DE10237870B4

DE10237870B4 - Verfahren zur Herstellung von Batterieelektroden und die Verwendung dieser Batterieelektroden zum Herstellen von Sekundär-Lithium-Batterien sowie Batterieelektroden

Info

Publication number: DE10237870B4
Application number: DE10237870A
Authority: DE
Inventors: Dr. Naarmann Herbert; Dr. Kruger Franz Josef; Stefan Theuerkauf
Original assignee: Dilo Trading AG
Current assignee: Dilo Trading AG
Priority date: 2002-08-19
Filing date: 2002-08-19
Publication date: 2013-06-27
Anticipated expiration: 2022-08-20
Also published as: US20050258566A1; WO2004018538A2; WO2004018538A3; DE10237870A1; AU2003266290A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Batterieelektroden mit porigen Strukturen, das folgendes umfasst: Herstellen von Zusammensetzungen für Kathoden- oder Anodenmasse Extrudieren der jeweiligen Masse zum Ausbilden der Anode oder Kathode, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzungen für Kathoden- oder Anodenmasse 0,5–10 Gew.-%, bezogen auf die Elektrodenmasse, Isocyanate, enthaltend Bi-, Tri- und/oder Polyisocyanate, und 1–15 Gew.-% eines Polymerbinders, bezogen auf die Elektrodenmasse, in Form einer wässrigen Dispersion, umfassen, Extrudieren der Zusammensetzungen bei Temperaturen von 80 bis 180°C, Laminieren bei Drücken von 2·105 Pa bis 1·106 Pa auf Ableiter.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Batterieelektroden und die Verwendung dieser Batterieelektroden zum Herstellen von Sekundär-Lithium-Batterien sowie Batterieelektroden.
Als Batterien werden Vorrichtungen bezeichnet, die chemische Energie in elektrische Energie umwandeln. (Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry Vol A3, 343–395, 1985 Verlag VCH, Weinheim).
Wesentliche Bauelemente derartiger Vorrichtungen sind die Elektroden, die eine möglichst große Oberfläche aufweisen sollen, um optimale Reaktionsbedingungen für die Umwandlungsprozesse zu erreichen.
Die konventionelle Herstellung der Elektroden erfolgt durch Verwenden dünner Metallfolien oder Kompaktieren von Pulvern, vorzugsweise durch Beschichtung der pulverförmigen Reaktanden auf Stromkollektoren. („Elektrochemische Stromquellen”, K. Wiesener, I. Garche, M. Schneider, Akademie Verlag, Berlin 1981). Bei dieser sogenannten „Naßbeschichtung” werden die jeweiligen Materialien für die Anode bzw. Kathode in Lösungen von Polymerbinder suspendiert und dann als dünne Filme auf Stromkollektoren (Al, Cu o. ä.) aufgetragen. Die (oder das) Lösungsmittel werden/wird im Trockenkanal abgezogen und die Anode bzw. Kathode – gegebenenfalls mit einem Separator versehen – zu Batterie eingekapselt. Bei der Herstellung von wiederaufladbaren Batterien speziell bei Li-Batterien ist das Herstellen der dünnen Elektro-Streifen (Anode bzw. Kathode) und das Anordnen des Separators von besonderer Bedeutung, um die Diffusion der Reaktanten (insbesondere Leitsalze) optimal zu gestalten. (Varta Report 1/96 – Wiederaufladbare Li-Batterien)
Die Nachteile der konventionellen Verfahren liegen in der Verwendung von organischen Lösungsmitteln für die erforderlichen Polymerbinder, d. h. Recyclingzwang aus Umweltschutz- und Kostengründen, Verfügbarkeit ausgefeilter Film-Beschichtungstechnik (definierte Film-Dicke, Vermeidung von Strömung, Fehlstellen, Verdickungen, Verlaufformen, Störeinfluß durch Fremdpartikel, erforderliches Schutzgas) und dem Mangel (bzw. dem Ausschluß) an Möglichkeiten, den jeweiligen Film der Elektrodenmasse hinsichtlich Anordnung, Kompaktierung o. ä. zu beeinflussen.
Die DE 10020031 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Batterieelektroden und -separatoren, dass die Schritte des Herstellens von Zusammensetzung für Kathoden-, Anoden- oder Separatormasse und des Extrudierens der jeweiligen Masse zum Ausbilden der Anode, Kathode oder des Separators umfasst.
Die DE 19916043 A1 offenbart die Verwendung von Isocyanaten zur Herstellung von Batterielektroden. Die Isocyanate werden mit mehrwertigen Alkoholen umgesetzt.
Die US 4,569,821 A betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines porösen Metallkörpers, beispielsweise einer Elektrode für eine elektrische Zelle, wobei durch dieses Verfahren eine gleichförmige Porengröße in zuverlässiger Weise hergestellt wird. Dabei wird zunächst ein Schaum hergestellt, in den Metallpulver eingebracht wird. Danach wird der Schaum geformt und anschließend erwärmt, um das organische Material zu pyrrolisieren und das Metall zu sintern.
Somit besteht die erfindungsgemäße Aufgabe darin, ein Verfahren zur Herstellung von Batterieelektroden und mit diesem Verfahren hergestellte Batterieelektroden bereitzustellen, die die vorstehenden Probleme des Stands der Technik lösen. Im einzelnen umfasst die Aufgabe der Erfindung die Bereitstellung eines Verfahrens, das bei der Herstellung der Batterieelektroden ohne organische Lösungsmittel auskommt und Batterieelektroden mit einer vergrößerten inneren Oberfläche bereitstellen kann, sowie von mit diesem Verfahren hergestellten Batterieelektroden.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 12 gelöst. Weitere Aspekte der erfindungsgemäßen Aufgabe werden durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche gelöst.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Batterieelektroden wird eine Elektrodenmasse wie in Anspruch 1 definiert, hergestellt und aus dieser Elektrodenmasse werden Kathode oder Anode ausgebildet, wobei die Elektrodenmasse Isocyanate und eine wässrige Dispersion eines Polymerbinders wie in Anspruch 1 definiert, umfasst, die miteinander, vorzugsweise mit dem Wasser des dispergierten Polymerbinders reagieren, um porige, insbesondere offenporige Strukturen auszubilden. Gegebenenfalls wird zusätzlich eine Separatormasse hergestellt, die ebenfalls wie nachstehend beschrieben extrudiert wird.
Vorzugsweise handelt es sich bei den Batterien um Sekundär-Lithium-Batterien.
Vorzugsweise werden Gemische der Anoden- bzw. Kathodenmassen in Extruden gemischt und extrudiert und als Filme definierter Dicke auf Stromkollektoren aufgebracht, wobei 1–15 Gew.-% Polymerbinder, bezogen auf die Elektrodenmasse, als wässrige Dispersion in den Extruder eindosiert wird und Isocyanatgruppen, vorzugsweise Bi-, Tri- oder Polyisocyanate enthaltende Systeme, Bestandteile der Anoden- bzw. der Kathodenmasse sind. Einzelheiten des Verfahrens bzw. der Komponentenmischung werden in den Beispielen erläutert. Die Vorteile des Verfahrens bestehen in der kontinuierlichen Herstellung definierter poriger Anoden bzw. Kathoden ohne Verwendung störender Lösungsmittel mit dem Entfallen von Recyclingproblemen usw., der Möglichkeit der Anoden bzw. Kathoden durch Pressen bzw. Laminieren in die gewünschte Dicke zu bringen und nachträglich – bedingt durch die porige Struktur – mit Elektrolyt (Leitsalz + Leitsalzlösungsmittel) zu füllen.
Die porige Struktur der Anoden bzw. Kathoden ist ein Erfindungsmerkmal und entsteht durch chemische Reaktion der Isocyanatgruppen mit Reaktanden, vorzugsweise mit dem Wasser des dispergierten Polymerbinders. Durch die Menge und Art der Isocyanatgruppen enthaltenden Systeme (Di-, Tri- und/oder Polyisocyanate) sowie die Prozessführung im Extruden (Temperatur, Verweilzeit, Dosierung der Polymerbinder-Dispersion-Geschwindigkeit und Eindosierungsanordnung-) lassen sich definiert die Porenstruktur, d. h. die innere Oberfläche der Elektrodenmassen einstellen. Informationen über Isocyanate sind im Kunststoff-Lexikon 9. Auflage S. 252/253 1998 und in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry Vol A21, 665–711, 1992 Verlag Chemie Weinheim zu entnehmen.
Vorzugsweise können die Elektrodenmassen ferner Zusatzstoffe enthalten. Hierfür kommen beispielsweise Zusatzstoffe wie Füllstoffe, einschließlich SiO₂, Säurefänger, Inhibitoren, einschließlich MgO, Al₂O₃ oder Amine oder Aktivatoren in Organozinnverbindungen oder Lewis-Blasen, einschließlich DABCO^R (Diazabicyclooctan), in Frage. Diese Zusatzstoffe können in Mengen von 0,01 bis 1 Gew.-% enthalten sein.
Das Verfahren zur Herstellung von Batterieelektroden umfasst beispielsweise folgende Schritte:
A: Herstellen der Anodenmasse (AM)
A1: Extrusion der Anodenmasse
A2: Laminieren der Anodenmasse auf den Stromkollektor
B: Herstellen der Kathodenmasse (KM)
B1: Extrusion der Kathodenmasse
B2: Laminieren der Kathodenmasse auf den Stromkollektor
Das Arrangieren der Anode und der Kathode mit einem Separator und das Verkapseln zu einer fertigen, betriebsbereiten Batterie erfolgt nach bekannten Verfahrensschritten.
A: Für die Anodenmassen kommen die in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry Vol A3, 343–395, 1985, Verlag VCH, Weinheim aufgeführten Materialien in Frage, die mit einem Isocyanat, enthaltend ein Di-, Tri- oder Polyisocyanat, versetzt sind. Die Menge des Isocyanats beträgt 0,5–10 Gew.-% bezogen auf die Elektrodenmasse. Gegebenenfalls können noch weitere Polymere als Pulver oder feinkörnige Granulate verwendet werden, vorzugsweise in Mengen von 0,1–10 Gew.-%. Die Polymere sind z. B. Polyolefine, Polyethylen, Polypropylen, Polyisobuten, Polystyrol, Kautschuke auf Basis von Styrol/Butadien oder Isopren oder auch Fluorelastomere, vorzugsweise Terpolymere auf Basis von TFE (Tetrafluorethylen), HFP (Hexafluorpropylen) und VDF (Vinylidenfluorid). Die Komponenten werden gemischt, z. B. in einem Voith-Mischer, vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 20 und 80°C.
A1: Die Mischung A wird einer Extrusionsanlage (Collin 136/350 oder E IGT o. ä.) zugeführt. Der Extruder (vgl. Collin-Firmenschrift: Extrusionsanlagen) umfasst vorzugsweise folgende Einrichtungen: Drosselventile zum Einstellen des Durchflusses, einstellbare Schlitzweiten (Dicke und Breite), stufenlose Beheizung, Eindosierung (gravimetrisch bzw. volumetrisch kontrolliert), gleichläufiges oder gegenläufiges Schneckenpaar und Entgasungsstutzen.
Die Extrusion wird bei Temperaturen von 80 bis 180°C (z. B. Austrags-Breitschlitzdüse), vorzugsweise 120 bis 140°C durchgeführt. Es können auch Temperaturen von 80 bis 100°C (z. B. Einzugszone) eingestellt werden. Die wässrige Dispersion (z. B. Dyneon THV^R) des Polymerbinders kann über eine Dosierpumpe in der Einzugszone, beispielsweise bei Temperaturen von 20 bis 100°C, eingeführt werden. Die Menge des zudosierenden Polymerbinders beträgt 1–15 Gew.-% (bezogen auf die Gesamtanodenmasse), zugegeben als Dispersion.
A2: Die z. B. aus der Breitschlitzdüse austretende Anodenmasse, (Breite 30–500 mm, vorzugsweise 100–150 mm), Dicke 5 bis 1000 μm, vorzugsweise 100–400 μm, Temperatur z. B. 110–180°C, vorzugsweise 120–140°C, kann mit einem Stromkollektorband (Ableiter) aus Metall, z. B. Cu-Folie, zusammengeführt und laminiert werden (Druck: 2·10⁵ Pa bis 1·10⁶ Pa). Das ausgetretene Anodenmaterial ist durch die Reaktion des Isocyanates vorzugsweise offenporig strukturiert und wird durch den Druck beim Laminieren auf den Ableiter auf die gewünschte Dicke bzw. Porigkeit gepresst.
Die Prozesse B, B1 und B2 für die Kathode erfolgen analog.
Als Isocyanate kommen allgemein in der Technik bekannte Verbindungen in Frage. Besonders bevorzugt sind Isophoron-diisocyanat, 1,4-Cyclohexandiisocyanat, Uretidon-Desmodur TT^®, Prepolymer-Desmodur VP-PU 0137^®, Naphthalin-1,5-diisocyanat u. ä., die vorzugsweise in die jeweiligen Anoden- bzw. Kathodenmasse gemischt werden.
Es besteht aber auch die Möglichkeit, die erfindungsgemäße Zugabe der Isocyanat-Systeme über eine separate Zudosierung im Extruder durchführen.
Als Polymer-Binder-Dispersion sind wässrige Dispersionen mit nicht-ionischen Emulgatoren bzw. Salze von Perfluorcarbonsäuren, vorzugsweise mit einer Kohlenstoffatomanzahl von mehr als 6, und Polymeren auf Basis von Fluorpolymeren, insbesondere Co- oder Ter-Polymeren, z. B. Dyneon THV^®, geeignet.
Im Anschluss wird die Erfindung anhand von bevorzugten Beispielen erläutert. Sie ist aber keineswegs auf diese beschränkt.
In den Beispielen bedeutet „Teile” Gewichtsteile.
Vergleichsbeispiel 1
Herstellung einer Kathodenmasse: 2600 Teile LiCoO₂ SS5^® werden mit 300 Teilen Ensaco 200^® (Leitruß) (Erachem) sowie 50 Teilen Desmodur 15^® (Naphthalin-1,5-diisocyanat) (Bayer) vermischt (Voith-Mischer, Raumtemperatur, 60 Minuten) und diese Mischung in einen Collin Extruder eingetragen, der mit 100–110°C Innentemperatur betrieben wird, gleichzeitig werden 1500 Teile einer wässrigen Dispersion (35%ig) eines Terfluorpolymeren THV Dyneon 120 D^® (3M) über eine Dosierpumpe in den Extruder eingespeist, der eine Entgasungsdüse hat. Bei einer Verweilzeit von 1–3 Minuten im Mischungsbereich des Extruders wird die Masse über eine Breitschlitzdüse ausgetragen (150 mm breit, Dicke des Spaltes 15 μm). Die Masse tritt als geschlossene Folie aus und hat eine Dicke von 25–40 μm, die austretende Kathodenmasse wird auf eine geprimerte Al-Folie aufgetragen und bei 150–180°C getrocknet. Die Eigenschaften und Wirkungsweise dieser Elektroden in einer Li-Polymerbatterie sind in der anschließenden Tabelle gezeigt.
Vergleichsbeispiel 2
Poly-Isocyanat und Binder werden als Dispersion eingetragen. Wird wie im Beispiel 1 beschrieben gearbeitet, jedoch ohne Isocyanat in der Mischung, aber mit einer Polyisocyanat-Dispersion wässrig 40%ig (100 Teile), die mit 1300 Teilen der wässrigen Polymerdispersion (entsprechend Beispiel 1) kombiniert wird und gleichzeitig in den Extruder eindosiert wird, so wird eine Kathodenmasse erhalten, die eine Dicke von 30–45 μm hat und ebenfalls im Trockenkanal bei 120–185°C getrocknet wird. Auch diese Masse zeigt eine offenporige Struktur. Die Eigenschaften und Wirkungsweise dieser Elektroden in einer Li-Polymerbatterie sind in der anschließenden Tabelle gezeigt.
Beispiel 3
Herstellung einer Anodenmasse: 2800 Teile synth. Graphit MCMB (Mesocarbon Microbeads) 25/28^® werden mit 150 Teilen Leitruß Ensaco 250^® sowie 40 Teilen MdI-Desmodur^® (4,4'-Methylendiphenyldiisocyanat) wie im Beispiel 1 beschrieben gemischt und in einen Collin Extruder dosiert, in den gleichzeitig 1500 Teile einer 35%igen wässrigen Polymerdispersion (enspr. Beispiel 1) gepumpt werden. Wie im Beispiel 1 wird auch hier eine Masse extrudiert, die eine Dicke von 25–45 μm hat und kontinuierlich auf eine Cu-Folie laminiert wird und anschließend im Trockenkanal (120–180°C) getrocknet wird. Die Struktur der Masse ist porös, die Restfeuchte ist < 0,002%. Die Eigenschaften und Wirkungsweise dieser Elektroden in einer Li-Polymerbatterie sind in der anschließenden Tabelle gezeigt.
Beispiel 4
Entsprechend Beispiel 3, jedoch mit einem Polyoldiisocyanat aus TDI^® und von Poly(tetramethylenglykol) 40 Teile (Verhältnis TDI zu Glykol 1:1). Auch in diesem Fall wird aus der Breitschlitzdüse des Extruders eine Anodenmasse erhalten, die mit einer Dicke von 30–50 μm austritt, auf Cu-Folie laminiert wird und nach dem Trocknen eine Restfeuchte < 0,002% aufweist und eine offenporige Struktur hat. Die Eigenschaften und Wirkungsweise dieser Elektroden in einer Li-Polymerbatterie sind in der anschließenden Tabelle gezeigt.
Beispiel 5
Herstellen eines Verbundes aus Anode und Kathode mit einem Separator als Zwischenschicht. Die Anode (Beispiel 3) und die Kathode (Beispiel 1) werden mit einer Zwischenschicht z. B. Cellgard^® versehen und zwar so, dass das Cellgrad zwischen Anode und Kathode eingeführt wird; so dass die Stromkollektoren die Außenschicht des Verbundsystems sind. Vor dem Laminieren von Anode, Zwischenschicht (Cellgard) und Kathode werden die Folien mit einer 1 molaren Lösung von LiPF₆ in Ethylencarbonat, Diethylcarbonat und Dimethylcarbonat (1:1:1), jeweils 1500 g auf 5000 g der Gesamtmasse, benetzt. Nach der Benetzung, das entspricht dem Vollsaugen der porösen Materialien mit dem Elektrolyten, und bei Temperaturen von 20–120°C und Drücken von 1–100 bar (entspr. 0,1 MPa bis 10 MPa). Das Verbundsystem wird dann konventionell verarbeitet zu prismatischen od. Wickelzellen und dann erfolgt das Einhausen und Polen (d. h. Kontaktieren der Anoden- bzw. Kathodenendflächen mit positiven bzw. negativen Pol der betriebsfertigen Batterie). Die Eigenschaften und Wirkungsweise dieser Elektroden in einer Li-Polymerbatterie sind in der anschließenden Tabelle gezeigt.
Vergleichsbeispiel 6
Herstellung einer Kathodenmasse mit wässriger Polymerdispersion aber ohne Isocyanat-Zusatz. Wird entsprechend Beispiel 1 gearbeitet ohne Zugabe der MdI-Desmodur^R so wird unter sonst gleichen Arbeitsgängen eine Folie erhalten, die beim Austritt aus der Extruderdüse eine Dicke von 15–30 μm aufweist und nach dem Trocknen eine Feuchtigkeit von < 0,002% hat. Die Eigenschaften und Wirkungsweise dieser Elektroden in einer Li-Polymerbatterie sind in der anschließenden Tabelle gezeigt.
Vergleichsbeispiel 7
Herstellung einer Anodenmasse ohne Isocyanat-Zusatz. Wird entsprechend Beispiel 3 gearbeitet, jedoch ohne Zusatz des MdI-Desmodur^®, so wird ebenfalls, unter sonst gleichen Arbeitsbedingungen eine Folie erhalten, die beim Austritt aus der Extruderdüse eine Dicke von 18–25 μm aufweist und nach dem Trocknen eine Feuchtigkeit von < 0,002% hat. Die Eigenschaften und Wirkungsweise dieser Elektroden in einer Li-Polymerbatterie sind in der anschließenden Tabelle gezeigt.
Referenzbeispiel 8
Herstellung eines Separators
In einem Collin Extruder werden 200 Teile eines Präpolymeren auf Basis von Poly(tetramethylenglykol) Molmasse 5–10 000 und MDi^R als Reaktionspartner zudosiert (Verhältnis Polyol zu MDi Gewicht 1:1) und 1500 Teile einer 50%igen Dispersion bestehend aus 600 Teilen Dyneon THV^R und 150 Teilen Leitfähigkeitsruß Ensaco^R sowie eine Aufschlämmung von 100 Teilen MgO/Al₂O₃ (Gewicht 1:1) in 500 Teilen Wasser eindosiert. Der Extruder arbeitet bei Temperaturen 100°C–120°C, über einen Entgasungsstutzen wird ein Teil des Wassers abgezogen.
Aus der Düse des Extruders tritt eine poröse Masse aus, die über Release-Papier ausgetragen wird und bei 120–180°C getrocknet wird. Die erhaltene Folie hat eine Dicke von ~30 μm und nach dem Trocknen einen Wassergehalt < 0,002%.

Die Folie ist als Zwischenlage für das Verbundsystem mit Anode und Kathode geeignet, da sie porös ist, um Elektrolyten aufnehmen zu können und genügend rissfest und elastisch ist für einen weiteren kontinuierlichen Verarbeitungsprozess. Tabelle 1

	Poren ∅ μm (ASTM 316)	QT-FS-1010 Porosität (%)	Oberfläche m²/g
Kathodenmasse entspr. Bsp. 1	0,1–1,5	95	0,5
Kathodenmasse entspr. Bsp. 2	0,1–1,5	90–95	0,3
Anodenmasse entspr. Bsp. 3	0,1–2	95	0,6
Anodenmasse entspr. Bsp. 4	0,1–3	95	0,6
Separatormasse entspr. Bsp. 8	0,1–1,6	65	0,5
Anodenmasse entspr. Bsp. 6	0,3–1,5	80–85	0,08
Anodenmasse entspr. Bsp. 7	0,3–1,5	75–80	0,1
Solupor 8PO7A Firma DSM	0,7	85	0,2
Polyethylen mit Mikroporen
Celgard^® 2700 Celgard Incorp.	0,2–0,3	37	0,2

Beispiele 1, 2, 6 und 7 sind Vergleichsbeispiele.
Herstellung einer Batterie:
Der entsprechend den Beispielen hergestellten Verbund aus Anode/Separator und Kathode wird zu einem Wickel gerollt und über die Wickelstirnflächen kontaktiert, gepolt, und dann eingebaut. Der Wickeldurchmesser beträgt 8,2 cm, die Ladung (galvanostatisch) erfolgt mittels eines Digatron-Ladegerätes stufenweise von 3,0 über 3,6 und dann bis zu 4,2 Volt; jeweils mit Strömen von 0,15 mA/cm².
Die Entladung erfolgt ebenfalls mit Strömen von 0,15 mA/cm².

Wickelzellen wurden hergestellt aus:

1.* Kathodenmasse Vgl. Bsp. 1 (Ah) + Anodenmasse Bsp. 3 52	Entladekapazität 52
2.* Kathodenmasse Vgl. Bsp. 2 + Anodenmasse Bsp. 4	54
3.* Kathodenmasse Vgl. Bsp. 6 + Anodenmasse Bsp. 3	62
4.* Kathodenmasse Bsp. 2 + Anodenmasse Vgl. Bsp. 7	60

* jeweils mit der Separatormasse Ref. Bsp. 8

5. Kathodenmasse Vgl. Bsp. 1 + Anodenmasse Bsp. 3 mit Cellgard als Separator	52

6. Kathodenmasse Vgl. Bsp. 1 + Anodenmasse Bsp. 3 mit Solupor als Separator	52

7. Werden Kathodenmassen bzw. Anodenmassen nicht mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt, sondern durch Extrusion der äquivalenten Mengen an Fluorelastomere, also ohne Isocyanat-Zusätze und nicht als wässrige Dispersionen, so werden unter analogen Bedingungen Entladekapazitäten zwischen 35 und 40 Ah erhalten (7a, 7b) z. B.: 7a. Kathodenmasse Vgl. Bsp. 1 ohne Diisocyanat und 525 Teilen Perfluorpolymer THV Dyneon 120^® + Anodenmasse Bsp. 3 ohne Diisocyanat und (wie oben) 525 Teilen THV Dyneon 120^® mit Separator entsprechend Ref. Bsp. 8 7b. wie 7a, aber mit Cellgard als Separator

Claims

Verfahren zur Herstellung von Batterieelektroden mit porigen Strukturen, das folgendes umfasst: Herstellen von Zusammensetzungen für Kathoden- oder Anodenmasse Extrudieren der jeweiligen Masse zum Ausbilden der Anode oder Kathode, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzungen für Kathoden- oder Anodenmasse 0,5–10 Gew.-%, bezogen auf die Elektrodenmasse, Isocyanate, enthaltend Bi-, Tri- und/oder Polyisocyanate, und 1–15 Gew.-% eines Polymerbinders, bezogen auf die Elektrodenmasse, in Form einer wässrigen Dispersion, umfassen, Extrudieren der Zusammensetzungen bei Temperaturen von 80 bis 180°C, Laminieren bei Drücken von 2·10⁵ Pa bis 1·10⁶ Pa auf Ableiter.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Isocyanate aus der Gruppe bestehend aus Isophoron-diisocyanat, 1,4-Cyclohexandiisocyanat, und Naphthalin-1,5-diisocyanat gewählt sind.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Polymerbinder aus der Gruppe bestehend aus Polyolefinen, Polystyrol, Kautschuken auf Basis von Styrol/Butadien oder Isopren, und Fluorelastomeren, vorzugsweise deren Co- und/oder Terpolymeren, weiter bevorzugt Terpolymere auf Basis von Tetrafluorethylen, Hexafluorpropylen und Vinylidenfluorid gewählt ist.
Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Polymerbinder-Dispersionen wässrige Dispersionen mit nicht-ionischen Emulgatoren oder Salzen von Perfluorcarbonsäuren mit einer Kohlenstoffatomanzahl von vorzugsweise mehr als 6 oder Polymere auf Basis von Fluorpolymeren, insbesondere Co- oder Ter-Polymeren, verwendet werden.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Extrusion der Elektrodenmassen bei Temperaturen von 120 bis 140°C erfolgt.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anodenmasse mit interkalierbaren Kohlenstoff, vorzugsweise Graphit oder sphärische Kohlenstoffpartikel hergestellt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathodenmasse mit interkalierbaren Metalloxiden, vorzugsweise von Mn, Ni, Co, Ti, Cr, Mo, W hergestellt wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenmassen Zusatzstoffe wie Füllstoffe, einschließlich SiO₂, Säurefänger, Inhibitoren, einschließlich MgO, Al₂O₃, oder Amine oder Aktivatoren in Organozinnverbindungen oder Lewis-Basen, einschließlich 1,4-Diazabicyclo[2.2.2]octan, enthalten.
Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzstoffe in Mengen von 0,01 bis 1 Gew.-% in den Elektrodenmassen enthalten sind.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Elektrodenmassen mittels einer Breitschlitzdüse des Extruders mit Breiten von 30 bis 500 mm und Dicken von 5 bis 1000 μm extrudiert werden.
Verwendung einer nach einem der Ansprüche 1 bis 10 hergestellten Batterieelektrode zur Herstellung von Batterien vom Sekundär-Lithium-Batterie-Typ.
Batterieelektroden, welche Kathodenmassen oder Annodenmassen aufweisen, die erhältlich nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 sind.