Industrieausrüstungsmaschinenanlage, einer landwirtschaftlichen oder Farmausrüstung oder Schwermaschinenanlage.
  • Elektrolyt
  • Mit erneutem Bezug auf 1 können die positive Elektrode 24, die negative Elektrode 22 und der Separator 26 jeweils eine Elektrolytlösung oder ein Elektrolytsystem 30 innerhalb ihrer Poren umfassen, das in der Lage ist, Lithiumionen zwischen der negativen Elektrode 22 und der positiven Elektrode 24 zu leiten. Irgendein geeigneter Elektrolyt 30, ob in fester, flüssiger oder Gelform, der in der Lage ist, Lithiumionen zwischen der negativen Elektrode 22 und der positiven Elektrode 24 zu leiten, kann in der Lithium-Ionen-Batterie 20 verwendet werden. In bestimmten Aspekten kann der Elektrolyt 30 eine nicht wässerige flüssige Elektrolytlösung sein, die ein Lithiumsalz umfasst, das in einem organischen Lösungsmittel oder einem Gemisch von organischen Lösungsmitteln gelöst ist. Zahlreiche nicht wässerige flüssige Lösungen eines Elektrolyten 30 können in der Lithium-Ionen-Batterie 20 verwendet werden. In bestimmten Variationen kann der Elektrolyt 30 ein wässeriges Lösungsmittel (d. h. ein Lösungsmittel auf Wasserbasis) oder ein Hybridlösungsmittel (z. B. ein organisches Lösungsmittel mit mindestens 1 Gewichts-% Wasser) umfassen.
  • Geeignete Lithiumsalze weisen im Allgemeinen inerte Anionen auf. Beispiele von Lithiumsalzen, die in einem organischen Lösungsmittel gelöst werden können, um die nicht wässerige flüssige Elektrolytlösung zu bilden, umfassen Lithiumhexafluorphosphat (LiPF6); Lithiumperchlorat (LiClO4); Lithiumtetrachloraluminat (LiAlCl4); Lithiumjodid (Lil); Lithiumbromid (LiBr); Lithiumthiocyanat (LiSCN); Lithiumtetrafluorborat (LiBF4); Lithiumdifluoroxalatoborat (LiBF2(C2O4)) (LiODFB), Lithiumtetraphenylborat (LiB(C6H5)4); Lithiumbis(oxalat)borat (LiB(C2O4)2) (LiBOB); Lithiumtetrafluoroxalatophosphat (LiPF4(C2O4)) (LiFOP), Lithiumnitrat (LiNO3), Lithiumhexafluorarsenat (LiAsF6); Lithiumtrifluormethansulfonat (LiCF3SO3); Lithiumbis(trifluormethansulfonimid) (LITFSI) (LiN(CF3SO2)2); Lithiumfluorsulfonylimid (LiN(FSO2)2) (LIFSI); und Kombinationen davon. In bestimmten Variationen kann der Elektrolyt 30 eine Konzentration von 1 M der Lithiumsalze umfassen.
  • Diese Lithiumsalze können in einer Vielfalt von organischen Lösungsmitteln gelöst werden, wie z. B. organischen Ethern oder organischen Carbonaten als Beispiel. Organische Ether können Dimethylether, Glyme (Glycoldimethylether oder Dimethoxyethan (DME, z. B. 1,2-Dimethoxyethan)), Diglyme (Diethylenglycoldimethylether oder Bis(2-methoxyethyl)ether), Triglyme (Tri(ethylenglycol)dimethylether), zusätzliche Kettenstrukturether, wie z. B. 1-2-Diethoxyethan, Ethoxymethoxyethan, 1 ,3-dimethoxypropan (DMP), cyclische Ether wie z. B. Tetrahydrofuran, 2-Methyltetrahydrofuran, und Kombinationen davon umfassen. In bestimmten Variationen ist die organische Etherverbindung aus der Gruppe ausgewählt, die aus Tetrahydrofuran, 2-Methyltetrahydrofuran, Dioxolan, Dimethoxyethan (DME), Diglyme (Diethylenglycoldimethylether), Triglyme (Tri(ethylenglycol)dimethylether), 1,3-Dimethoxypropan (DMP) und Kombinationen davon besteht. Lösungsmittel auf Carbonatbasis können verschiedene Alkylcarbonate wie z. B. cyclische Carbonate (z. B. Ethylencarbonat (EC), Propylencarbonat (PC), Butylencarbonat) und acyclische Carbonate (z. B. Dimethylcarbonat (DMC), Diethylcarbonat (DEC), Ethylmethylcarbonat (EMC)) umfassen. Lösungsmittel auf Etherbasis umfassen cyclische Ether (z. B. Tetrahydrofuran, 2-Methyltetrahydrofuran, 1,3-Dioxolan) und Kettenstrukturether (z. B. 1,2-Dimethoxyethan, 1-2-Diethoxyethan, Ethoxymethoxyethan).
  • In verschiedenen Ausführungsformen können geeignete Lösungsmittel zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen aus Propylencarbonat, Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat, Methylethylcarbonat, γ-Butyrolacton, Dimethylsulfoxid, Acetonitril, Nitromethan und Gemischen davon ausgewählt sein.
  • Wenn der Elektrolyt ein Festkörperelektrolyt ist, kann er eine Verbindung umfassen, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus LiTi2(PO4)3, LiGe2(PO4)3, Li7La3Zr2O12, Li3xLa2/3-xTiO3, Li3PO4, Li3N, Li4GeS4, Li10GeP2Si2, Li2S-P2S5, Li6PS5Cl, Li6PS5Br, Li6PS5I, Li3OCl, Li2,99Ba0,005ClO oder irgendeiner Kombination davon besteht.
  • Poröser Separator
  • Der poröse Separator 26 kann in bestimmten Variationen einen mikroporösen Polymerseparator mit einem Polyolefin umfassen, einschließlich jener, die aus einem Homopolymer (von einem einzelnen Monomerbestandteil abgeleitet) oder einem Heteropolymer (von mehr als einem Monomerbestandteil abgeleitet) bestehen, die entweder linear oder verzweigt sein können. In bestimmten Aspekten kann das Polyolefin Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) oder ein Gemisch von PE und PP oder mehrschichtige strukturierte poröse Filme aus PE und/oder PP sein. Kommerziell erhältliche Membranen eines porösen Polyolefinseparators 26 umfassen CELGARD® 2500 (ein einschichtiger Polypropylenseparator) und CELGARD® 2340 (ein dreischichtiger Polypropylen/Polyethylen/Polypropylen-Separator), die von Celgard LLC erhältlich sind.
  • Wenn der poröse Separator 26 ein mikroporöser Polymerseparator ist, kann er eine einzelne Schicht oder ein mehrschichtiges Laminat sein. In einer Ausführungsform kann beispielsweise eine einzelne Schicht des Polyolefins den gesamten mikroporösen Polymerseparator 26 bilden. In anderen Aspekten kann der Separator 26 eine faserförmige Membran mit einem Überfluss an Poren sein, die sich zwischen den gegenüberliegenden Oberflächen erstrecken, und kann eine Dicke von beispielsweise weniger als einem Millimeter aufweisen. Als anderes Beispiel können jedoch mehrere diskrete Schichten von ähnlichen oder unterschiedlichen Polyolefinen zusammengefügt werden, um den mikroporösen Polymerseparator 26 auszubilden. Der mikroporöse Polymerseparator 26 kann auch andere Polymere alternativ oder zusätzlich zu dem Polyolefin umfassen, wie z. B., jedoch nicht begrenzt auf Polyethylenterephthalat (PET), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polyamid (Nylons), Polyurethane, Polycarbonate, Polyester, Polyetheretherketone (PEEK), Polyethersulfone (PES), Polyimide (PI), Polyamid-imide, Polyether, Polyoxymethylen (z. B. Acetal), Polybutylenterephthalat, Polyethylennaphthenat, Polybuten, Polymethylpenten, Polyolefin-Copolymere, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere (ABS), Polystyrol-Copolymere, Polymethylmethacrylat (PMMA), Polysiloxan-Polymere (z. B. Polydimethylsiloxan (PDMS)), Polybenzimidazol (PBI), Polybenzoxazol (PBO), Polyphenylene, Polyarylenetherketone, Polyperfluorcyclobutane, Polyvinylidenfluorid-Copolymere (z. B. PVDF - Hexafluorpropylen oder (PVDF-HFP)), und Polyvinylidenfluorid-Terpolymere, Polyvinylfluorid, flüssige kristalline Polymere (z. B. VECTRANTM (Hoechst AG, Deutschland) und ZENITEO (DuPont, Wilmington, DE)), Polyaramide, Polyphenylenoxid, Cellulosematerialien, mesoporöses Siliziumdioxid oder eine Kombination davon.
  • Ferner kann der poröse Separator 26 mit einem keramischen Material vermischt sein oder seine Oberfläche kann in einem keramischen Material beschichtet sein. Eine keramische Beschichtung kann beispielsweise Aluminiumoxid (Al2O3), Siliziumdioxid (SiO2) oder Kombinationen davon umfassen. Verschiedene kommerziell erhältliche Polymere und kommerzielle Produkte zum Ausbilden des Separators 26 werden in Betracht gezogen, ebenso wie die vielen Herstellungsverfahren, die verwendet werden können, um einen mikroporösen Polymerseparator 26 zu erzeugen.
  • Festkörperelektrolyt
  • In verschiedenen Aspekten können der poröse Separator 26 und der Elektrolyt 30 durch einen Festkörperelektrolyten (SSE) ersetzt werden, der sowohl als Elektrolyt als auch als Separator fungiert. Der SSE kann zwischen einer positiven Elektrode und einer negativen Elektrode angeordnet sein. Der SSE erleichtert die Übertragung von Lithiumionen, während er die negative und die positive Elektrode 22, 24 mechanisch trennt und eine elektrische Isolation zwischen ihnen bereitstellt. Als Beispiel können SSEs LiTi2(PO4)3, LiGe2(PO4)3, Li7La3Zr2O12, Li3xLa2/3-xTiO3, Li3PO4, Li3N, Li4GeS4, Li10GeP2Si2, Li2S-P2S5, Li6PS5Cl, Li6PS5Br, Li6PS5I, Li3OCl, Li2,99 Ba0,005ClO, Polymere auf der Basis von Polyethylenoxid (PEO), Polycarbonate, Polyester, Polynitrile (z. B. Polyacrylnitril (PAN)), Polyalkohole (z. B. Polyvinylalkohol (PVA)), Polyamine (z. B. Polyethylenimin (PEI)), Polysiloxan (z. B. Polydimethylsiloxan (PDMS)) und Fluorpolymere (z. B. Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polyvinylidenfluorid-hexafluorpropylen (PVDF-HFP)), Biopolymere wie Lignin, Chitosan und Cellulose und beliebige Kombinationen davon umfassen.
  • Stromabnehmer
  • Die negative und die positive Elektrode 22, 24 sind im Allgemeinen dem jeweiligen Stromabnehmer 32, 34 der negativen und der positiven Elektrode zugeordnet, um den Fluss von Elektronen zwischen der Elektrode und der externen Schaltung 40 zu erleichtern. Die Stromabnehmer 32, 34 sind elektrisch leitfähig und können Metall wie z. B. eine Metallfolie oder ein Metallgitter oder ein Metallsieb oder Streckmetall umfassen. Streckmetallstromabnehmer beziehen sich auf Metallgitter mit einer größeren Dicke, so dass eine größere Menge an elektroaktivem Material innerhalb des Metallgitters angeordnet ist. Als Beispiel umfassen elektrisch leitfähige Materialien Kupfer, Nickel, Aluminium, Edelstahl, Titan, Legierungen davon oder Kombinationen davon.
  • Der Stromabnehmer 34 der positiven Elektrode kann aus Aluminium oder irgendeinem anderen geeigneten elektrisch leitfähigen Material, das dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt ist, ausgebildet sein. Der Stromabnehmer 32 der negativen Elektrode kann aus Kupfer oder irgendeinem anderen geeigneten elektrisch leitfähigen Material, das dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt ist, ausgebildet sein. Stromabnehmer der negativen Elektrode umfassen typischerweise kein Aluminium, da Aluminium mit Lithium reagiert, wodurch eine große Volumenexpansion und Volumenkontraktion verursacht werden. Die drastischen Volumenänderungen können zu einem Bruch und/oder zur Pulverisierung des Stromabnehmers führen.
  • Positive & negative Elektroden
  • Die positive Elektrode 24 kann aus einem aktiven Material auf Lithiumbasis ausgebildet sein oder dieses umfassen, das einer Lithiuminterkalation und Lithiumdeinterkalation, Legierung und Ablegierung oder Plattierung und Ablösung unterzogen werden kann, während es als positiver Anschluss der Lithium-Ionen-Batterie 20 fungiert. Die positive Elektrode 24 kann ein positives elektroaktives Material umfassen. Positive elektroaktive Materialien können ein oder mehrere Übergangsmetallkationen, wie z. B. Mangan (Mn), Nickel (Ni), Kobalt (Co), Chrom (Cr), Eisen (Fe), Vanadium (V) und Kombinationen davon, umfassen. In bestimmten Variationen ist jedoch die positive Elektrode 24 von ausgewählten Metallkationen wie z. B. Nickel (Ni) und Kobalt (Co) im Wesentlichen frei. Materialien der positiven Elektrode (auch als „positive elektroaktive Materialien“ bezeichnet) werden nachstehend in der Erörterung, die 4 begleitet, genauer beschrieben.
  • Die negative Elektrode 22 kann ein negatives elektroaktives Material als Lithiumwirtsmaterial umfassen, das in der Lage ist, als negativer Anschluss der Lithium-Ionen-Batterie 20 zu fungieren. Übliche negative elektroaktive Materialien umfassen Lithiumeinschlussmaterialien oder Legierungswirtsmaterialien. Negative Elektrodenmaterialien (auch als „negative elektroaktive Materialien“ bezeichnet) werden nachstehend in der Erörterung, die 4 begleitet, genauer beschrieben.
  • In bestimmten Aspekten umfasst die negative Elektrode 22 metallisches Lithium und die negative Elektrode 22 ist eine Lithiummetallelektrode (LME). Die Lithium-Ionen-Batterie 20 kann eine Lithiummetallbatterie oder Lithiummetallzelle sein. Metallisches Lithium für die Verwendung in der negativen Elektrode einer wiederaufladbaren Batterie weist verschiedene potentielle Vorteile auf, einschließlich dessen, dass es die höchste theoretische Kapazität und das niedrigste elektrochemische Potential aufweist. Folglich können Batterien, die Lithiummetallanoden beinhalten, eine höhere Energiedichte aufweisen, die die Speicherkapazität potentiell verdoppeln kann, so dass die Batterie die halbe Größe aufweisen kann, aber dennoch dieselbe Menge an Zeit wie andere Lithium-Ionen-Batterien besteht.
  • Dicke Elektroden
  • Wie hier verwendet, ist eine „dicke Elektrode“ eine Elektrode (d. h. eine einseitige Elektrode oder eine Seite einer doppelseitigen Elektrode) mit einer Dicke von mehr als oder gleich etwa 100 µm und einer Flächenkapazität von mehr als oder gleich etwa 5 mAh/cm2. Die Verwendung von dicken Elektroden in elektrochemischen Zellen kann erwünscht sein, um die gesamte Zellenenergiedichte zu erhöhen, wie vorstehend beschrieben. Die Leistungsfähigkeit von dicken Elektroden kann jedoch behindert werden, wenn die Elektrode bestimmte Bindemittel umfasst. Einige Bindemittel beschichten beispielsweise alles oder einen Abschnitt von Oberflächen von Partikeln aus elektroaktivem Material, wodurch Lithiumionendurchgänge zwischen dem elektroaktiven Material und einem Elektrolyten behindert werden. Dies kann zu einer begrenzten C-Raten-Fähigkeit führen. Außerdem können bestimmte Bindemittel physiochemischen Eigenschaftsänderungen während der Lösungsmittelverdampfung unterzogen werden, was zu einer Verringerung der Partikel/Partikel- und Partikel/Stromabnehmer-Haftung in der Elektrode führt. Dies kann zu einer Delaminierung führen.
  • In verschiedenen Aspekten schafft die vorliegende Offenbarung eine Elektrode mit einem Polymerbindemittelnetz. Das Polymerbindemittelnetz umfasst mehrere Fasern. Die Fasern können im Allgemeinen sich wiederholende Einheiten oder Segmente mit einer hohlen, im Wesentlichen zylindrischen Form umfassen. In bestimmten Aspekten können die Fasern als Fasern „vom Bambustyp“ bezeichnet werden. Für jede Einheit kann eine Wand der im Wesentlichen zylindrischen Form mehrere Perlen oder Punkte und mehrere Filamente, die sich von zumindest einem Abschnitt der Perlen erstrecken, umfassen. Das Polymerbindemittelnetz ist elastisch und robust. Die Fasern des Bindemittels stellen Punkt- oder Linienkontakte (im Gegensatz zu einer Oberflächenbeschichtung) mit einer Oberfläche des elektroaktiven Materials her, während sie den Fluss von Lithiumionen zwischen der Oberfläche des elektroaktiven Materials und dem Elektrolyten ermöglichen. Die Verwendung des Polymerbindemittelnetzes mit den Fasern vom Bambustyp kann dicke Elektroden mit erhöhter Lebensdauer und Leistungsfähigkeit im Vergleich zu Elektroden mit herkömmlichen Bindemitteln schaffen und eine Zyklisierung der Elektrode in einer elektrochemischen Zelle mit hoher C-Rate ermöglichen.
  • Mit Bezug auf 2 wird eine Elektrodenkomponente 200 gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung geschaffen. Die Elektrodenkomponente 200 umfasst einen Stromabnehmer 202, zwei elektroaktive Schichten 204 (auch als „Elektroden“ bezeichnet) und zwei elektrisch leitfähige Klebstoffschichten 206, die jeweils zwischen dem Stromabnehmer 202 und jeder der elektroaktiven Schichten 204 angeordnet sind. Obwohl die Elektrodenkomponente 200 doppelseitig ist, schafft die vorliegende Offenbarung auch einseitige Elektrodenkomponenten (z. B. eine einzelne elektroaktive Schicht, die mit einer Seite eines Stromabnehmers durch eine einzelne Schicht aus elektrisch leitfähigem Klebstoff gekoppelt ist) und Elektroden, die nicht mit Stromabnehmern gekoppelt sind (z. B. eine einzelne elektroaktive Schicht).
  • Jede der elektroaktiven Schichten 204 kann eine dicke Elektrode sein. In bestimmten Aspekten kann jede der elektroaktiven Schichten 204 eine erste Dicke 210 von mehr als oder gleich etwa 100 µm, wahlweise mehr als oder gleich etwa 150 µm, wahlweise mehr als oder gleich etwa 200 µm, wahlweise mehr als oder gleich etwa 300 µm, wahlweise mehr als oder gleich etwa 400 µm, wahlweise mehr als oder gleich etwa 500 µm, wahlweise mehr als oder gleich etwa 750 µm, wahlweise mehr als oder gleich etwa 1 mm, wahlweise mehr als oder gleich etwa 1,25 mm, wahlweise mehr als oder gleich etwa 1,5 mm oder wahlweise mehr als oder gleich etwa 1,75 mm definieren. Die erste Dicke 210 kann geringer als oder gleich etwa 2 mm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 1,75 mm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 1,5 mm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 1,25 mm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 1 mm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 750 µm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 500 µm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 400 µm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 300 µm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 200 µm sein. In bestimmten Aspekten kann die erste Dicke 210 als Beispiel größer als oder gleich etwa 100 µm bis geringer als oder gleich etwa 2 mm, oder wahlweise größer als oder gleich etwa 150 µm bis geringer als oder gleich etwa 500 µm sein. In bestimmten Aspekten kann die erste Dicke 210 um etwa 5 % über die elektroaktive Schicht 204 variieren.
  • Die elektroaktive Schicht 204 kann eine Porosität von mehr als oder gleich etwa 25 Volumenprozent, wahlweise mehr als oder gleich etwa 30 Volumenprozent, wahlweise mehr als oder gleich etwa 35 Volumenprozent, wahlweise mehr als oder gleich etwa 40 Volumenprozent, wahlweise mehr als oder gleich etwa 45 Volumenprozent, wahlweise mehr als oder gleich etwa 50 Volumenprozent, wahlweise mehr als oder gleich etwa 55 Volumenprozent definieren. Die Porosität kann geringer als oder gleich etwa 60 Volumenprozent, wahlweise geringer als oder gleich etwa 55 Volumenprozent, wahlweise geringer als oder gleich etwa 50 Volumenprozent, wahlweise geringer als oder gleich etwa 45 Volumenprozent, wahlweise geringer als oder gleich etwa 40 Volumenprozent, wahlweise geringer als oder gleich etwa 35 Volumenprozent oder wahlweise geringer als oder gleich etwa 30 Volumenprozent sein. In bestimmten Aspekten kann die Porosität als Beispiel mehr als oder gleich etwa 25 Volumen bis weniger als oder gleich etwa 45 Volumenprozent sein.
  • Der Stromabnehmer 202 kann ein elektrisch leitfähiges Material umfassen. Der Stromabnehmer 202 kann in einer Form einer Folie oder eines Films, wie gezeigt, oder eines Geflechts (siehe z. B. 3) als Beispiel vorliegen. Das elektrisch leitfähige Material kann ein Metall, ein Material auf Kohlenstoffbasis, ein Material auf organischer Basis oder eine Kombination davon als Beispiel umfassen. In bestimmten Aspekten kann der Stromabnehmer 202 ein elektrisch leitfähiges Material wie z. B. die vorstehend in der Erörterung von 1 beschriebenen umfassen. Der Stromabnehmer 202 kann eine zweite Dicke 220 definieren. Die zweite Dicke 220 kann größer als oder gleich etwa 4 µm, wahlweise größer als oder gleich etwa 6 µm, wahlweise größer als oder gleich etwa 10 µm, wahlweise größer als oder gleich etwa 15 µm, wahlweise größer als oder gleich etwa 20 µm oder wahlweise größer als oder gleich etwa 25 µm sein. Die zweite Dicke 220 kann geringer als oder gleich etwa 30 µm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 25 µm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 20 µm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 15 µm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 10 µm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 8 µm oder wahlweise geringer als oder gleich etwa 6 µm sein. In einem Beispiel kann die zweite Dicke 220 größer als oder gleich etwa 4 µm bis geringer als oder gleich etwa 30 µm, wahlweise größer als oder gleich etwa 6 µm bis geringer als oder gleich etwa 15 µm oder wahlweise etwa 23 µm sein.
  • Die elektrisch leitfähige Klebstoffschicht 206 kann einen leitfähigen Füllstoff und ein Polymer umfassen. Ein Massenverhältnis des leitfähigen Füllstoffs zum Polymer kann größer als oder gleich etwa 0,001, wahlweise größer als oder gleich etwa 0,01, wahlweise größer als oder gleich etwa 0,05, wahlweise größer als oder gleich etwa 0,1, wahlweise größer als oder gleich etwa 0,2, wahlweise größer als oder gleich etwa 0,3 oder wahlweise größer als oder gleich etwa 0,4 sein. Das Massenverhältnis kann geringer als oder gleich etwa 0,5, wahlweise geringer als oder gleich etwa 0,4, wahlweise geringer als oder gleich etwa 0,3, wahlweise geringer als oder gleich etwa 0,2, wahlweise geringer als oder gleich etwa 0,1, wahlweise geringer als oder gleich etwa 0,05 oder wahlweise geringer als oder gleich etwa 0,01 sein. In bestimmten Aspekten kann das Massenverhältnis größer als oder gleich etwa 0,001 bis geringer als oder gleich etwa 0,5 sein.
  • Der leitfähige Füllstoff umfasst ein elektrisch leitfähiges Material. Das elektrisch leitfähige Material kann ein Material auf Kohlenstoffbasis, ein Metall oder eine Kombination davon umfassen. In bestimmten Aspekten können Materialien auf Kohlenstoffbasis Ruß (z. B. SUPER P, hergestellt von TIMCAL Belgien), Graphen, Kohlenstoffnanoröhren (CNT), Kohlenstoffnanofasern oder eine Kombination davon als Beispiel umfassen. In bestimmten Aspekten können Metallmaterialien Silber, Nickel, Aluminium, eine Legierung davon oder eine Kombination davon als Beispiel umfassen. Das Polymer kann gegen Lösungsmittel beständig sein und gute Hafteigenschaften aufweisen. In bestimmten Aspekten kann das Polymer Epoxid, Polyimid (PI), Polyester, Vinylester, Polyacrylsäure (PAA), ein oder mehrere thermoplastische Polymere (z. B. Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polyamid, Silikon, Acryl) oder Kombinationen davon als Beispiel umfassen.
  • Die elektrisch leitfähige Klebstoffschicht 206 definiert eine dritte Dicke 230. In bestimmten Aspekten ist die dritte Dicke 230 größer als oder gleich etwa 0,5 µm, wahlweise größer als oder gleich etwa 1 µm, wahlweise größer als oder gleich etwa 5 µm, wahlweise größer als oder gleich etwa 10 µm oder wahlweise größer als oder gleich etwa 15 µm. Die dritte Dicke 230 kann geringer als oder gleich etwa 20 µm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 15 µm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 10 µm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 5 µm oder wahlweise geringer als oder gleich etwa 1 µm sein. In bestimmten Aspekten ist die dritte Dicke 230 als Beispiel größer als oder gleich etwa 0,5 µm bis geringer als oder gleich etwa 20 µm. In einem Beispiel umfasst die elektrisch leitfähige Klebstoffschicht 206 einen elektrisch leitfähigen Füllstoff, einschließlich „SUPER P“-Ruß, und ein Polymer mit PAA in einem Massenverhältnis von etwa 1/3. In einem anderen Beispiel umfasst die elektrisch leitfähige Klebstoffschicht 206 einen elektrisch leitfähigen Füllstoff mit einwandigen Kohlenstoffnanoröhren SWCNT und ein Polymer mit PVDF in einem Massenverhältnis von etwa 0,002.
  • Jede der elektroaktiven Schichten 204 kann eine Flächenkapazität von mehr als oder gleich etwa 4 mAh/cm2, wahlweise mehr als oder gleich etwa 5 mAh/cm2, wahlweise mehr als oder gleich etwa 10 mAh/cm2, wahlweise mehr als oder gleich etwa 15 mAh/cm2, wahlweise mehr als oder gleich etwa 20 mAh/cm2, wahlweise mehr als oder gleich etwa 25 mAh/cm2, wahlweise mehr als oder gleich etwa 30 mAh/cm2, wahlweise mehr als oder gleich etwa 35 mAh/cm2, wahlweise mehr als oder gleich etwa 40 mAh/cm2 oder wahlweise mehr als oder gleich etwa 45 mAh/cm2 aufweisen. Die Flächenkapazität kann geringer als oder gleich etwa 50 mAh/cm2, wahlweise geringer als oder gleich etwa 45 mAh/cm2, wahlweise geringer als oder gleich etwa 40 mAh/cm2, wahlweise geringer als oder gleich etwa 35 mAh/cm2, wahlweise geringer als oder gleich etwa 30 mAh/cm2, wahlweise geringer als oder gleich etwa 25 mAh/cm2, wahlweise geringer als oder gleich etwa 20 mAh/cm2, wahlweise geringer als oder gleich etwa 15 mAh/cm2 oder wahlweise geringer als oder gleich etwa 10 mAh/cm2 sein. In bestimmten Aspekten kann die Flächenkapazität größer als oder gleich etwa 5 mAh/cm2 bis geringer als oder gleich etwa 50 mAh/cm2, wahlweise etwa 5 mAh/cm2 bis geringer als oder gleich etwa 10 mAh/cm2 sein. Die Flächenkapazität kann um etwa 5 % über die elektroaktive Schicht 200 variieren.
  • Eine Pressdichte (oder Elektrodendichte) ist als Volumenmassendichte von Elektrodenmaterial (z. B. der Mischung von elektroaktivem Material, Bindemittel und leitfähigem Additiv) in der Elektrode definiert. In bestimmten Aspekten kann die Pressdichte von jeder der elektroaktiven Schichten 204 im Allgemeinen größer als oder gleich etwa 1 g/cm3 bis geringer als oder gleich etwa 4 g/cm3 sein. Eine Variation der Pressdichte kann etwa 3 % sein. In bestimmten Aspekten ist die elektroaktive Schicht 204 eine positive elektroaktive Schicht und die Pressdichte ist größer als oder gleich etwa 2 g/cm3 bis geringer als oder gleich etwa 4 g/cm3 oder wahlweise größer als oder gleich etwa 3,3 g/cm3 bis geringer als oder gleich etwa 3,7 g/cm3. In bestimmten Aspekten ist die elektroaktive Schicht 204 eine negative elektroaktive Schicht und die Pressdichte ist größer als oder gleich etwa 1 g/cm3 bis geringer als oder gleich etwa 3 g/cm3 oder wahlweise größer als oder gleich etwa 1,4 g/cm3 bis geringer als oder gleich etwa 2 g/cm3.
  • Mit Bezug auf 3 wird eine andere Elektrodenkomponente 300 gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung geschaffen. Die Elektrodenkomponente 300 umfasst einen Stromabnehmer 302 und zwei elektroaktive Schichten 304 auf gegenüberliegenden Seiten des Stromabnehmers 302. Die elektroaktiven Schichten 304 können dieselben wie die elektroaktiven Schichten 204 von 2 sein. In bestimmten Aspekten kann die Elektrodenkomponente 300 von einem elektrisch leitfähigen Klebstoff frei sein, so dass die elektroaktiven Schichten 304 mit dem Stromabnehmer 302 in direktem Kontakt stehen. Der Stromabnehmer 302 kann derselbe wie der Stromabnehmer 202 von 2 sein, außer wie nachstehend beschrieben.
  • Der Stromabnehmer 302 kann porös oder ein Geflecht sein. Der Stromabnehmer 302 kann eine Porosität von mehr als oder gleich etwa 0,01 Volumenprozent, wahlweise mehr als oder gleich etwa 0,1 Volumenprozent, wahlweise mehr als oder gleich etwa 1 Volumenprozent, wahlweise mehr als oder gleich etwa 5 Volumenprozent, wahlweise mehr als oder gleich etwa 10 Volumenprozent, wahlweise mehr als oder gleich etwa 15 Volumenprozent, wahlweise mehr als oder gleich etwa 20 Volumenprozent, wahlweise mehr als oder gleich etwa 25 Volumenprozent, wahlweise mehr als oder gleich etwa 30 Volumenprozent, wahlweise mehr als oder gleich etwa 35 Volumenprozent, wahlweise mehr als oder gleich etwa 40 Volumenprozent oder wahlweise mehr als oder gleich etwa 45 Volumenprozent definieren. Die Porosität kann geringer als oder gleich etwa 50 Volumenprozent, wahlweise geringer als oder gleich etwa 45 Volumenprozent, wahlweise geringer als oder gleich etwa 40 Volumenprozent, wahlweise geringer als oder gleich etwa 35 Volumenprozent, wahlweise geringer als oder gleich etwa 30 Volumenprozent, wahlweise geringer als oder gleich etwa 25 Volumenprozent, wahlweise geringer als oder gleich etwa 20 Volumenprozent, wahlweise geringer als oder gleich etwa 15 Volumenprozent, wahlweise geringer als oder gleich etwa 10 Volumenprozent, wahlweise geringer als oder gleich etwa 5 Volumenprozent, wahlweise geringer als oder gleich etwa 1 Volumenprozent oder wahlweise geringer als oder gleich etwa 0,1 Volumenprozent sein. In bestimmten Aspekten ist die Porosität als Beispiel größer als oder gleich etwa 0,01 Volumenprozent bis geringer als oder gleich etwa 50 Volumenprozent.
  • Der Stromabnehmer 302 kann eine mittlere Porengröße von mehr als oder gleich etwa 5 µm, wahlweise mehr als oder gleich etwa 10 µm, wahlweise mehr als oder gleich etwa 25 µm, wahlweise mehr als oder gleich etwa 50 µm, wahlweise mehr als oder gleich etwa 100 µm, wahlweise mehr als oder gleich etwa 150 µm, wahlweise mehr als oder gleich etwa 200 µm, wahlweise mehr als oder gleich etwa 250 µm, wahlweise mehr als oder gleich etwa 300 µm, wahlweise mehr als oder gleich etwa 350 µm, wahlweise mehr als oder gleich etwa 400 µm oder wahlweise mehr als oder gleich etwa 450 µm definieren. Die Porengröße kann geringer als oder gleich etwa 500 µm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 450 µm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 400 µm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 350 µm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 300 µm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 250 µm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 200 µm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 150 µm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 100 µm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 50 µm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 25 µm oder wahlweise geringer als oder gleich etwa 10 µm sein. In bestimmten Aspekten ist die Porengröße als Beispiel größer als oder gleich etwa 5 µm bis geringer als oder gleich etwa 500 µm.
  • Mit Bezug auf 4 wird ein Abschnitt einer elektroaktiven Schicht 400 gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung geschaffen. Die elektroaktive Schicht 400 kann dieselbe wie oder ähnlich zu der elektroaktiven Schicht 204 von 2 und/oder der elektroaktiven Schicht 304 von 3 sein. Die elektroaktive Schicht 400 umfasst mehrere Partikel 402 aus elektroaktivem Material, mehrere elektrisch leitfähige Partikel 404 und ein Polymerbindemittelnetz 406. In bestimmten Aspekten kann eine elektroaktive Schicht 400 die Partikel 402 aus elektroaktivem Material und das Polymerbindemittelnetz 406 umfassen, aber von einem elektrisch leitfähigen Material im Wesentlichen frei sein.
  • Elektroaktives Material
  • Die elektroaktive Schicht 400 kann die Partikel 402 aus elektroaktivem Material in einer Menge von mehr als oder gleich etwa 80 Gewichtsprozent, wahlweise mehr als oder gleich etwa 85 Gewichtsprozent, wahlweise mehr als oder gleich etwa 90 Gewichtsprozent oder wahlweise mehr als oder gleich etwa 96 Gewichtsprozent umfassen. Die elektroaktive Schicht 400 kann die Partikel 402 aus elektroaktivem Material in einer Menge von weniger als oder gleich etwa 98 Gewichtsprozent, wahlweise weniger als oder gleich etwa 96 Gewichtsprozent, wahlweise weniger als oder gleich etwa 90 Gewichtsprozent oder wahlweise weniger als oder gleich etwa 85 Gewichtsprozent umfassen. In bestimmten Aspekten kann die elektroaktive Schicht 400 die Partikel 402 aus elektroaktivem Material als Beispiel in einer Menge von mehr als oder gleich etwa 80 Gewichtsprozent bis weniger als oder gleich etwa 98 Gewichtsprozent umfassen.
  • Die Partikel 402 aus elektroaktivem Material können ein positives elektroaktives Material (auch als „Kathodenmaterial“ bezeichnet) oder ein negatives elektroaktives Material (auch als „Anodenmaterial“ bezeichnet) umfassen.
  • In bestimmten Aspekten sind die positiven elektroaktiven Materialien aus einer Olivin-Verbindung, einem Steinsalz, einem kobaltfreien Schichtoxid, einem Steinsalzschichtoxid, einem Spinell, einem Tavorit, einem Borat, einem Silikat, einer organischen Verbindung, anderen Typen von positiven Elektrodenmaterialien oder irgendeiner Kombination davon ausgewählt. Die Olivin-Verbindung kann LiV2(PO4)3, LiFePO4 (LFP), LiCoPO4, und/oder ein Lithiummanganeisenphosphat (LMFP) als Beispiel umfassen. LMFPs können als Beispiel LiMnFePO4 und/oder LiMnxFe1- xPO4 umfassen, wobei 0 ≤ x ≤ 1. Beispiele von LiMnxFe1-xPO4, wobei 0 ≤ x ≤ 1, umfassen als Beispiel LiMn0,7Fe0,3PO4, LiMn0,6Fe0,4PO4, LiMn0,8Fe0,2PO4 und LiMn0,75Fe0,25PO4. Das kobaltfreie Steinsalzschichtoxid kann LiNixMn1-xO2 (z. B. LiNi0,75Mn0,25O2 NM75) und/oder LiNixMnyAl1-x-yO2 (z. B. LiNi0,94Mn0,04Al0,02O2 NMA) als Beispiel umfassen. Das Steinsalzschichtoxid kann LiNixMnyCo1-x-yO2, Li-NixMn1-xO2, Li1+xMO2, (z. B. LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2 und/oder LiNi0,5Mn0,5O2), ein Lithiumnickelmangankobaltoxid (NMC) (z. B. NMC 111, NMC 523, NMC 622, NMC 721 und/oder NMC 811), ein Lithiumnickelmangankobaltaluminiumoxid (NMCA) und/oder ein Lithiumnickelkobaltaluminiumoxid (NCA) als Beispiel umfassen. Der Spinell kann LiMn2O4 und/oder LiNi0,5Mn1,5O4 als Beispiel umfassen. Die Tavorit-Verbindung kann LiVPO4F als Beispiel umfassen. Die Boratverbindung kann LiFeBO3, LiCoBO3 und/oder LiMnBO3 als Beispiel umfassen. Die Silikatverbindung kann Li2FeSiO4, Li2MnSiO4 und/oder LiMnSiO4F als Beispiel umfassen. Die organische Verbindung kann Dilithium(2,5-dilithiooxy)terephthalat (wie in Steven Renault, Sebastien Gottis, Anne-Lise Barres, Matthieu Courty, Oliver Chauvet, Franck Dolhem und Philippe Poizot, A Green Li-Organic Battery Working as a Fuel Cell in Case of Emergency, ELEC. SUPPLEMENTARY INFO. FOR ENERGY & ENVTL. Scl. (2013), beschrieben, das durch den Hinweis in seiner Gesamtheit hier aufgenommen wird) und/oder Polyimid als Beispiel umfassen. Ein Beispiel eines anderen Typs von positivem elektroaktivem Material ist ein Schwefel enthaltendes Material wie z. B. Schwefel.
  • Einige positive elektroaktive Materialien wie z. B. Olivin-Verbindungen, Steinsalz, kobaltfreie Schichtoxide, Steinsalzschichtoxide und/oder Spinelle können beschichtet und/oder dotiert sein. Dotierungsmaterialien können Magnesium (Mg), Aluminium (Al), Yttrium (Y), Scandium (Sc) und dergleichen umfassen. In bestimmten Aspekten kann ein positives elektroaktives Material mit einer LMFP-Verbindung mit etwa 10 Gewichts-% von einem oder mehreren Dotierungsmaterialien dotiert sein.
  • In bestimmten Aspekten sind die negativen elektroaktiven Materialien aus einem kohlenstoffhaltigen Material (z. B. CNTs, Graphit und/oder Graphen), einem Lithium enthaltenden Material (z. B. Lithium und/oder einer Lithiumlegierung), einem Zinn enthaltenden Material (z. B. Zinn und/oder einer Zinnlegierung), einem Lithiumtitanoxid (z. B. Li4Ti5O12), einem Metalloxid (z. B. V2O5, SnO2 und/oder Co3O4), einem Metallsulfid (z. B. FeS), einem Silizium enthaltenden Material (z. B. Silizium, Siliziumoxid, einer Siliziumlegierung, Silizium-Graphit, Siliziumoxidgraphit und/oder Siliziumlegierungsgraphit, von denen beliebige wahlweise lithiiert sein können) oder irgendeiner Kombination davon ausgewählt.
  • Elektrisch leitfähiges Material
  • Die elektroaktive Schicht 400 kann das elektrisch leitfähige Material 404 in einer Menge von mehr als oder gleich etwa 0,5 Gewichtsprozent, wahlweise mehr als oder gleich etwa 1 Gewichtsprozent, wahlweise mehr als oder gleich etwa 5 Gewichtsprozent oder wahlweise mehr als oder gleich etwa 10 Gewichtsprozent umfassen. Die elektroaktive Schicht 400 kann das elektrisch leitfähige Material 404 in einer Menge von weniger als oder gleich etwa 15 Gewichtsprozent, wahlweise weniger als oder gleich etwa 10 Gewichtsprozent, wahlweise weniger als oder gleich etwa 5 Gewichtsprozent oder wahlweise weniger als oder gleich etwa 1 Gewichtsprozent umfassen. In bestimmten Aspekten kann die elektroaktive Schicht 400 das elektrisch leitfähige Material 404 in einer Menge von mehr als oder gleich etwa 0,5 Gewichtsprozent bis weniger als oder gleich etwa 15 Gewichtsprozent als Beispiel umfassen.
  • Das elektrisch leitfähige Material 404 kann irgendeines der elektrisch leitfähigen Materialien umfassen, die in der Erörterung beschrieben sind, die 1 begleitet. Zusätzlich oder alternativ kann das elektrisch leitfähige Material 404 in bestimmten Aspekten ein Material auf Kohlenstoffbasis, ein Metall (z. B. einen Metalldraht), ein Metalloxid oder irgendeine Kombination davon umfassen. Materialien auf Kohlenstoffbasis können Ruß (z. B. „SUPER P“-Ruß, der durch TIMCAL Belgien hergestellt wird, und/oder einen KETJENBLACK-Ruß), Graphen, Kohlenstoffnanoröhren (CNT), Kohlenstoffnanofasern oder eine Kombination davon als Beispiel umfassen. In bestimmten Aspekten können Metallmaterialien Silber, Nickel, Aluminium, eine Legierung davon oder eine Kombination davon als Beispiel umfassen. Das Metalloxid kann ein einfaches Oxid, wie z. B. RuO2, SnO2, ZnO und/oder Ge2O3, ein supraleitfähiges Oxid, wie z. B. YBa2Cu3O7 und/oder La0,75Ca0,25MnO3, oder eine Kombination davon als Beispiel umfassen.
  • Polymerbindemittelnetz
  • Die elektroaktive Schicht 400 kann das Polymerbindemittelnetz (d. h. das Polymer des Polymerbindemittelnetzes 406) in einer Menge von mehr als oder gleich etwa 0,3 Gewichtsprozent, wahlweise mehr als oder gleich etwa 0,5 Gewichtsprozent, wahlweise mehr als oder gleich etwa 8 Gewichtsprozent, wahlweise mehr als oder gleich etwa 0,75 Gewichtsprozent, wahlweise mehr als oder gleich etwa 1 Gewichtsprozent, wahlweise mehr als oder gleich etwa 2 Gewichtsprozent, wahlweise mehr als oder gleich etwa 5 Gewichtsprozent oder wahlweise mehr als oder gleich etwa 8 Gewichtsprozent umfassen. Die elektroaktive Schicht 400 kann das Polymerbindemittelnetz in einer Menge von weniger als oder gleich etwa 10 Gewichtsprozent, wahlweise weniger als oder gleich etwa 8 Gewichtsprozent, wahlweise weniger als oder gleich etwa 5 Gewichtsprozent, wahlweise weniger als oder gleich etwa 2 Gewichtsprozent, wahlweise weniger als oder gleich etwa 1 Gewichtsprozent oder wahlweise weniger als oder gleich etwa 0,75 Gewichtsprozent umfassen. In bestimmten Aspekten kann die elektroaktive Schicht 400 das Polymerbindemittelnetz 406 in einer Menge von mehr als oder gleich etwa 0,3 Gewichtsprozent bis weniger als oder gleich etwa 10 Gewichtsprozent oder wahlweise mehr als oder gleich etwa 0,75 Gewichtsprozent bis weniger als oder gleich etwa 2 Gewichtsprozent als Beispiel umfassen.
  • Das Polymerbindemittelnetz 406 umfasst ein Polymer. Das Polymer kann elastisch und robust sein. In bestimmten Aspekten umfasst das Polymer Polytetrafluorethylen (PTFE), PVDF, Perfluoralkoxyalkan (PFA), fluoriertes Ethylenpropylen (FEP), Ethylenchlortrifluorethylen (ECTFE), Ethylentetrafluorethylen (ETFE) oder Kombinationen davon. In bestimmten Aspekten besteht das Polymerbindemittelnetz 406 im Wesentlichen aus dem Polymer.
  • Das Polymerbindemittelnetz 406 umfasst mehrere Fasern 410. Zumindest ein Abschnitt der Fasern 410 steht mit Oberflächen der Partikel 402 aus elektroaktivem Material in direktem Kontakt. Mit Bezug auf 5 ist eine der mehreren Fasern 410 gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung vorgesehen. Obwohl die Faser 410 von 5 als linear gezeigt ist, muss die Faser 410 nicht linear sein und kann in einer Vielfalt von Formen vorgesehen sein, um das Polymerbindemittelnetz 406 auszubilden, wie in 4 gezeigt.
  • Jede der Fasern 410 definiert eine erste Länge 500 von mehr als oder gleich etwa 5 µm, wahlweise mehr als oder gleich etwa 10 µm, wahlweise mehr als oder gleich etwa 20 µm, wahlweise mehr als oder gleich etwa 50 µm, wahlweise mehr als oder gleich etwa 100 µm, wahlweise mehr als oder gleich etwa 500 µm, wahlweise mehr als oder gleich etwa 1 mm, wahlweise mehr als oder gleich etwa 5 mm, wahlweise mehr als oder gleich etwa 10 mm, wahlweise mehr als oder gleich etwa 50 mm, wahlweise mehr als oder gleich etwa 100 mm, wahlweise mehr als oder gleich etwa 500 mm oder wahlweise mehr als oder gleich etwa 1 cm oder wahlweise mehr als oder gleich etwa 1,5 cm. Die erste Länge 500 kann geringer als oder gleich etwa 2 cm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 1,5 cm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 1 cm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 500 mm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 100 mm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 50 mm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 10 mm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 5 mm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 1 mm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 500 µm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 100 µm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 50 µm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 20 µm oder wahlweise geringer als oder gleich etwa 10 µm sein. In bestimmten Aspekten kann die erste Länge 500 größer als oder gleich etwa 5 µm bis geringer als oder gleich etwa 2 cm oder wahlweise größer als oder gleich etwa 20 µm bis geringer als oder gleich etwa 500 µm als Beispiel sein.
  • Jede der Fasern 410 definiert einen ersten Durchmesser 502. Der erste Durchmesser 502 kann größer als oder gleich etwa 0,1 µm, wahlweise größer als oder gleich etwa 0,5 µm, wahlweise größer als oder gleich etwa 1 µm, wahlweise größer als oder gleich etwa 5 µm, wahlweise größer als oder gleich etwa 10 µm, wahlweise größer als oder gleich etwa 20 µm, wahlweise größer als oder gleich etwa 50 µm, wahlweise größer als oder gleich etwa 75 µm, wahlweise größer als oder gleich etwa 100 µm, wahlweise größer als oder gleich etwa 200 µm, wahlweise größer als oder gleich etwa 300 µm oder wahlweise größer als oder gleich etwa 400 µm sein. Der erste Durchmesser 502 kann geringer als oder gleich etwa 500 µm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 400 µm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 300 µm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 200 µm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 100 µm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 75 µm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 50 µm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 20 µm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 10 µm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 5 µm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 1 µm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 0,5 µm sein. In bestimmten Aspekten kann der erste Durchmesser 502 größer als oder gleich etwa 0,1 µm bis geringer als oder gleich etwa 500 µm sein.
  • Jede der Fasern 410 kann im Allgemeinen eine Wand 504 umfassen. Die Wand 504 kann eine hohle zylindrische Wand sein. In bestimmten Aspekten kann die Wand 504 einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt, wie gezeigt, einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt (z. B. einen im Wesentlichen quadratischen Querschnitt) oder irgendeinen anderen Querschnitt eines geschlossenen Polygons aufweisen. Die Wand 504 kann zumindest teilweise einen inneren Bereich 506 definieren.
  • Jede der Fasern 410 kann mehrere sich wiederholende Einheiten oder Segmente 510 umfassen. Jede der Einheiten 510 kann die Wand 504 und den inneren Bereich 506 umfassen. Die Einheiten 510 können durchgängig angeordnet sein und physikalisch miteinander verbunden sein. Angesichts der hohlen zylindrischen Struktur mit sich wiederholenden Einheiten können folglich die Fasern 410 als Fasern vom Bambustyp bezeichnet werden. Die Einheiten 510 können ähnliche Strukturen und Eigenschaften aufweisen, ohne identisch zu sein.
  • Jede der Einheiten 510 definiert eine zweite Länge 512. Die zweite Länge 512 kann größer als oder gleich etwa 0,1 µm, wahlweise größer als oder gleich etwa 0,5 µm, wahlweise größer als oder gleich etwa 1 µm, wahlweise größer als oder gleich etwa 2 µm, wahlweise größer als oder gleich etwa 5 µm, wahlweise größer als oder gleich etwa 8 µm, wahlweise größer als oder gleich etwa 10 µm, wahlweise größer als oder gleich etwa 20 µm, wahlweise größer als oder gleich etwa 30 µm oder wahlweise größer als oder gleich etwa 40 µm sein. Die zweite Länge 512 kann geringer als oder gleich etwa 50 µm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 40 µm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 30 µm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 20 µm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 10 µm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 8 µm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 5 µm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 2 µm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 1 µm oder wahlweise geringer als oder gleich etwa 0,5 µm sein. In bestimmten Aspekten kann die zweite Länge 512 größer als oder gleich etwa 0,1 µm bis geringer als oder gleich etwa 50 µm als Beispiel sein.
  • Jede der Einheiten 510 kann einen ersten Abschnitt 514 und einen zweiten Abschnitt 516 umfassen. Mit Bezug auf 6 umfasst der erste Abschnitt 514 mehrere Punkte oder Perlen 600. Der zweite Abschnitt 516 umfasst mehrere Filamente 602 (die Mikrofasern sein können). In bestimmten Aspekten sind Grenzen zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt 514, 516 nicht starr und der erste Abschnitt 514 kann auch Filamente 612 umfassen und/oder der zweite Abschnitt 516 kann auch Perlen 600 umfassen, wie gezeigt. Überdies kann ein longitudinaler Ort (d. h. parallel zur ersten und zur zweiten Länge 500, 512, die in 5 gezeigt sind) des ersten und des zweiten Abschnitts 514, 516 um den Umfang der Wand 504 variieren.
  • Die Filamente 602 erstrecken sich von zumindest einem Abschnitt der Perlen 600. Zusammen bilden die Perlen 600 und die Filamente 602 die Wand 504. In bestimmten Aspekten können während der Zyklisierung einer elektrochemischen Zelle mit der elektroaktiven Schicht 400 (4) die Fasern 410 (4-5) so konfiguriert sein, dass sie weiter fibrilliert werden, so dass ein Abschnitt der Perlen 600 in Filamente 602 gedehnt wird. Die Fibrillierung während der Zyklisierung kann beispielsweise stattfinden, wenn die Partikel 402 aus elektroaktivem Material ( 4) (z. B. mit Silizium) einer Volumenschwellung während eines Lithiierungsprozesses unterzogen werden.
  • In bestimmten Aspekten können die Perlen 600 eine unregelmäßige Form definieren. Die Perlen 600 können einen mittleren zweiten Durchmesser von mehr als oder gleich etwa 10 nm, wahlweise mehr als oder gleich etwa 20 nm, wahlweise mehr als oder gleich etwa 50 nm, wahlweise mehr als oder gleich etwa 100 nm, wahlweise mehr als oder gleich etwa 250 nm, wahlweise mehr als oder gleich etwa 500 nm oder wahlweise mehr als oder gleich etwa 750 nm aufweisen. Der mittlere zweite Durchmesser kann geringer als oder gleich etwa 1 µm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 750 nm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 500 nm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 250 nm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 100 nm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 50 nm oder wahlweise geringer als oder gleich etwa 20 nm sein. In bestimmten Aspekten kann der mittlere zweite Durchmesser größer als oder gleich etwa 10 nm bis geringer als oder gleich etwa 1 µm sein. In anderen Aspekten können die Perlen 600 eine im Wesentlichen sphärische Form und/oder eine längliche sphärische Form definieren.
  • Die Filamente 602 können einen mittleren dritten Durchmesser von mehr als oder gleich etwa 1 nm, wahlweise mehr als oder gleich etwa 2 nm, wahlweise mehr als oder gleich etwa 5 nm, wahlweise mehr als oder gleich etwa 10 nm, wahlweise mehr als oder gleich etwa 25 nm, wahlweise mehr als oder gleich etwa 50 nm, wahlweise mehr als oder gleich etwa 100 nm, wahlweise mehr als oder gleich etwa 150 nm, wahlweise mehr als oder gleich etwa 200 nm oder wahlweise mehr als oder gleich etwa 250 nm definieren. Der mittlere dritte Durchmesser kann geringer als oder gleich etwa 300 nm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 250 nm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 200 nm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 150 nm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 100 nm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 50 nm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 20 nm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 10 nm, wahlweise geringer als oder gleich etwa 5 nm oder wahlweise geringer als oder gleich etwa 2 nm sein. In bestimmten Aspekten kann der mittlere dritte Durchmesser größer als oder gleich etwa 1 nm bis geringer als oder gleich etwa 300 nm sein.
  • Beispiel
  • Mit Bezug auf 7 werden mehrere Polymerbindemittelfasern 700 gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt. Jede der Polymerbindemittelfasern 700 umfasst eine Wand 702, die zumindest teilweise einen inneren Bereich (nicht gezeigt) definiert. Die Wand 702 umfasst mehrere Punkte oder Perlen 704 und mehrere Filamente oder Mikrofasern 706. Jede der Fasern 700 kann im Allgemeinen mehrere durchgängige sich wiederholende Einheiten oder Segmente 710 umfassen.
  • Verfahren zur Herstellung einer dicken Elektrode
  • Mit Bezug auf 8 wird ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode wie z. B. der elektroaktiven Schicht 200, 300 und/oder 400 gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt. Das Verfahren umfasst im Allgemeinen das Vorbereiten einer Mischung eines elektroaktiven Materials, eines Polymerbindemittels und wahlweise eines elektrisch leitfähigen Materials bei 800, das Abscheiden der Mischung auf einem Substrat bei 804, das Vorwalzen der Mischung auf dem Substrat, um eine Elektrodenvorstufe auszubilden, das Fertigwalzen der Elektrodenvorstufe, um einen kontinuierlichen Elektrodenfilm auszubilden, bei 812, wahlweise das Fixieren des kontinuierlichen Elektrodenfilms an einem Stromabnehmer bei 816, um eine kontinuierliche Elektrodenkomponente auszubilden, und wahlweise das Schneiden der kontinuierlichen Elektrodenkomponente, um individuelle Elektrodenkomponenten auszubilden, bei 820.
  • Mit Bezug auf 9 wird ein Beispiel des Verfahrens von 8 gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt. Eine Mischung 900 kann zu einem Trichter 902 zugeführt werden. Die Mischung 900 kann ein elektroaktives Material, ein Polymerbindemittel und wahlweise ein elektrisch leitfähiges Material wie z. B. die vorstehend in der Erörterung von 4-6 beschriebenen umfassen. Das Polymerbindemittel kann vor der Ausbildung der Elektrode oder Zyklisierung der Elektrode in einer elektrochemischen Zelle zumindest teilweise fibrilliert werden, so dass es mehrere Punkte oder Perlen und mehrere Filamente umfasst. Die Vorbereitung der Mischung 900 kann vor der Einführung der Mischung 900 in den Trichter 902 durchgeführt werden. Das Mischen kann in irgendeinem kommerziell erhältlichen Mischer (nicht gezeigt) durchgeführt werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Mischung im Trichter 902 vorbereitet werden.
  • Die Mischung 900 kann aus dem Trichter 902 abgeführt und auf einer Oberfläche eines sich bewegenden Substrats 904 abgeschieden werden. Die Mischung 900 kann auf dem sich bewegenden Substrat 904 in Richtung eines ersten Paars von Walzen 906 befördert werden. Das erste Paar von Walzen 906 kann die Mischung 900 vorwalzen, um eine kontinuierliche Elektrodenvorstufe 910 auszubilden. Die kontinuierliche Elektrodenvorstufe 910 kann eine erste Dicke 912 definieren.
  • Die kontinuierliche Elektrodenvorstufe 910 kann in Richtung eines zweiten Paars von Walzen 914 befördert werden. In bestimmten Aspekten kann die kontinuierliche Elektrodenvorstufe 910 von dem Substrat 904 zwischen dem ersten Paar von Walzen 906 und dem zweiten Paar von Walzen 914 entfernt werden. Das zweite Paar von Walzen 914 kann die kontinuierliche Elektrodenvorstufe 910 fertigwalzen, um einen kontinuierlichen Elektrodenfilm 920 auszubilden. Der kontinuierliche Elektrodenfilm 920 kann eine zweite Dicke 922 definieren, die geringer ist als die erste Dicke 912.
  • Der kontinuierliche Elektrodenfilm 920 kann auf eine Walze 924 gewickelt werden. Bevor oder nachdem er auf die Walze 924 gewickelt wird, kann der kontinuierliche Elektrodenfilm 920 an einem kontinuierlichen Stromabnehmer (z. B. einer Folie oder einem Geflecht) fixiert werden, um eine kontinuierliche Elektrodenkomponente auszubilden. In einem Beispiel kann das Fixieren des kontinuierlichen Elektrodenfilms 920 an dem kontinuierlichen Stromabnehmer das Aufbringen eines elektrisch leitfähigen Klebstoffs zwischen dem kontinuierlichen Elektrodenfilm 920 und dem kontinuierlichen Stromabnehmer umfassen, wie z. B. wenn der kontinuierliche Stromabnehmer eine Folie ist. In einem anderen Beispiel kann das Fixieren des kontinuierlichen Elektrodenfilms 920 am kontinuierlichen Stromabnehmer das Pressen des kontinuierlichen Elektrodenfilms 920 an den kontinuierlichen Stromabnehmer umfassen, wie z. B. wenn der kontinuierliche Stromabnehmer ein Geflecht ist.
  • Der kontinuierliche Elektrodenfilm 920 (oder die kontinuierliche Elektrodenkomponente) kann wahlweise in individuelle Flächen geschnitten werden, um individuelle Elektrodenfilme (oder individuelle Elektrodenkomponenten) auszubilden. Das wahlweise Schneiden kann vor oder nach der wahlweisen Fixierung des Elektrodenfilms am Stromabnehmer durchgeführt werden. Obwohl 9 einen kontinuierlichen Prozess darstellt, kann das Verfahren von 8 auch als Chargenprozess durchgeführt werden.
  • Die vorangehende Beschreibung ist dem Wesen nach lediglich beispielhaft und soll die Offenbarung, ihre Anwendung oder Verwendungen keineswegs begrenzen. Die breiten Lehren der Offenbarung können in einer Vielfalt von Formen implementiert werden. Obwohl diese Offenbarung spezielle Beispiele umfasst, sollte daher der wahre Schutzbereich der Offenbarung nicht so begrenzt werden, da andere Modifikationen bei einer Studie der Zeichnungen, der Patentbeschreibung und der folgenden Ansprüche ersichtlich werden. Selbstverständlich können ein oder mehrere Schritte innerhalb eines Verfahrens in einer anderen Reihenfolge (oder gleichzeitig) ausgeführt werden, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu ändern. Obwohl jede der Ausführungsformen vorstehend als bestimmte Merkmale aufweisend beschrieben ist, können ferner irgendeines oder mehrere dieser Merkmale, die mit Bezug auf irgendeine Ausführungsform der Offenbarung beschrieben sind, in irgendeiner der anderen Ausführungsformen implementiert und/oder mit Merkmalen von diesen kombiniert werden, selbst wenn diese Kombination nicht explizit beschrieben ist. Mit anderen Worten, die beschriebenen Ausführungsformen schließen sich nicht gegenseitig aus und Permutationen von einer oder mehreren Ausführungsformen miteinander bleiben innerhalb des Schutzbereichs dieser Offenbarung.

Claims (10)

  1. Elektrode für eine elektrochemische Zelle, die umfasst: ein Polymerbindemittelnetz mit mehreren Fasern, die das Polymerbindemittelnetz definieren, wobei jede der mehreren Fasern umfasst mehrere Perlen und mehrere Filamente, die sich jeweils von zumindest einem Abschnitt der mehreren Perlen erstrecken; und mehrere Partikel aus elektroaktivem Material in Leerräumen des Polymerbindemittelnetzes.
  2. Elektrode nach Anspruch 1, wobei jede der mehreren Fasern mehrere Segmente umfasst, und jedes der mehreren Segmente umfasst einen ersten Abschnitt mit den mehreren Perlen, und einen zweiten Abschnitt mit den mehreren Filamenten.
  3. Elektrode nach Anspruch 2, wobei jedes der mehreren Segmente eine Länge von mehr als oder gleich etwa 0,1 µm bis weniger als oder gleich etwa 50 µm definiert.
  4. Elektrode nach Anspruch 2, wobei jedes der mehreren Segmente eine im Wesentlichen zylindrische Wand aufweist, die einen inneren Bereich definiert, und die im Wesentlichen zylindrische Wand umfasst den ersten Abschnitt mit den mehreren Perlen und den zweiten Abschnitt mit den mehreren Filamenten.
  5. Elektrode nach Anspruch 4, wobei die im Wesentlichen zylindrische Wand einen Durchmesser von mehr als oder gleich etwa 0,1 µm bis weniger als oder gleich etwa 500 µm definiert.
  6. Elektrode nach Anspruch 1, wobei jede der mehreren Fasern eine Länge von mehr als oder gleich etwa 5 µm bis weniger als oder gleich etwa 2 cm definiert.
  7. Elektrode nach Anspruch 1, wobei jede der mehreren Perlen einen Durchmesser von mehr als oder gleich etwa 10 nm bis weniger als oder gleich etwa 1 µm definiert, und jedes der mehreren Filamente einen Durchmesser von mehr als oder gleich etwa 1 nm bis weniger als oder gleich etwa 300 nm definiert.
  8. Elektrode nach Anspruch 1, wobei das Polymerbindemittelnetz mit mehr als oder gleich etwa 0,3 Gewichtsprozent bis weniger als oder gleich etwa 10 Gewichtsprozent vorhanden ist.
  9. Elektrode nach Anspruch 1, wobei zumindest ein Abschnitt der mehreren Perlen dazu konfiguriert ist, während der Zyklisierung einer elektrochemischen Zelle mit der Elektrode fibrilliert zu werden.
  10. Elektrode nach Anspruch 1, wobei das Polymerbindemittelnetz Polytetrafluorethylen (PTFE) umfasst.
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