DE102023118490A1

DE102023118490A1 - Vermischen von vorgesinterten vorläufern

Info

Publication number: DE102023118490A1
Application number: DE102023118490.3A
Authority: DE
Inventors: Eunsung Lee; Robert J. Kudla; Chi Paik
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2022-07-15
Filing date: 2023-07-12
Publication date: 2024-01-18
Also published as: CN117430169A; US20240021781A1

Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen von Materialien für eine positive Elektrode in einer Lithium-Ionen-Batterie beinhaltet einen Schritt zum Herstellen eines frischen Sintervorläufers, der ein Gemisch aus Metallhydroxiden oder Metallcarbonaten beinhaltet. Der frische Sintervorläufer wird in einer ersten sauerstoffhaltigen gasförmigen Umgebung bei einer ersten Temperatur gesintert, um ein erstes gesintertes Produkt auszubilden. Das erste gesinterte Produkt wird mit frischem Sintervorläufer vermischt, um einen ersten vermischten Sintervorläufer auszubilden. Der erste vermischte Sintervorläufer wird in einer zweiten sauerstoffhaltigen gasförmigen Umgebung bei einer zweiten Temperatur gesintert, um ein zweites gesintertes Produkt auszubilden.

Description

GEBIET DER TECHNIK
In mindestens einem Aspekt wird ein Verfahren zum Fertigen von Material für die positive Elektrode in einer Lithium-Ionen-Batterie bereitgestellt.
HINTERGRUND
Bei Lithium-Ionen-Batterien wurde darauf abgezielt, die Kathodenenergiedichte zu erhöhen, um eine höhere Fahrzeugreichweite und -leistung zu bieten. Die Kathodenverarbeitung schließt mehrere Sinter-/Kalzinierungsprozesse ein, um eine optimale Leistung der Kathodeneigenschaften (in Bezug auf Zusammensetzung, Struktur, Morphologie, Partikelgrößenverteilung und Oberflächentexturen) sicherzustellen. Darüber hinaus erfordern Kathoden mit einem Nickelgehalt von mehr als 60 % reinen Sauerstoff, damit der Vorläufer ordnungsgemäß in lithiiertes Übergangsmetalloxid umgewandelt wird. Bei einem Nickel-Kobalt-Mangan (nickel cobalt manganese - NCM), Nickel-Kobalt-Aluminium (nickel cobalt aluminum - NCA) und Nickel-Kobalt-Mangan-Aluminium (nickel cobalt manganese aluminum - NCMA) kann das Sintem/Kalzinieren der Vorläufer mindestens drei Schritte erfordern.
Dementsprechend besteht ein Bedarf, die thermische Stabilität von Batteriekathoden zu erhöhen, um eine erfolgreiche Technologie und einen erfolgreichen Markt für Batterieelektrofahrzeuge zu ermöglichen.
KURZDARSTELLUNG
In mindestens einem Aspekt wird ein Verfahren zum Herstellen von Materialien für eine positive Elektrode in einer Lithium-Ionen-Batterie bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet einen Schritt zum Herstellen oder Erhalten eines frischen Sintervorläufers, der ein Gemisch aus Metallhydroxiden oder Metallcarbonaten beinhaltet. Der frische Sintervorläufer wird in einer ersten sauerstoffhaltigen gasförmigen Umgebung bei einer ersten Temperatur gesintert, um ein erstes gesintertes Produkt auszubilden. Das erste gesinterte Produkt wird mit frischem Sintervorläufer vermischt, um einen ersten vermischten Sintervorläufer auszubilden. Der erste vermischte Sintervorläufer wird in einer zweiten sauerstoffhaltigen gasförmigen Umgebung bei einer zweiten Temperatur gesintert, um ein zweites gesintertes Produkt auszubilden.
In einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Herstellen von Materialien für eine positive Elektrode in einer Lithium-Ionen-Batterie bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet einen Schritt zum Herstellen oder Erhalten eines frischen Sintervorläufers, der ein Gemisch aus Metallhydroxiden und/oder Metallcarbonaten beinhaltet. Der frische Sintervorläufer wird einer ersten Sinterstufe einer Vielzahl von Sinterstufen bereitgestellt, in der jede Sinterstufe als Eingang den Ausgang von einer unmittelbar vorhergehenden Sinterstufe erhält, wobei das Sintern in jeder Sinterstufe erfolgt. Der Ausgang von mindestens einer Sinterstufe wird mit dem Eingang einer vorherigen Sinterstufe vermischt.
Die vorstehende Kurzdarstellung dient lediglich der Veranschaulichung und soll in keiner Weise einschränkend sein. Zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen veranschaulichenden Aspekten, Ausführungsformen und Merkmalen werden weitere Aspekte, Ausführungsformen und Merkmale durch Bezugnahme auf die Zeichnungen und die folgende detaillierte Beschreibung ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Für ein tieferes Verständnis des Wesens, der Ziele und der Vorteile der vorliegenden Offenbarung sollte auf die folgende detaillierte Beschreibung Bezug genommen werden, die in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen zu lesen ist, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen und in denen Folgendes gilt:

1. Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Fertigen von gesinterten Materialien für die positive Elektrode in einer Lithium-Ionen-Batterie.
2A. Schematischer Querschnitt einer positiven Elektrode, die ein Aktivmaterial der positiven Elektrode aufweist, das das gesinterte Material beinhaltet, das durch das Verfahren aus 1 ausgebildet wurde und auf eine Seite eines Stromkollektors aufgebracht ist.
2B. Schematischer Querschnitt einer positiven Elektrode, die ein Aktivmaterial der positiven Elektrode aufweist, das das gesinterte Material beinhaltet, das durch das Verfahren aus 1 ausgebildet wurde und auf beide Seiten eines Stromkollektors aufgebracht ist.
3. Schematischer Querschnitt einer Batteriezelle, in die die Elektrode aus 2A integriert ist.
4. Schematischer Querschnitt einer Batterie, in die die Batteriezelle aus 3 integriert ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nunmehr wird genauer auf gegenwärtig bevorzugte Zusammensetzungen, Ausführungsformen und Verfahren der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, welche die besten Arten der Umsetzung der Erfindung darstellen, die den Erfindern gegenwärtig bekannt sind. Die Figuren sind nicht zwangsläufig maßstabsgetreu. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich beispielhaft für die Erfindung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt sein kann. Daher sind in dieser Schrift offenbarte konkrete Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage für einen beliebigen Aspekt der Erfindung und/oder als repräsentative Grundlage, um den Fachmann den vielfältigen Einsatz der vorliegenden Erfindung zu lehren.
Sofern nicht in den Beispielen oder an anderer Stelle ausdrücklich anders angegeben, sind alle numerischen Mengen in dieser Beschreibung, die Materialmengen oder Reaktions- und/oder Verwendungsbedingungen angeben, bei der Beschreibung des breitesten Schutzumfangs der Erfindung als durch das Wort „etwa“ modifiziert zu verstehen. Im Allgemeinen ist eine Umsetzung innerhalb der genannten numerischen Grenzen bevorzugt. Zudem gilt Folgendes, sofern nicht ausdrücklich das Gegenteil angegeben ist: wenn eine gegebene chemische Struktur einen Substituenten an einer chemischen Einheit (z. B. an einem Aryl, Alkyl usw.) beinhaltet, wird dieser Substituent einer allgemeineren chemischen Struktur zugeschrieben, welche die gegebene Struktur umfasst; Prozent, „Teile von“, und Verhältniswerte beziehen sich auf das Gewicht; der Begriff „Polymer“ beinhaltet „Oligopolymer“, „Copolymer“, „Terpolymer“ und dergleichen; Molekulargewichte, die für beliebige Polymere bereitgestellt sind, beziehen sich auf Gewichtsdurchschnittsmolekulargewicht, es sei denn, es ist etwas anderes angegeben; die Beschreibung einer Gruppe oder Klasse von Materialien als für einen bestimmten Zweck in Verbindung mit der Erfindung geeignet oder bevorzugt impliziert, dass Gemische aus beliebigen zwei oder mehr der Elemente der Gruppe oder Klasse gleich geeignet oder bevorzugt sind; die Beschreibung der Bestandteile in chemischen Begriffen bezieht sich auf die Bestandteile zum Zeitpunkt der Hinzufügung zu einer beliebigen Kombination, die in der Beschreibung angegeben ist, und schließt nicht unbedingt chemische Interaktionen unter den Bestandteilen eines Gemisches aus, sobald sie gemischt ist; die erste Definition eines Akronyms oder einer anderen Abkürzung gilt für alle nachfolgende Verwendungen derselben Abkürzung in dieser Schrift und gilt entsprechend für normale grammatische Variationen der anfänglich definierten Abkürzung; und, sofern nicht ausdrücklich das Gegenteil angegeben ist, ist die Messung einer Eigenschaft durch dieselbe Technik bestimmt, auf die sich vorstehend oder nachstehend für dieselbe Eigenschaft bezogen wurde/wird.
Es ist zudem zu beachten, dass die in der Beschreibung und den beigefügten Patentansprüchen verwendeten Singularformen „ein“, „eine“ und „der/die/das“ Pluralbezüge umfassen, sofern der Kontext nicht deutlich etwas anderes angibt. Zum Beispiel soll eine Bezugnahme auf eine Komponente im Singular eine Vielzahl von Komponenten umfassen.
Wie in dieser Schrift verwendet, bedeutet der Ausdruck „etwa“, dass die fragliche Menge oder der fragliche Wert der konkrete festgelegte Wert oder ein anderer Wert in seiner Nachbarschaft sein kann. Im Allgemeinen soll der Ausdruck „etwa“, wenn er einen bestimmten Wert bezeichnet, einen Bereich innerhalb von +/- 5 % des Werts bezeichnen. Als ein Beispiel bezeichnet die Formulierung „etwa 100“ einen Bereich von 100 +/- 5, d. h. den Bereich von 95 bis 105. Im Allgemeinen kann, wenn der Begriff „etwa“ verwendet wird, erwartet werden, dass ähnliche Ergebnisse oder Wirkungen gemäß der Erfindung innerhalb eines Bereichs von +/-5 % des angegebenen Werts erhalten werden können.
Wie in dieser Schrift verwendet, bedeutet der Ausdruck „und/oder“, dass entweder alle oder nur eines der Elemente dieser Gruppe vorhanden sein können. Zum Beispiel bedeutet „A und/oder B“ „nur A oder nur B oder sowohl A als auch B“. Im Fall von „nur A“ deckt der Begriff auch die Möglichkeit ab, dass B nicht vorhanden ist, d. h. „nur A, nicht aber B“.
Es versteht sich zudem, dass diese Erfindung nicht auf die nachstehend beschriebenen konkreten Ausführungsformen und Verfahren beschränkt ist, da konkrete Komponenten und/oder Bedingungen natürlich variieren können. Darüber hinaus wird die in dieser Schrift verwendete Terminologie nur zum Zwecke des Beschreibens bestimmter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet und sie soll in keiner Weise einschränkend sein.
Der Ausdruck „umfassend“ ist synonym zu „beinhaltend“, „aufweisend“, „enthaltend“ oder „gekennzeichnet durch“. Diese Ausdrücke sind einschließend und offen und schließen zusätzliche, nicht aufgeführte Elemente oder Verfahrensschritte nicht aus.
Die Formulierung „bestehend aus“ schließt jedes Element, jeden Schritt oder jeden Inhaltsstoff aus, die nicht in dem Patentanspruch vorgegeben sind. Wenn diese Formulierung in einem Absatz des Hauptteils eines Patentanspruchs auftaucht, anstatt unmittelbar auf den Oberbegriff zu folgen, schränkt er nur das in diesem Absatz dargelegte Element ein; andere Elemente sind nicht von dem Anspruch als Ganzes ausgeschlossen.
Die Formulierung „im Wesentlichen bestehend aus“ beschränkt den Umfang eines Patentanspruchs auf die vorgegebenen Materialien oder Schritte, plus jene, welche die grundlegende(n) und neuartige(n) Eigenschaft(en) des beanspruchten Gegenstands nicht wesentlich beeinflussen.
Der Ausdruck „zusammengesetzt aus“ bedeutet „beinhaltend“ oder „bestehend aus“. In der Regel wird dieser Ausdruck verwendet, um zu bezeichnen, dass ein Objekt aus einem Material ausgebildet ist.
In Bezug auf die Ausdrücke „umfassend“, „bestehend aus“ und „im Wesentlichen bestehend aus“, kann, wenn einer dieser drei Ausdrücke in dieser Schrift verwendet wird, der gegenwärtig offenbarte und beanspruchte Gegenstand die Verwendung eines beliebigen der anderen beiden Ausdrücke beinhalten.
Der Ausdruck „eines oder mehrere“ bedeutet „mindestens eines“ und der Ausdruck „mindestens eines“ bedeutet „eines oder mehrere“. Die Ausdrücke „eine oder mehrere“ und „mindestens eine“ beinhalten „Vielzahl“ und „Vielfaches“ als eine Teilmenge. In einer Verfeinerung beinhaltet „einer oder mehrere“ „zwei oder mehr“.
Der Ausdruck „im Wesentlichen“, „im Allgemeinen“ oder „etwa“ kann in dieser Schrift verwendet werden, um offenbarte oder beanspruchte Ausführungsformen zu beschreiben. Der Ausdruck „im Wesentlichen“ kann einen Wert oder eine relative Charakteristik modifizieren, der bzw. die in der vorliegenden Offenbarung offenbart oder beansprucht wird. In derartigen Fällen kann „im Wesentlichen“ bedeuten, dass der Wert oder die relative Charakteristik, den bzw. die es modifiziert, innerhalb von ± 0 %, 0,1 %, 0,5 %, 1 %, 2 %, 3 %, 4 %, 5 % oder 10 % des Werts oder der relativen Charakteristik liegt.
Es versteht sich zudem, dass Ganzzahlbereiche ausdrücklich alle dazwischenliegenden ganzen Zahlen beinhalten. Zum Beispiel beinhaltet der Ganzzahlbereich 1-10 ausdrücklich 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 und 10. Gleichermaßen beinhaltet der Bereich 1 bis 100 1, 2, 3, 4, ..., 97, 98, 99, 100. Gleichermaßen können, wenn ein beliebiger Bereich erforderlich ist, dazwischenliegende Zahlen, die Inkremente der Differenz zwischen der oberen Grenze und der unteren Grenze geteilt durch 10 sind, als alternative obere oder untere Grenzen genommen werden. Wenn zum Beispiel der Bereich 1,1 bis 2,1 ist, können die folgenden Zahlen 1,2, 1,3, 1,4, 1,5, 1,6, 1,7, 1,8, 1,9 und 2,0 als untere oder obere Grenze ausgewählt werden.
Wenn auf eine numerische Menge Bezug genommen wird, beinhaltet der Ausdruck „weniger als“ in einer Verfeinerung eine untere nicht beinhaltete Grenze, die 5 Prozent der nach „kleiner als“ angegebenen Zahl beträgt. Zum Beispiel beinhaltet „weniger als 20“ eine untere nicht beinhaltete Grenze von 1 in einer Verfeinerung. Daher beinhaltet diese Verfeinerung von „weniger als 20“ einen Bereich zwischen 1 und 20. In einer anderen Verfeinerung beinhaltet der Ausdruck „kleiner als“ eine untere nicht beinhaltete Grenze, die in aufsteigender Präferenzreihenfolge 20 Prozent, 10 Prozent, 5 Prozent oder 1 Prozent der nach „kleiner als“ angegebenen Zahl beträgt.
Der Ausdruck „positive Elektrode“ bezeichnet eine Batteriezellenelektrode, aus der Strom fließt, wenn die Lithium-Ionen-Batteriezelle oder -Batterie entladen wird. Manchmal wird eine „positive Elektrode“ als „Kathode“ bezeichnet.
Der Ausdruck „negative Elektrode“ bezeichnet eine Batteriezellenelektrode, in die Strom fließt, wenn die Lithium-Ionen-Batteriezelle entladen wird. Manchmal wird eine „negative Elektrode“ als „Anode“ bezeichnet.
Der Ausdruck „Zelle“ oder „Batteriezelle“ bezeichnet eine elektrochemische Zelle, die aus mindestens einer positiven Elektrode, mindestens einer negativen Elektrode, einem Elektrolyten und einer Separatormembran besteht.
Der Ausdruck „Batterie“ oder „Batteriepack“ bezeichnet eine elektrische Speichervorrichtung, die aus mindestens einer Batteriezelle hergestellt ist. In einer Verfeinerung ist „Batterie“ oder „Batteriepack“ eine elektrische Speichervorrichtung, die aus einer Vielzahl von Batteriezellen hergestellt ist.
Der Ausdruck „spezifische Kapazität“ bezeichnet die Kapazität pro Masseeinheit der aktiven Anode. Die spezifische Kapazität weist Einheiten von Milliamperestunden/Gramm (mAh/g) auf.
Abkürzungen:
„BEV“ (battery electric vehicle) bezeichnet ein Batterieelektrofahrzeug.
1 stellt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen von Materialien für eine positive Elektrode für eine Lithium-Ionen-Batterie bereit. In Schritt a) wird ein frischer Sintervorläufer 10 durch auf dem Fachgebiet bekannte Verfahren zum Herstellen von Metallhydroxiden und -carbonaten hergestellt, die für positive Elektroden von Lithium-Ionen-Batterien verwendet werden. Daher beinhalten diese frischen Sintervorläufer ein Gemisch aus Metallhydroxiden oder Metallcarbonaten. Beispiele für Metallhydroxide beinhalten Lithiumhydroxid, Kobalthydroxid, Nickelhydroxid, Manganhydroxid und Kombinationen davon. Beispiele für Metallcarbonate beinhalten Lithiumcarbonat, Kobaltcarbonat, Nickelcarbonat, Mangancarbonat und Kombinationen davon. Metallhydroxide werden in der Regel aus Metallsalzen, wie etwa Kobaltsalzen, Mangansalzen, Nickelsalzen und Lithiumsalzen, hergestellt. Konkrete Beispiele für Metallsalze sind Lithiumnitrat, Kobaltnitrat, Nickelnitrat, Mangannitrat, Lithiumsulfat, Kobaltsulfat, Nickelsulfat, Mangansulfat, Lithiumhalid, Kobalthalid, Nickelhalid, Manganhalid, Lithiumacetat, Kobaltacetat, Nickelacetat und Manganacetat. In der Regel werden diese Salze durch eine Base, wie etwa Natriumhydroxid, und einen optionalen Komplexbildner, wie etwa Ammoniumhydroxid, in Metallhydroxide umgewandelt. In einer Verfeinerung beinhaltet der frische Sintervorläufer ein lithiumhaltiges Material, wie etwa Lithiumhydroxid und/oder Lithiumcarbonat. In der Sinterstufe 1) wird der frische Sintervorläufer 10 in einer ersten sauerstoffhaltigen gasförmigen Umgebung bei einer ersten Temperatur gesintert, um ein erstes gesintertes Produkt 12 auszubilden. Die Sinterstufennummer ist eine ganze Zahl n, die gleich der Mindestanzahl an Sinterschritten ist, die ein frischer Sintervorläufer durchlaufen hat. In der Stufe m_ll wird das erste gesinterte Produkt 12 mit frischem Sintervorläufer vermischt, um einen ersten vermischten Sintervorläufer 14 auszubilden. Jeder Vermischungsschritt wird als m_ij bezeichnet, wobei i die Stufe ist, aus der ein gesintertes Produkt mit dem Eingangsvorläufer einer früheren Sinterstufe j gemischt wird. In einem weiteren Durchgang durch die Sinterstufe 1 wird der erste vermischte Sintervorläufer in einer zweiten sauerstoffhaltigen gasförmigen Umgebung bei einer zweiten Temperatur gesintert, um ein zweites gesintertes Produkt 16 auszubilden.
Unter fortgesetzter Bezugnahme auf 1 werden eine oder mehrere zusätzliche Sinterstufen umgesetzt. Diese zusätzlichen Sinterstufen werden als Sinterstufe 2, Sinterstufe 3, ... , Sinterstufe nmax bezeichnet, wobei nmax die maximale Anzahl der verwendeten Sinterstufen ist. Die eine oder die mehreren zusätzlichen Sinterstufen erhalten als Ausgangsmaterial Sinterprodukte einer vorherigen Sinterstufe. In einigen Verfeinerungen wird der Ausgang der einen oder mehreren zusätzlichen Sinterstufen in dem Schritt m_ij mit einem Eingang in eine vorherige Sinterstufe vermischt. Wie vorstehend dargelegt, wird jeder Vermischungsschritt als m_ij bezeichnet, wobei i die Stufe ist, aus der ein gesintertes Produkt mit dem Eingangsvorläufer einer früheren Sinterstufe j gemischt wird. Zum Beispiel werden Gemische aus zweimal gesinterten Vorläufern mit frischen vorgesinterten Vorläufern und/oder Vorläufern, die einmal gesintert wurden, vermischt. In einem anderen Beispiel werden Gemische aus dreimal gesinterten Vorläufern mit frischen vorgesinterten Vorläufern und/oder Vorläufern, die einmal gesintert wurden, und/oder Vorläufern, die zweimal gesintert wurden, vermischt. In einem anderen Beispiel kann eine Kombination von Vorläufern, die eine, zwei und/oder drei Sinterstufen zurückliegen, miteinander vermischt und zusammen gesintert werden.
Das Sintern während jeder Stufe wird in einem sauerstoffhaltigen Gas durchgeführt, das Sauerstoff in einer Menge beinhaltet, die größer als oder gleich 20 Prozent ist. In einigen Verfeinerungen beträgt das sauerstoffhaltige Gas in aufsteigender Präferenzreihenfolge mindestens 20 Gewichtsprozent, 30 Gewichtsprozent, 40 Gewichtsprozent, 50 Gewichtsprozent oder 60 Gewichtsprozent des Gesamtgewichts des sauerstoffhaltigen Gases. In weiteren Verfeinerungen beträgt das sauerstoffhaltige Gas in aufsteigender Präferenzreihenfolge höchstens 100 Gewichtsprozent, 90 Gewichtsprozent, 80 Gewichtsprozent, 70 Gewichtsprozent oder 65 Gewichtsprozent des Gesamtgewichts des sauerstoffhaltigen Gases. Jede Sinterstufe ist zudem durch die Temperatur gekennzeichnet, bei der das Sintern erfolgt. In der Regel erfolgt das Sintern in jeder Stufe bei einer Temperatur von etwa 800 bis 11 °C.
In einer anderen Variante können nachgesinterte Metalloxide mit Sintervorläufern vermischt werden, die einen, zwei und drei Prozessschritte hinter einem fertig gesinterten Produkt zurückliegen, um abschließend zu reifen und effizient zu kalzinieren, was eine kürzere Kalzinierungszeit und eine niedrigere Kalzinierungstemperatur erlaubt, wodurch kein reiner Sauerstoff zum Sintern erforderlich ist und die Verwendung von Lithiumcarbonat als Lithiumquelle erlaubt wird.
Unter Bezugnahme auf die 2A und 2B sind schematische Darstellungen einer positiven Elektrode bereitgestellt, die das vorstehend ausgebildete gesinterte Material beinhaltet. Die positive Elektrode 10 beinhaltet eine Aktivmaterialschicht 12 der positiven Elektrode aus Aktivmaterial der positiven Elektrode, die über dem Stromkollektor 14 der positiven Elektrode angeordnet ist und diesen in der Regel berührt. In der Regel ist der Stromkollektor 14 der positiven Elektrode eine Metallplatte oder Metallfolie, die aus einem Metall, wie etwa Aluminium, Kupfer, Platin, Zink, Titan und dergleichen, zusammengesetzt ist. Gegenwärtig wird Kupfer am häufigsten für den Stromkollektor der positiven Elektrode verwendet. Das Aktivmaterial der positiven Elektrode beinhaltet die vorstehend beschriebenen gesinterten Vorläufer und/oder Produkte.
Unter Bezugnahme auf 3 ist eine schematische Darstellung einer wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Batteriezelle, in die die positive Elektrode aus den 2A und 2B integriert ist, bereitgestellt. Eine Batteriezelle 20 beinhaltet eine positive Elektrode 10, wie vorstehend beschrieben, eine negative Elektrode 22 und einen Separator 24, der zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode angeordnet ist. Die negative Elektrode 22 beinhaltet einen Stromkollektor 26 der negativen Elektrode und eine negative Aktivmaterialschicht 28, die über dem negativen Stromkollektor angeordnet ist und diesen in der Regel berührt. In der Regel ist der Stromkollektor 26 der negativen Elektrode eine Metallplatte oder Metallfolie, die aus einem Metall, wie etwa Aluminium, Kupfer, Platin, Zink, Titan und dergleichen, zusammengesetzt ist. Gegenwärtig wird Kupfer am häufigsten für den Stromkollektor der negativen Elektrode verwendet. Die Batteriezelle ist in den Elektrolyten 30 eingetaucht, der durch das Batteriezellengehäuse 32 umschlossen ist. Der Elektrolyt 30 wird in den Separator 24 aufgesaugt. Mit anderen Worten beinhaltet der Separator 24 den Elektrolyten, wodurch erlaubt wird, dass sich Lithiumionen zwischen der negativen und der positiven Elektrode bewegen. Der Elektrolyt beinhaltet ein nichtwässriges organisches Lösungsmittel und ein Lithiumsalz. Das nichtwässrige organische Lösungsmittel dient als Medium zum Übertragen von Ionen, die an der elektrochemischen Reaktion einer Batterie beteiligt sind.
Unter Bezugnahme auf 4 ist eine schematische Darstellung einer wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Batterie, in die die positive Elektrode aus 1 und die Batteriezellen aus 2 integriert sind, bereitgestellt. Die wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterie 40 beinhaltet mindestens eine Batteriezelle der Ausgestaltung aus 2. In der Regel beinhaltet die wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterie 40 mindestens eine Batteriezelle 20ⁱ der Ausgestaltung aus 2. Jede Lithium-Ionen-Batteriezelle 20ⁱ beinhaltet eine positive Elektrode 10, die eines oder mehrere der vorstehend dargelegten gesinterten Materialien beinhaltet, eine negative Elektrode 22, die ein negatives Aktivmaterial beinhaltet, und einen Elektrolyten 30, wobei i eine ganzzahlige Markierung für jede Batteriezelle ist. Die Markierung i verläuft von 1 bis nmax, wobei nmax die Gesamtanzahl der Batteriezellen in der wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Batterie 40 ist. Der Elektrolyt 30 beinhaltet ein nichtwässriges organisches Lösungsmittel und ein Lithiumsalz. Das nichtwässrige organische Lösungsmittel dient als Medium zum Übertragen von Ionen, die an der elektrochemischen Reaktion einer Batterie beteiligt sind. Die Vielzahl von Batteriezellen kann in Reihe, parallel oder in einer Kombination davon geschaltet sein. Der Spannungsausgang von der Batterie 40 wird über die Klemmen 42 und 44 bereitgestellt. Vorteilhafterweise kann die wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterie 40 eine spezifische Kapazität von mehr als 150 mAh/g für jede Batteriezelle darin aufweisen.
Unter Bezugnahme auf die 1, 2, 3 und 4 kann in einer Lithium-Ionen-Batteriezelle ein Teil des frischen Sintervorläufers oder der teilweise gesinterten Metalloxide zu einem Kathodenelektrodenbeschichtungsprozess hinzugefügt werden, sodass der frische Sintervorläufer und/oder die teilweise gesinterten Metalloxide als endotherme Aktivmaterialien dienen, die während einer Situation eines thermischen Durchgehens einer Zelle weitersintern, sodass weniger Wärme und Temperatur freigesetzt werden. Insbesondere kann eine teilweise gesinterte Kathode zu der positiven Elektrode hinzugefügt werden, um Wärme und Sauerstoff und Lithium während einer Situation eines thermischen Durchgehens aufzunehmen, wodurch der Zelle zusätzlicher Schutz geboten wird.
Unter Bezugnahme auf die 3 und 4 trennt der Separator 24 die negative Elektrode 22 physisch von der positiven Elektrode 10, wodurch er einen Kurzschluss verhindert, während er den Transport von Lithiumionen zum Laden und Entladen ermöglicht. Daher kann der Separator 24 aus einem beliebigen Material zusammengesetzt sein, das für diesen Zweck geeignet ist. Beispiele für geeignete Materialien, aus denen der Separator 24 zusammengesetzt sein kann, beinhalten unter anderem Polytetrafluorethylen (z. B. TEFLON^®), Glasfaser, Polyester, Polyethylen, Polypropylen und Kombinationen davon. Der Separator 24 kann entweder in Form eines Gewebes oder eines Vlieses vorliegen. Der Separator 24 kann in Form eines Vlieses oder eines Gewebes vorliegen. Zum Beispiel wird in der Regel ein Polymerseparator auf Polyolefinbasis, wie etwa Polyethylen und/oder Polypropylen, für eine Lithium-Ionen-Batterie verwendet. Um Hitzebeständigkeit oder mechanische Festigkeit sicherzustellen, beinhaltet ein beschichteter Separator eine Beschichtung aus Keramik oder es kann ein Polymermaterial verwendet werden.
Unter Bezugnahme auf die 3 und 4 beinhaltet der Elektrolyt 30 ein Lithiumsalz, das in dem nichtwässrigen organischen Lösungsmittel gelöst ist. Daher beinhaltet der Elektrolyt 30 Lithiumionen, die während des Ladens in das Aktivmaterial der positiven Elektrode und während des Entladens in das Aktivmaterial der Anode interkalieren können. Beispiele für Lithiumsalze beinhalten unter anderem LiPF₆, LiBF₄, LiSbF₆, LiAsF₆, LiC₄F₉SO₃, LiClO₄, LiAlO₂, LiAlCl₄, LiCl, LiI, LiB(C₂O4)₂ und Kombinationen davon. In einer Verfeinerung beinhaltet der Elektrolyt das Lithiumsalz in einer Menge von etwa 0,1 M bis etwa 2,0 M.
Unter fortgesetzter Bezugnahme auf die 3 und 4 beinhaltet der Elektrolyt ein nichtwässriges organisches Lösungsmittel und ein Lithiumsalz. Vorteilhafterweise dient das nichtwässrige organische Lösungsmittel als Medium zum Übertragen von Ionen, und insbesondere sind Lithiumionen an der elektrochemischen Reaktion einer Batterie beteiligt. Geeignete nichtwässrige organische Lösungsmittel beinhalten carbonatbasierte Lösungsmittel, esterbasierte Lösungsmittel, etherbasierte Lösungsmittel, ketonbasierte Lösungsmittel, alkoholbasierte Lösungsmittel, aprotische Lösungsmittel und Kombinationen davon. Beispiele für carbonatbasierte Lösungsmittel beinhalten unter anderem Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat, Dipropylcarbonat, Methylpropylcarbonat, Ethylpropylcarbonat, Methylethylcarbonat, Ethylencarbonat, Propylencarbonat, Butylencarbonat und Kombinationen davon. Beispiele für esterbasierte Lösungsmittel beinhalten unter anderem Methylacetat, Ethylacetat, n-Propylacetat, Methylpropionat, Ethylpropionat, γ-Butyrolakton, Decanolid, Valerolakton, Mevalonolakton, Caprolakton und Kombinationen davon. Beispiele für etherbasierte Lösungsmittel beinhalten unter anderem Dibutylether, Tetraglyme, Diglyme, Dimethoxyethan, 2-Methyltetrahydrofuran, Tetrahydrofuran und dergleichen, und das ketonbasierte Lösungsmittel kann Cyclohexanon und dergleichen beinhalten. Beispiele für alkohlbasierte Lösungsmittel beinhalten unter anderem Methanol, Ethylalkohol, n-Propylalkohol, Isopropylalkohol und dergleichen. Beispiele für das aprotische Lösungsmittel beinhalten unter anderem Nitrile, wie etwa R-CN (wobei R ein linearer, verzweigter oder zyklischer C_2-20-Kohlenwasserstoff ist, der eine Doppelbindung, einen aromatischen Ring oder eine Etherbindung beinhalten kann), Amide, wie etwa Dimethylformamid, Dioxolane, wie etwa 1,3-Dioxolan, Sulfolane und dergleichen. Vorteilhafterweise kann das nichtwässrige organische Lösungsmittel einzeln verwendet werden. In anderen Varianten können Gemische des nichtwässrigen organischen Lösungsmittels verwendet werden. Derartige Gemische werden in der Regel formuliert, um die Batterieleistung zu optimieren. In einer Verfeinerung wird ein carbonatbasiertes Lösungsmittel durch Mischen eines zyklischen Carbonats und eines linearen Carbonats hergestellt. In einer Variante kann der Elektrolyt 30 ferner Vinylencarbonat oder eine Verbindung auf Ethylencarbonatbasis beinhalten, um die Lebensdauer der Batterie zu erhöhen.
Unter Bezugnahme auf die 2, 3 und 4 können die negative Elektrode und die positive Elektrode durch Verfahren hergestellt werden, die dem Fachmann auf dem Gebiet von Lithium-Ionen-Batterien bekannt sind. In der Regel wird ein Aktivmaterial (z. B. das positive oder negative Aktivmaterial) mit einem leitfähigen Material und einem Bindemittel in einem Lösungsmittel (z. B. N-Methylpyrrolidon) zu einer Aktivmaterialzusammensetzung gemischt und die Zusammensetzung wird auf einen Stromkollektor aufgebracht. Das Elektrodenherstellungsverfahren ist hinlänglich bekannt und wird daher in der vorliegenden Beschreibung nicht im Detail beschrieben. Das Lösungsmittel beinhaltet N-Methylpyrrolidon und dergleichen, ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Unter Bezugnahme auf die 1, 2, 3 und 4 beinhaltet die Aktivmaterialschicht 12 der positiven Elektrode eines oder mehrere der vorstehend dargelegten gesinterten Materialien, ein Bindemittel und ein leitfähiges Material. Das Bindemittel kann die Bindungseigenschaften der Aktivmaterialpartikel der positiven Elektrode untereinander und mit dem Stromkollektor 14 der positiven Elektrode erhöhen. Beispiele für geeignete Bindemittel beinhalten unter anderem Polyvinylalkohol, Carboxylmethylcellulose, Hydroxypropylcellulose, Diacetylcellulose, Polyvinylchlorid, carboxyliertes Polyvinylchlorid, Polyvinylfluorid, ein ethylenoxidhaltiges Polymer, Polyvinylpyrrolidon, Polyurethan, Polytetrafluorethylen, Polyvinylidenfluorid, Polyethylen, Polypropylen, Styrol-Butadien-Kautschuk, einen Acrylat-Styrol-Butadien-Kautschuk, ein Epoxidharz, Nylon und dergleichen und Kombinationen davon. Das leitfähige Material stellt der positiven Elektrode 10 elektrische Leitfähigkeit bereit. Beispiele für geeignete elektrisch leitfähige Materialien beinhalten unter anderem natürliches Graphit, künstliches Graphit, Ruß, Acetylenruß, Ketjen-Ruß, Kohlenstofffasern, Kupfer, Metallpulver, Metallfasern und Kombinationen davon. Beispiele für Metallpulver und Metallfasern setzen sich aus Nickel, Aluminium, Silber und dergleichen zusammen.
Unter Bezugnahme auf die 1, 2, 3 und 4 beinhaltet die negative Aktivmaterialschicht 26 ein negatives Aktivmaterial, beinhaltet ein Bindemittel und optional ein leitfähiges Material. Die in dieser Schrift verwendeten negativen Aktivmaterialien können diejenigen negativen Materialien sein, die dem Fachmann auf dem Gebiet von Lithium-Ionen-Batterien bekannt sind. Negative Aktivmaterialien beinhalten unter anderem kohlenstoffbasierte negative Aktivmaterialien, siliziumbasierte negative Aktivmaterialien und Kombinationen davon. Ein geeignetes kohlenstoffbasiertes negatives Aktivmaterial kann Graphit und Graphen beinhalten. Ein geeignetes siliziumbasiertes negatives Aktivmaterial kann mindestens eines beinhalten, das ausgewählt ist aus Silizium, Siliziumoxid, mit leitfähigem Kohlenstoff auf der Oberfläche beschichtetem Siliziumoxid und mit leitfähigem Kohlenstoff auf der Oberfläche beschichtetem Silizium (Si). Zum Beispiel kann Siliziumoxid durch die Formel SiO_z beschrieben werden, wobei z zwischen 0,09 bis 1,1 liegt. Gemische aus kohlenstoffbasierten negativen Aktivmaterialien und siliziumbasierten negativen Aktivmaterialien können ebenfalls für das negative Aktivmaterial verwendet werden.
Das Bindemittel der negativen Elektrode erhöht die Bindungseigenschaften der negativen Aktivmaterialpartikel untereinander und mit einem Stromkollektor. Das Bindemittel kann ein nichtwässriges Bindemittel, ein wässriges Bindemittel oder eine Kombination davon sein. Beispiele für nichtwässrige Bindemittel können Polyvinylchlorid, carboxyliertes Polyvinylchlorid, Polyvinylfluorid, ein ethylenoxidhaltiges Polymer, Polyvinylpyrrolidon, Polyurethan, Polytetrafluorethylen, Polyvinylidenfluorid, Polyethylen, Polypropylen, Polyamidimid, Polyimid oder eine Kombination davon sein. Wässrige Bindemittel können kautschukbasierte Bindemittel oder Polymerharzbindemittel sein. Beispiele für kautschukbasierte Bindemittel beinhalten unter anderem Styrol-Butadien-Kautschuke, acrylierte Styrol-Butadien-Kautschuke, Acrylnitril-Butadien-Kautschuke, Acrylkautschuke, Butylkautschuke, Fluorkautschuke und Kombinationen davon. Beispiele für Polymerharzbindemittel beinhalten unter anderem Polyethylen, Polypropylen, Ethylenpropylen-Copolymer, Polyethylenoxid, Polyvinylpyrrolidon, Epichlorhydrin, Polyphosphazen, Polyacrylnitril, Polystyrol, Ethylenpropylendien-Copolymer, Polyvinylpyridin, chlorsulfoniertes Polyethylen, Latex, ein Polyesterharz, ein Acrylharz, ein Phenolharz, Harz, ein Epoxidharz, Polyvinylalkohol und Kombinationen davon.
Obwohl vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Vielmehr sind die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke beschreibende und keine einschränkenden Ausdrücke und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Wesen und Umfang der Erfindung abzuweichen. Zusätzlich können die Merkmale verschiedener umsetzender Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Herstellen von Materialien für eine positive Elektrode in einer Lithium-Ionen-Batterie, Folgendes: Herstellen oder Erhalten eines frischen Sintervorläufers, der ein Gemisch aus Metallhydroxiden oder Metallcarbonaten beinhaltet; Sintern des frischen Sintervorläufers in einer ersten sauerstoffhaltigen gasförmigen Umgebung bei einer ersten Temperatur, um ein erstes gesintertes Produkt auszubilden; Vermischen des ersten gesinterten Produkts mit frischem Sintervorläufer, um einen ersten vermischten Sintervorläufer auszubilden; und Sintern des ersten vermischten Sintervorläufers in einer zweiten sauerstoffhaltigen gasförmigen Umgebung bei einer zweiten Temperatur, um ein zweites gesintertes Produkt auszubilden.
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet das Verfahren eine oder mehrere zusätzliche Sinterstufen, die als Ausgangsmaterial Sinterprodukte einer vorherigen Sinterstufe erhalten.
In einem Aspekt der Erfindung wird ein Ausgang der einen oder mehreren zusätzlichen Sinterstufen mit einem Eingang in eine vorherige Sinterstufe vermischt.
In einem Aspekt der Erfindung werden Gemische aus zweimal gesinterten Vorläufern mit frischen vorgesinterten Vorläufern und/oder Vorläufern, die einmal gesintert wurden, vermischt.
In einem Aspekt der Erfindung werden Gemische aus dreimal gesinterten Vorläufern mit frischen vorgesinterten Vorläufern und/oder Vorläufern, die einmal gesintert wurden, und/oder Vorläufern, die zweimal gesintert wurden, vermischt.
In einem Aspekt der Erfindung kann eine Kombination von Vorläufern, die eine, zwei und/oder drei Sinterstufen zurückliegen, miteinander vermischt und zusammen gesintert werden.
In einem Aspekt der Erfindung können nachgesinterte Metalloxide mit Sintervorläufern vermischt werden, die einen, zwei und drei Prozessschritte hinter einem fertig gesinterten Produkt zurückliegen, um abschließend zu reifen und effizient zu kalzinieren, was eine kürzere Kalzinierungszeit und eine niedrigere Kalzinierungstemperatur erlaubt, wodurch kein reiner Sauerstoff zum Sintern erforderlich ist und die Verwendung von Lithiumcarbonat als Lithiumquelle erlaubt wird.
In einem Aspekt der Erfindung werden ein frischer Sintervorläufer oder teilweise gesinterte Metalloxide zu einem Kathodenelektrodenbeschichtungsprozess hinzugefügt, sodass der frische Sintervorläufer und/oder die teilweise gesinterten Metalloxide als endothermes Aktivmaterial dienen, das während einer Situation eines thermischen Durchgehens einer Zelle weitersintert, sodass weniger Wärme und Temperatur freigesetzt werden.
In einem Aspekt der Erfindung ist der frische Sintervorläufer ein Vorläufer zum Ausbilden von Kobalt-Mangan (NCM), Nickel-Kobalt-Aluminium (NCA) oder Nickel-Kobalt-Mangan-Aluminium (NCMA).
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet der frische Sintervorläufer eine Komponente, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Lithiumhydroxid, Kobalthydroxid, Nickelhydroxid, Manganhydroxid, Lithiumcarbonat, Kobaltcarbonat, Nickelcarbonat, Mangancarbonat und Kombinationen davon besteht.
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet eine positive Elektrode ein gesintertes Material, das gemäß dem Verfahren einer vorherigen Ausführungsform ausgebildet wurde.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Herstellen von Materialien für eine positive Elektrode in einer Lithium-Ionen-Batterie Folgendes: Herstellen oder Erhalten eines frischen Sintervorläufers, der ein Gemisch aus Metallhydroxiden und/oder Metallcarbonaten beinhaltet; Bereitstellen des frischen Sintervorläufers zu einer ersten Sinterstufe einer Vielzahl von Sinterstufen, in der jede Sinterstufe als Eingang den Ausgang von einer unmittelbar vorhergehenden Sinterstufe erhält, wobei das Sintern in jeder Sinterstufe erfolgt; und Vermischen des Ausgangs von mindestens einer Sinterstufe mit dem Eingang einer vorherigen Sinterstufe.
In einem Aspekt der Erfindung werden Gemische aus zweimal gesinterten Vorläufern mit frischen vorgesinterten Vorläufern und/oder Vorläufern, die einmal gesintert wurden, vermischt.
In einem Aspekt der Erfindung werden Gemische aus dreimal gesinterten Vorläufern mit frischen vorgesinterten Vorläufern und/oder Vorläufern, die einmal gesintert wurden, und/oder Vorläufern, die zweimal gesintert wurden, vermischt.
In einem Aspekt der Erfindung kann eine Kombination von Vorläufern, die eine, zwei und/oder drei Sinterstufen zurückliegen, miteinander vermischt und zusammen gesintert werden.
In einem Aspekt der Erfindung können nachgesinterte Metalloxide mit Sintervorläufern vermischt werden, die einen, zwei und drei Prozessschritte hinter einem fertig gesinterten Produkt zurückliegen, um abschließend zu reifen und effizient zu kalzinieren, was dadurch eine kürzere Kalzinierungszeit und eine niedrigere Kalzinierungstemperatur erlaubt und nicht die Verwendung von reinem Sauerstoff zum Sintern erfordert und die Verwendung von Lithiumcarbonat als Lithiumquelle erlaubt.
In einem Aspekt der Erfindung kann in einer Lithium-Ionen-Batteriezelle ein Teil des frischen Sintervorläufers oder der teilweise gesinterten Metalloxide zu einem Kathodenelektrodenbeschichtungsprozess hinzugefügt werden, sodass der frische Sintervorläufer und/oder die teilweise gesinterten Metalloxide als endotherme Aktivmaterialien dienen, die während einer Situation eines thermischen Durchgehens einer Zelle weitersintern, sodass weniger Wärme und Temperatur freigesetzt werden.
In einem Aspekt der Erfindung ist der frische Sintervorläufer ein Vorläufer zum Ausbilden von Kobalt-Mangan (NCM), Nickel-Kobalt-Aluminium (NCA) oder Nickel-Kobalt-Mangan-Aluminium (NCMA).
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet der frische Sintervorläufer eine Komponente, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Lithiumhydroxid, Kobalthydroxid, Nickelhydroxid, Manganhydroxid, Lithiumcarbonat, Kobaltcarbonat, Nickelcarbonat, Mangancarbonat und Kombinationen davon besteht.
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet eine positive Elektrode ein gesintertes Material, das gemäß dem Verfahren einer vorherigen Ausführungsform ausgebildet wurde.

Claims

Verfahren zum Herstellen von Materialien für eine positive Elektrode in einer Lithium-Ionen-Batterie, umfassend: Herstellen oder Erhalten eines frischen Sintervorläufers, der ein Gemisch aus Metallhydroxiden oder Metallcarbonaten beinhaltet; Sintern des frischen Sintervorläufers in einer ersten sauerstoffhaltigen gasförmigen Umgebung bei einer ersten Temperatur, um ein erstes gesintertes Produkt auszubilden; Vermischen des ersten gesinterten Produkts mit frischem Sintervorläufer, um einen ersten vermischten Sintervorläufer auszubilden; und Sintern des ersten vermischten Sintervorläufers in einer zweiten sauerstoffhaltigen gasförmigen Umgebung bei einer zweiten Temperatur, um ein zweites gesintertes Produkt auszubilden.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend eine oder mehrere zusätzliche Sinterstufen, die als Ausgangsmaterial Sinterprodukte einer vorherigen Sinterstufe erhalten.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei ein Ausgang der einen oder mehreren zusätzlichen Sinterstufen mit einem Eingang in eine vorherige Sinterstufe vermischt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei Gemische aus zweimal gesinterten Vorläufern mit frischen vorgesinterten Vorläufern und/oder Vorläufern, die einmal gesintert wurden, vermischt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei Gemische aus dreimal gesinterten Vorläufern mit frischen vorgesinterten Vorläufern und/oder Vorläufern, die einmal gesintert wurden, und/oder Vorläufern, die zweimal gesintert wurden, vermischt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei eine Kombination von Vorläufern, die eine, zwei und/oder drei Sinterstufen zurückliegen, miteinander vermischt und zusammen gesintert werden kann.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei nachgesinterte Metalloxide mit Sintervorläufern vermischt werden können, die einen, zwei und drei Prozessschritte hinter einem fertig gesinterten Produkt zurückliegen, um abschließend zu reifen und effizient zu kalzinieren, was eine kürzere Kalzinierungszeit und eine niedrigere Kalzinierungstemperatur erlaubt, wodurch die Verwendung von reinem Sauerstoff zum Sintern vermieden wird und die Verwendung von Lithiumcarbonat als Lithiumquelle erlaubt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei ein frischer Sintervorläufer oder teilweise gesinterte Metalloxide zu einem Kathodenelektrodenbeschichtungsprozess hinzugefügt werden, sodass der frische Sintervorläufer und/oder die teilweise gesinterten Metalloxide als endothermes Aktivmaterial dienen, das während einer Situation eines thermischen Durchgehens einer Zelle weitersintert, sodass weniger Wärme und Temperatur freigesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der frische Sintervorläufer ein Vorläufer zum Ausbilden von Kobalt-Mangan (NCM), Nickel-Kobalt-Aluminium (NCA) oder Nickel-Kobalt-Mangan-Aluminium (NCMA) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der frische Sintervorläufer eine Komponente beinhaltet, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Lithiumhydroxid, Kobalthydroxid, Nickelhydroxid, Manganhydroxid, Lithiumcarbonat, Kobaltcarbonat, Nickelcarbonat, Mangancarbonat und Kombinationen davon besteht.
Positive Elektrode, die ein gesintertes Material beinhaltet, das durch das Verfahren nach Anspruch 1 ausgebildet wurde.
Verfahren zum Herstellen von Materialien für eine positive Elektrode in einer Lithium-Ionen-Batterie, umfassend: Herstellen oder Erhalten eines frischen Sintervorläufers, der ein Gemisch aus Metallhydroxiden und/oder Metallcarbonaten beinhaltet; Bereitstellen des frischen Sintervorläufers an eine erste Sinterstufe einer Vielzahl von Sinterstufen, in der jede Sinterstufe als Eingang den Ausgang von einer unmittelbar vorhergehenden Sinterstufe erhält, wobei das Sintern in jeder Sinterstufe erfolgt; und Vermischen eines Ausgangs von mindestens einer Sinterstufe mit dem Eingang einer vorherigen Sinterstufe.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei Gemische aus zweimal gesinterten Vorläufern mit frischen vorgesinterten Vorläufern und/oder Vorläufern, die einmal gesintert wurden, vermischt werden.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei Gemische aus dreimal gesinterten Vorläufern mit frischen vorgesinterten Vorläufern und/oder Vorläufern, die einmal gesintert wurden, und/oder Vorläufern, die zweimal gesintert wurden, vermischt werden.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei eine Kombination von Vorläufern, die eine, zwei und/oder drei Sinterstufen zurückliegen, miteinander vermischt und zusammen gesintert werden kann.