DE10352063A1

DE10352063A1 - Lithium-Polymer-Batteriesystem und Verfahren zu dessen Herstellung

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Publication number: DE10352063A1
Application number: DE10352063A
Authority: DE
Inventors: Herbert Dr. Naarmann; Franz Josef Dr. Kruger
Original assignee: Dilo Trading AG
Current assignee: Dilo Trading AG
Priority date: 2003-11-07
Filing date: 2003-11-07
Publication date: 2005-06-16
Anticipated expiration: 2023-11-08
Also published as: DE10352063B4

Abstract

Es wird ein Lithium-Polymer-Batterie-System, das eine Li-interkalierbaren Kohlenstoff enthaltende aktive Elektrodenmasse für die Anode und eine Li-interkalierbare Schwermetalle enthaltende Elektrodenmasse für die Kathode umfasst, wobei die aktiven Elektrodenmassen jeweils als einphasige, aprotische Lösungsmittel enthaltende Pasten auf einen Anodenableiter und einen Kathodenableiter aufgebracht sind, und ein Verfahren zu dessen Herstellung offenbart.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lithium-Polymer-Batteriesystem, insbesondere auf ein Lithium-Polymer-Batteriesystem mit besondere aprotische Lösungsmittel enthaltenden aktiven Elektrodenmassen, und ein Verfahren zur Herstellung des Lithium-Polymer-Batteriesystems.

Lithium-Polymer-Energiespeicher sind Li-Polymer-Batterien, die nach einem speziellen Verfahren und neuen Konzepten sowie mit neuen Komponenten hergestellt werden. Lithium-Polymer Batterien bestehen aus Anode, Kathode und einem Polymerelektrolyten als Separator.

Anode, Kathode und Separator werden zusammengeführt, so daß ein Verbund entsteht, bei dem der Separator als Zwischenlage für Anode/Kathode dient. Der erhaltene Verbund wird dann zu Mehrfachlagen verarbeitet und zu prismatischen bzw. Wickelzellen verarbeitet. Nach dem Einhausen und Polen liegt eine Lithium-Polymer Batterie vor, die nach dem Formieren betriebsbereit ist mit Spannung von ca. 4 Volt und Zyklenzeiten > 300.

Einzelheiten zur Herstellung und zum System sind literaturbekannt und dem „Handbook of Battery Materials" edit. I.O. Besenhard, Verlag VCH, Weinheim, 1999, zu entnehmen (Dokument 1). Spezielle Herstellungsverfahren, wie z. B. den sog. Bellcore-Prozeß sind beschrieben in "Lithium Ion Batteries" edit M. Wakihara et O. Yamamoto, Verlag VCH, Weinheim 1998 S. 235 u. 10.9 (Dokument 2).

Zur Herstellung der Lithium-Polymer Batterie werden grundsätzlich verschiedene Prozesse verwendet. Eine Variante ist der Beschichtungsprozeß, bei dem (die) der für die Kathoden- bzw. Anodenmasse erforderliche Polymerbinder gelöst wird (z.B. ca. 5-10 Fluorelastomere Homo- oder Copolymere in z.B. N-Methyl-pyrrolidon (NMP) und diese Polymerlösung mit den kathoden- bzw. anodenspezifischen Zusätzen wie Li-interkalierbare Metalloxide bzw. Li-interkalierbare Kohlenstoffe (Ruß, Graphit o.ä.) versetzt und dispergiert wird und dann diese Dispersion entsprechend der Filmbeschichtungstechnik auf Stromkollektoren (Folien, Bändern, Netzen o.ä. – Cu vorzugsweise für die Anode, Al vorzugsweise für die Kathode) aufgetragen wird.

Eine Variante (1a) der oben beschriebenen Beschichtungstechnik besteht in der Verwendung von wässrigen Polymerdispersionen anstelle der Polymerlösungen mit organischen Lösungsmitteln. Die nach 1 bzw. 1a erhaltenen Beschichtungen werden nach dem Trocknen (gewickelt) zu prismatischen oder Wickelzellen verarbeitet, wobei als Zwischenlage ein sog. Separator z. B. aus Cellgard^® o.ä. mit porösen Strukturen verwendet wird, ein derart hergestelltes System wird verkapselt und vor dem Verschließen mit (Elektrolyt) Leitsalzlösung (d.h. Leitsalz gelöst in aprotischen Lösungsmitteln) gefüllt. (z. B. durch Anlegen von Vakuum).

Der Bellcore-Prozeß (1 b) ist eine weitere Variante der Beschichtungstechnik, hier wurde schon in die Anoden- bzw. Kathodenmasse eine Komponente (z.B. Dibutylphthalat, DBP) mit eingearbeitet, die vor der Zusammenführung von Anode/Kathode/Separator im sog. Bellcore-Prozeß (vgl. Dokument 2) herausgelöst wird, um ausreichende Porosität d. h. Aufnahmevermögen für die Leitsalzlösung (Elektrolyt) zu schaffen.

Ein grundsätzlich anderer Prozeß (2) ist die Extrusion z.B. vom Separator (Polymer-Gelelektrolyt) und z.B. einer Kathode (US-Patent 4,818,643; entspricht EP 0 145 498 B1 und DE 34 85 832T ) bzw. die Extrusion von Anode, Separator und Kathode in parallel geschalteten Extrudern und nachfolgendem Zusammenführen ( DE 100 20 031 A1 ). Die letztere Patentanmeldung offenbart ein Verfahren, in dem jeweils trägerlösungsmittelfreie Anodenmasse, Separator (Polymer-Gel-Elektrolyt) und Kathodenmasse in parallel geschalteten Extrudern extrudiert und anschließend als eine Einheit zusammengeführt werden, die mit Kollektorfolien laminiert wird.

Die bislang beschriebenen Verfahren haben allesamt, wenn auch unterschiedliche Nachteile: Bei den Beschichtungsprozessen (1 – 1a) muß in allen Fällen das organische Lösungsmittel bzw. das Wasser (eingeschleppt durch die Polymerlösung bzw. Dispersion) beseitigt werden. Verbleibendes Lösungsmittel führt zum "Fading", d. h. Nachlassen der Batterie-Effizienz und mangelnder Zyklenstabilität, das organische Lösungsmittel muß aus Kostengründen und zum Umweltschutz entfernt werden, das bedeutet hohe Trocknungstemperaturen bzw. beim kontinuierlichen Prozeß längere Trocknungszeiten bei niederen Trocknungstemperaturen und Vakuum, analoges gilt für die Abtrennung von Wasser: Nachteile entstehen im Film: Inhomogenitäten, Rißbildung beim engen Wickeln, verminderte Haftung auf den Stromkollektoren, Schädigung der Stromkollektoren, Unterwanderung des Films durch den Elektrolyten, u. ä. Bei der Befüllung mit dem Elektrolyten erfolgt nur mangelnde Benetzung der Anoden- bzw. Kathodenmasse.

Beim Prozeß 1b ist die Porosität zur Aufnahme des Elektrolyten gegeben, jedoch gelten alle anderen bei 1-1a genannten Nachteile auch für 1b.

Bei dem Extruderprozeß wird u. a. Polyethylenoxid (PEO) verwendet (US-Patent Nr. 4,818,643), das jedoch beim Batteriebetrieb keine Langzeitstabilität aufweist, d. h. Zyklenstabilität < 100. Der andere Extruderprozeß arbeitet mit Elektrolyten auf Basis von EC/γ-BL (d. h. Ethylencarbonat, γ-Butyrolacton) mit LiClO₄ als Leitsalz, auch dieses System zeigt geringe Zyklenstabilität < 100 (siehe z.B. DE 100 20 031 A1 ), da unter den Betriebsbedingungen der Batterie das γ-BL reagiert und störende Nebenprodukte liefert: Auch das beanspruchte Polymer PMM (Polymethylmethacrylat) ist nicht stabil und führt zu störenden Nebenreaktionen. Die in den Beispielen genannten Rezepturen für Anode, Kathode und Separator (Polymergel-Elektrolyt) und das im Beispiel (1) zitierte Verfahren führen zu Batterien, die etliche Wünsche im Hinblick auf Zyklenstabilität und Leistung offen lassen.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Lithium-Polymer-Batterie-System, insbesondere mit verbesserter Leistung und Zyklenstabilität, und ein Verfahren zu dessen Herstellung zur Verfügung zu stellen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 16 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen werden in den Unteransprüchen dargelegt.

Die vorliegende Erfindung umgeht die Nachteile der früher bekannten Verfahren durch eine vollkommen neue Konzeption, nämlich der Verwendung neuer erfindungsgemäßer aprotischer Lösungsmittel entsprechend den folgenden allgemeinen Formeln I – IV: Im folgenden werden die erfindungsgemäßen aprotischen Lösungsmittel oder Zusätze durch die allgemeinen Formeln I bis IV dargestellt:

Die Umsetzungsprodukte können ausgehend vom 1-Chlor(Brom)-ethylencarbonat erhalten werden, im Fall I b mit Propen oder Isopropylchlorid, im Fall I c mit den entsprechenden Isopropylalkoholaten.

Typ II sind Oligomerisierungsprodukte von I, wenn R = R₁ = Isopropyl ist, so dass dann das Ausgangsprodukt difunktionell reagiert.

III sind Umsetzungsprodukte von Isopropyl- bzw. Diisopropylbenzol mit I, Ib₁ und/oder I c₁

Cooligomerisierungsprodukt von I mit Isopropyl (IB) oder Diisopropylbenzol (DiB)

Umsetzungsprodukte von Polymeren P, die Isopropylreste enthalten, (mit Molmassen von 1000 bis 100000) mit I Isopropylcarbonatestern oder mit Diisopropylcarbonat (R₁ = Isopropyl).

IV b Umsetzungsprodukt entspr. IV, aber unter Verwendung von Diisopropylcarbonat, wobei auch vernetzte Umsetzungsprodukte des Typs IV b entstehen können.

Wird das Herstellverfahren für die Dimerisierung von Isopropybenzol zum „Dicumyl" (2,3-Dimethyl, 2,3-diphenylbutan) auf die Umsetzung (Herstellung) von IV mit Diisopropylcarbonat übertragen, so werden im Allgemeinen vernetzte (unlösliche) Strukturen des Typs IV b_ver in Mengen von 20-30 Gew.-%, bezogen auf den Gesamtanteil des Umsetzungsproduktes, erhalten.

Angaben zu den erfindungsgemäßen Lösungsmitteln bzw. Hilfsstoffen

Herstellung: entspricht Vorschrift Kp 130-135°C/_{0,5 mm Hg}
Ausgangssubstanz: Methylisopropylcarbonat
Ausbeute: ca. 35% bezogen auf Ausgangssubstanz, wachsartig

Typ I b bzw. I c

Bei diesen Typen wird in 1-substituiertes Ethylencarbonat (EC) bei I b

bei I c

Die Herstellung dieser Ausgangssubstanzen kann durch Umsetzen von 1-Chlor(Brom)-ethylencarbonat und Einführen der oben genannten Substituenten erfolgen.
1-Isopropylcarbonat ist ein kristallisierender Feststoff Fp 69-70°C, Kp 165-170/_{1
mm Hg}

Der durch Dimerisierung erhältliche Typ 1 b 2,3-Dimethyl, 2,3-di-ethylencarbonat hat eine Molmasse theoretisch 258,1; gef. 261

Erfindungsgemäße Carbonate vom Typ III können erhalten werden, z.B. a) – entsprechend der allgemeinen Herstellungsvorschrift – durch Umsetzen von (iB) Isopropylbenzol mit Isopropylethylencarbonat

IV Umsetzungsprodukte von Polymeren P, die Isopropylreste enthalten; P Molmasse 1000 bis 100000

Typ IV a Polymere mit Carbonat-Endgruppen hergestellt durch Kettenabbruch von lebenden ("living") anionischen Polymerisaten z.B. auf Basis von Styrol, α-Methylstyrol, Butadien, Isopren, Homo- oder Copolymerisate mit Isopropylchlorid (-bromid) oder 4-Chlor 1,3 dioxolanon(-2) (4-Brom...) (Chlor-methylencarbonat) als Kettenabbrecher (vgl. Lit. DE 10109737 und dort zit. Literatur).

Als Polymeres P kann ein anionisches hergestelltes Polybutadien dienen, das mit Isopropylchlorid abgebrochen wurde, die Molmasse beträgt z.B. 8500, P₁.

Die Bestimmung der Molmassen erfolgte mit der Ultrazentrifuge entsprechend der Lit. H. G. Elias, Makromoleküle Bd. I, S. 75 [1990] Hüthig u. Wepf-Verlag, Basel.

P₁ wurde mit I Isopropyl-methyl-carbonat entspr. der allgemeinen Herstellvorschrift zu IV a/I umgesetzt. Die Ausbeute an modifizierten Polymeren mit der Carbonat-Endgruppe betrug 16 %, bezogen auf eingesetztes Polymer P, wobei die Abtrennung des nicht modifizierten Ausgangsproduktes durch mehrfaches Umfällen aus Aceton mit Methanol gelang. Die Molmasse des Umsetzungsproduktes betrug ca. 8250.

Analog erfolgte die Umsetzung von P₁ mit I b₁

Die Ausbeute am Modifizierungsprodukt IV a/I b, betrug ca. 55 %. Die Reinigung erfolgte durch Umfällen. Die Molmasse dieses Produktes IV a/I b betrug ca. 8750.

Umsetzung von P1 mit (DPC) Diisopropylcarbonat IV a/DPC. Die Ausbeute betrug ca. 60 %, die Bestimmung der Molmasse – nach dem Reinigen durch Umfällen – ergab Werte von ca. 15000-16000, das entspricht der erwarteten Dimerisierung des Moleküls durch das difunktionell wirkende Diisopropylcarbonat.

Polymere mit Isopropylgruppen: Hierbei handelt es sich um Homopolymere P2 oder Copolymere P3. Homopolymere sind z.B. Polyvinylisopropylether oder Polyisopropyl(meth)acrylate oder aber Isopropylgruppen enthaltende Polyolefine mit ca. 1-30 Isopropylgruppen auf 1000 C-Atom (in der Molekülkette).

Die Bestimmung der jeweiligen Molmassen erfolgte entsprechend H. G. Elias, Makromoleküle Bd. 2, Seite 49/55, 1992 Hüthig Ü. Wepf Verlag, Basel, vorzugsweise viskosimetrisch.

Die üblicherweise verwendeten aprotischen Lösungsmittel, wie Alkylcarbonate, Ether, Laktame, Laktone, werden in Dokument 1 auf Seite 457/461 beschrieben.

Die erfindungsgemäßen neuen aprotischen Lösungsmittel können vorzugsweise in Mengen von 10 – 100 Gew.-% (bezogen auf die Gesamtlösungsmittelmenge) eingesetzt werden. Ihre Synthese beruht beispielsweise auf der dehydrierenden Kupplung der Isopropylgruppe nach Gleichung (1):

Während die neuen aprotischen Lösungsmittel entsprechend der Formel I bzw. Ia niedermolekulare Flüssigkeiten sind, sind die analogen Derivate entsprechend den Formeln II, III, IVa, IVb, IVc (in Abhängigkeit vom Kondensationsgrad n und der Molmasse P des Polymerbackbones hochviskose Pasten, Gele oder Feststoffe. Vorteilhaft ist die einfache Verarbeitung, bei der das jeweilige Leitsalz (vgl. Dokument 1, S. 461/497) – besonders geeignet sind Li-organoborate (Lithiumoxalatoborat (LiOB), kombiniert z.B. mit LiPF₆ (oder entsprechendes Lithiumtrifluormethylsulfonat, Lithiumtrifluormethylsulfonylimid oder dergleichen) – oder Leitsalzgemisch mit den erfindungsgemäßen neuen Lösungsmitteln vermischt und als Paste verarbeitet und angewendet wird.

In der vorliegenden Anmeldung sind Pasten als Festkörperdispersionen nieder- bis hochmolekularer Materialien definiert, während Schmelzen erstarrte polymere Materialien sind, die über ihren Erweichungsbereich erhitzt wurden.

Die Ableiter (für die Anode A, für die Kathode K) werden vorteilhaft mit den jeweiligen Elektrodenmassen (AAM: aktive Anodenmasse, AKM: aktive Kathodenmasse) beaufschlagt und dann mit einem porösen Separator (S), der als isolierende Zwischenanlage dient, laminiert. AAM bzw. AKM liegen als einphasige Pasten vor und werden in definierter Dicke von 5 – 100 μm, vorzugsweise von 18 – 40 μm aufgetragen. Als Ableiter A bzw. K können Metallfolien, Netze, Vliese oder Gewebe, aus Cu, vorzugsweise als Anoden-Ableiter bzw. aus Al, Ti, Sn als Kathoden-Ableiter dienen. Die Ableiter sind vorzugsweise geprimert bzw. mit Grundanstrich versehen.

Ein Grundanstrich bzw. Primer ist in der vorliegenden Patentanmeldung als eine Grundbeschichtung (Grundierung) aus einer oder mehreren Schichten, die der Verbindung zwischen Untergrund und weiteren Schichten dient, definiert. Daneben können durch den Grundanstrich weiter Aufgaben, z.B. Korrosionsschutz, erfüllt werden.

Als Primer dienen bevorzugt elektrisch leitfähige Schichten aus Ruß, Graphit, ITO oder ähnliche Materialien (ITO = Indium Tin Oxide) mit oder ohne Polymeren als Bindemittel. Die Herstellung der Primer-Beschichtungen ist nicht Gegenstand dieser Anmeldung.

Die technische Durchführung des Verfahrens erfolgt gemäß einer bevorzugten Ausführungsform folgendermaßen: Die einphasigen Pasten (AAM bzw. AKM) werden mit einem Rakel oder einem Düsen- bzw. Spaltsystem in Dicken von 5 – 100 μm, vorzugsweise von 18 – 40 μm auf die Ableiter (A bzw. K), die z.B. mit Dicken von 8 – 20 μm, vorzugsweise von 10 – 15 μm vorliegen, aufgetragen.

Als Separator S dient bevorzugt eine Zwischenlage, die

1.) porös ist,
2.) Dicken von 10 – 50 μm hat und
3.) anorganische bzw. organische Gerüststrukturen enthält: z.B. Polyfluorterpolymere, Polyolefine, Blockpolymerisate, Kautschuke und dergleichen, ferner Blockpolymerisate, Kautschuke und dergleichen, ferner z.B. MgO, Al₂O₃, SiO₂, Zeolith, Borate, Zement oder andere Polysilikate in Mengen von 10 – 50 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge des Separators sowie gegebenenfalls Elektrolyt bzw. aprotische Lösungsmittel.

Beschichtete Ableiter (Anode bzw. Kathode) bilden zusammen mit den aktiven Elektrodenmassen (AAM bzw. AKM) die Elektroden: Anode sowie Kathode, diese werden durch Einführen des Separators als Zwischenschicht zu einem Laminat kombiniert und dann durch Wickeln bzw. Stapeln zu einem Batteriesystem gestaltet, das dann durch Einhausen (Verpacken) und Polen mit anschließendem Formieren (Laden) die verkaufsfähige Batterie ergibt.

Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Lösungsmittel (I-IV), für sich oder im Gemisch in Kombination mit den Leitsalzen (LiOB oder LiPF₆ oder dergleichen) ist es erstmals möglich

1.) Elektroden ohne sonst üblichen Polymerbinder herzustellen und
2.) Homogene Elektrodenmassen mit gleichmäßiger Verteilung von Elektrolyt d. h. Lösungsmittel und Leitsalz aufzubauen. Das bedeutet eine ungehinderte Wanderung der elektrisch leitfähigen Komponenten beim Be- und Entladeprozeß.

Die erfindungsgemäßen Lösungsmittel bzw. pastösen Hilfsstoffe (der Formeln I a-IV b) sind substituierte Alkyl- bzw. Aryl-Carbonate, die durch Dimerisierung der Isopropylgruppe im Ausgangsmolekül entsprechend der Literatur hergestellt werden können.

Lit.: V.V. Korsfak et. al. Izv. Akad. Nauk. SSSR 1957, 1271, C.A. 52, 6352 [1958].
Gummi, Asbest, Kunststoffe 15, 344, [1969]
Dimerisierungen: Reaktionen der organischen Synthese Edit. Cesare Ferri, Georg Thieme Verlag Stuttgart, p. 267-271, 321-326, 327, 328, [1978]
DE 3503886 Verf. zur dehydrierenden Dimerisierung

Die nachfolgende Herstellung ist eine generelle beispielhafte Vorschrift, die auf die entsprechenden Isopropyl-Analoga übertragbar ist.

Herstellung von 2,3-Dimethyl-2,3-diphenylbutan aus Isopropylbenzol

Ansatz:

A) Vorlage 39 T p-Diisopropylbenzol
B) Zulauf 26 T der Zulaufmischung
T = Gewichtsteile

Zulauf

10 T Di-tert-butylperoxid
16 T p-Diisopropylbenzol oder Vielfache der Mengen

Herstellung:

39 T p-Diisopropylbenzol in den Polykessel vorlegen und auf 190°C = 10,5 mV erhitzen. Dann 26 T Zulauf in einer Stunde zupumpen. Über eine Kolonne Destillat abpumpen. Dann „Kolonnenventil" schließen und Rührer im Polykessel abstellen. 2 atü Stickstoff aufpressen und Inhalt in den Destillationskessel drücken. Im Destillationskessel leichtes Vakuum 100 mm/Hg anlegen und Rührung mit 20 U/min. einschalten. Destillationskesselheizung konstant auf 150°C einstellen.

Wenn der Inhalt des Polykessels in den Destillationskessel gedrückt ist, muss das Kolonnenventil geöffnet werden. Im Destillationskessel das überschüssige p-Diisopropylbenzol abdestillieren.

Destillation:

Rührerdrehzahl auf 80 U/min. erhöhen. Vakuumventil langsam öffnen, bis Rücklauf im Kühlerschauglas sichtbar 15 ist (mittlere Rücklaufgeschwindigkeit). Vakuum so nachregeln, dass Rücklauf etwa konstant bleibt. Endvakuum nach Beendigung des Rücklaufes ca. 20-25 mm Hg. 10 min nach Anlagen des vollen Vakuums Vakuumventil schließen, Kessel mit Stickstoff langsam auf 0,5 atü Stickstoff 20 stellen. Produkt austragen. Ausbeute ca. 16 T pro Ansatz.

Das Produkt hat eine Molmasse von 239. Das entspricht genau der Formel:

Die Elementaranalyse ergibt:	O negativ
	C 91,1 % theoret. 90,69
	H 9,0 % theoret. 9,31

35 Schmelzbereich: 103-105°C

Eine analoge Herstellvorschrift ist in DE 3503886 beschrieben (Beispiel 1: unter Verwendung von 1,1-Bis(tert.butyl-peroxy)-cyclohexan.

Die Elektrodenmassen können wie folgt zusammengesetzt sein:

Aktive Anoden Massen (AAM):

1. Wesentliche Komponente der AAM ist Li-interkalierbarer Kohlenstoff; hier sind vor allem natürlicher oder synthetischer Graphit geeignet, ferner Ruß sowie aktivierter Kohlenstoff, Kohlenstoff-Molekularsiebe (CMS; Carbon Molecular Sieves), Kohlenstoff-Gel, Kohlenstoff-Nanoröhrchen (Carbon-Nanotubes), sowie aktivierte Kohlenstofffasern (ACF; Activated Carbon Fibres) und dergleichen. Eine Zusammenfassung der Kohlenstoffmaterialien ist im "Handbook of porous Solids", Bd. 3, Seiten 1766 – 1963, Verlag Wiley-VCH, Weinheim 2002, zu finden (Dokument 3). Zur Anwendung gelangen z. B. MCMB^® 6-28, 10-28, 25-28, ferner Kropfmühlgraphit z. B. SGB^® 15, 20, 25 sowie Timcal Graphit z. B. LVH, KS6; SLP 30 u. ä. wie MSC-7A^® Takeda Comp. Japan oder auch nano-dimensionierte Li-interkalierbare Kohlenstoffe. Diese Kohlenstoffe werden z.B. in Mengen von 40-90 Gew.-%, vorzugsweise von 50-80 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der aktiven Anodenmasse verwendet.
2. Weitere Bestandteile der AAM sind die erfindungsgemäßen neuen Lösungsmittel (I-IV) für sich oder im Gemisch mit anderen aprotischen Lösungsmitteln, wie etwa Alkylcarbonaten, vorzugsweise Ethylencarbonat, Propylencarbonat, Diethylcarbonat, Dimethylcarbonat, Ethyl-/Methylcarbonat, und dergleichen, ferner Dimethoxyethan, Perfluorether und dergleichen. Die neuen erfindungsgemäßen Lösungsmittel können in Mengen von 10 – 100 % (bezogen auf die Gesamtmenge der Lösungsmittel) verwendet werden. Die oben aufgeführten Lösungsmittel dienen gegebenenfalls zur Abmischung.
3. Auch Zusätze wie MgO, Al₂O₃, Zeolith, Glimmer, Zement oder andere Silikate oder Li-Borate, Li-Silikate in Mengen von 5 – 15 Gew.-%, vorzugsweise von 7,5 – 12,5 Gew.-%, können wertvolle Komponenten der aktiven Anodenmassen sein.
4. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Zusatzverwendung von Elektrolyten. In diesem Fall werden 0,5 – 1,5 M, vorzugsweise 1 M Lösungen von Leitsalzen in den aprotischen Lösungsmitteln (oder Gemischen) verwendet z. B. Selectipur LP 30^® (Merck) 1 M LiPF₆ in EC/DMC (1:1) oder Selectipur LP50^® Merck 1 M LiPF₆ in EC/EMC (1:1) bzw. Selectipur LP71^® Merck 1 M LIPF₆ in EC/DEC/DMC (1:1:1) EC = Ethylencarbonat, DMC = Dimethylcarbonat, DEC = Diethylcarbonat. Die Verarbeitung erfolgt bevorzugt unter Ausschluß von Feuchtigkeit (Schutzatmosphäre), weiter bevorzugt unter getrocknetem Inert-Gas, insbesondere unter getrocknetem Argon.

Die verwendeten Kohlenstoffe wurden beispielsweise im Vakuum getrocknet (10-2 Torr, 100-150°C), ebenso die Zusätze. Die Zusatzelektrolyte können unter trockenem Ar in einer Al₂O₃/MgO Säule nachgereinigt werden, ebenso die Lösungsmittel.

Herstellung der aktiven Anodenmassen:

Der Li-interkalierbare Kohlenstoff, entsprechend AAM 1. wird bevorzugt nach dem Trocknen und Entgasen (vgl. oben) mit dem neuen erfindungsgemäßen aprotischem Lösungsmittel und gegebenenfalls mit dem Zusatzelektrolyt (Leitsalz + aprotisches Lösungsmittel) – Reinigung vgl. oben – in einem Mahlwerk angepastet und solange gerührt – bis eine hohe homogene einphasige Masse entstanden ist, diese Masse wird dann mit den erfindungsgemäßen Gerüstsubstanzen z.B. MgO, Zement und/oder dergleichen in zweckmäßigen Mengen versetzt und wie bereits beschrieben in definierter Dicke auf den Elektrodenableiter z.B. Cu-Folie aufgebracht. Alle Arbeiten erfolgen bevorzugt unter Argon (reinst, getrocknet).

Die Elektrodenableiter sind im Fall der Kathode vorzugsweise geprimert, z.B. auf Al-Basis.

Aktive Kathodenmassen (AKM):

1. Wesentliche Komponenten der AKM sind Li-interkalierbare Schermetalloxide, z.B. auf Basis von Co, Ni, Fe, Cr, Mo, Mn, die für sich oder im Gemisch eingesetzt werden können. Bevorzugt sind Co, Ni, Mn-oxide und/oder deren Gemische. Die Menge der Li-interkalierbaren Metalloxide beträgt 40-80 Gew.-%, vorzugsweise 50-70 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der aktiven Kathodenmasse. Die verwendeten Materialien werden vor der Anwendung bevorzugt entgast und getrocknet (entsprechend AAM 1). Bevorzugt eingesetzt werden z.B. Oxide mit einem Durchmesser von 1-30 μm, vorzugsweise solche von 5-15 μm, auch nanodimensionierte Materialien sind geeignet.
2. Weitere Bestandteile der AKM sind die neuen erfindungsgemäßen aprotischen Lösungsmittel, entsprechend AAM 2.
3. Optionale Zusätze in den AKM sind anorganische Gerüstsubstanzen, vorzugsweise MgO, SiO₂, Zeolith, Zement, Borate, entsprechend AAM 3.
4. Die AKM können durch Zusatz verschiedener Elektrolyte variiert werden, d.h. das Verwenden der erfindungsgemäßen aprotischen Lösungsmitteln mit Zusatzelektrolyten.

Herstellung des Separators S (isolierende Schicht zwischen Anode und Kathode):

Hierbei besteht die Anode aus Anodenableiter und aktiver Anodenmasse; die Kathode aus Kathodenableiter (geprimert) und aktiver Kathodenmasse.

Wie bereits erwähnt, ist der Separator eine poröse Zwischenlage mit einer Dicke von z.B. 10 – 50 μm. Die Herstellung erfolgt vorzugsweise durch Extrusion bei der in einem Ein- oder Mehrwellenextruder z.B. einem Collin- oder Werner- und Pfleiderer-Extruder bei Temperaturen von 20 bis 150°C Polymere mit den anorganischen oder organischen Gerüstsubstanzen unter Zumischen von Elektrolyten (z.B. 0,5 bis 1,5 M Lösungen von Leitsalz oder Leitsalzgemischen in aprotischen Lösungsmitteln) als Folien extrudiert werden. Alle Arbeiten erfolgen vorzugsweise unter Reinst-Argon. Einzelheiten werden in Beispielen mitgeteilt. Auch der Einsatz von Separatorfolie z.B. auf Basis von Celgard^® ist möglich.

Im folgenden wird eine Übersicht über verschiedene Celgard-Typen gegeben, die mikroporöse Membrane für Batterieanwendungen sind.

Tabelle 1

Das Laminat, bestehend aus Anode, Separator und Kathode wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wie folgt hergestellt.

Wie schon erwähnt, werden die beschichteten Elektroden, d.h. Elektrodenableiter mit den jeweiligen aktiven Elektrodenmassen, vorzugsweise bei einer Temperatur von 30 – 90°C, sowie Drücken von 10 MPa bis 200 MPa zu einem Laminat verbunden.

Das erhaltene Laminat wird dann gewickelt oder gestapelt und als Batteriesystem eingehaust und gepolt. Das erhaltene System ist ein neues Batteriesystem mit einfacherer Herstellung und höherem Wirkungsgrad -Zyklenstabilität und Lebensdauer.

(1) Herstellung einer Separatorfolie (mit Li-Oxalatoborat) und dem erfindungsgemäßen Lösungsmittel 30 Teile Fluorterpolymer Dyneon THV 220^®, 20 Teile MgO, 5 Teile Styroflex^® (Styrol-Butadien Blockpolymerisat) werden bei 120 – 130°C 60 Minuten (unter Reinst-Argon) in einem Voith-Mischer homogenisiert und anschließend in einem Collin-Extruder unter Zugabe von 40 Teilen des Lösungsmittels Typ III Molmasse 10500, aromatische Brücke R1, m – Diisopropylbenzol, viskosimetrische Bestimmung der Molmasse entsprechend H. G. Elias, Makromolekulare Bd. 2, Seite 54 [1992] Hüthig u. Wepf-Verlag, Basel, und 5 Teilen Li-Oxalatoborat, bei Temperaturen von ca. 85°C extrudiert und als Folie mit einer Dicke von 25 μm abgezogen.
(2) Herstellung einer Separatorfolie (mit LiPF₆) Herstellung entsprechend Bsp. 1, jedoch wird als Leitsalz LiPF₆ 15 verwendet. Die Verarbeitungstemperatur im Extruder beträgt 75 – 80°C und die Verweilzeit 5 – 6 Minuten. Der Separator wird mit einer Folie von 25 – 30 pm extrudiert.
(3) Herstellung einer Separatorfolie (ohne Leitsalz) Herstellung entsprechend Bsp. 1, jedoch werden statt des Elektrolyten 30 Teile eines Gemisches aprotischer Lösungsmittel verwendet, nämlich Ethylencarbonat/Propylencarbonat 1:1. Die Verarbeitungstemperatur im Extruder beträgt 90 – 110° und die Verweilzeit 6 – 8 Minuten. Der Separator wird mit einer Folienstärke von 15 μm extrudiert.
(4) Verwendung einer Celgard-Folie: 2500^® (vgl. Tabelle 1) Separatoren: 1S, 2S, 3S, 4S

In Tabelle 2 wird die Zusammensetzung einer aktiven Anodenmasse (AAM) nach Beispielen 5 – 9 wiedergegeben.
Tabelle 2: Beispiele 5 – 9 (Herstellen einer AAM)
Die entgasten, getrockneten und gereinigten Einsatzstoffe (vgl. Beschreibung: „Aktive Anoden Massen" 1 – 4, sowie „Herstellung der Aktiven Anoden Massen" werden unter Reinstargon, unter Ausschluß von Feuchtigkeit und Luftzutritt in einem Mahlwerk homogen vermischt und durch die Lösungsmittel zu einer einphasigen Mischung angepastet. Das Homogenisieren und Anpasten sowie das anschließende Auftragen mittels eines Rakels erfolgt bei Raumtemperatur.
Die Dicke der aufgetragenen AAM beträgt jeweils ca. 20 – 30 μm. Als Anodenableiter dient eine ungeprimerte, alkalisch gewaschene und mit destilliertem Wasser/Methanol (Vol. 1:1) gespülte 18 μm starke Cu-Folie.
Die erhaltenen Anoden A (5, 6, 7, 8, 9 A) bestehen aus: dem Kupferableiter (Cu-Folie) und der aufgetragenen AAM (Aktive Anoden Masse) 5 – 9 AAM.
In Tabelle 3 wird die Zusammensetzung einer Aktiven Kathodenmasse (AKM) nach Beispielen 10 – 14 wiedergegeben.
Tabelle 3: Beispiele 10 – 14 (Herstellen der AKM)
Die Verarbeitung erfolgt entsprechend den Angaben für die Beispiele 5 – 9.
Der Auftrag der AKM erfolgt jeweils auf geprimerte Al-Folie, die Foliendicke beträgt 16 μm. (Al ungeprimert ca. 15 μm)
Die Dicke der Auftragsschicht (der AKM) liegt bei 18 – 20 μm.
Die erhaltenen Kathoden (K) 10, 11, 12, 13, 14 K bestehen aus dem geprimerten Ableiter (Al-Folie) und der aufgetragenen AKM (10 – 14 AKM).
Beispiel 14 – 30 Herstellen von Trilaminaten aus 5 A – 9 A mit 10 K – 14 K mit den Separaturen 1 S – 4 S als Zwischenlage: Mit folgenden Kombinationen:
Die jeweilige Anode A wurde jeweils mit den oben angegebenen Separatorfolien belegt und dann dieser Verbund mit der Separatorseite auf die jeweilige Kathode K gelegt.
Bei der Verwendung von S 4 (Celgard) wurden 5 Teile Selectipur LP500 (IM LiPF6 in Ethylencarbonat/Ethylmethylcarbonat 1:1) auf die Folie gestrichen und dann wie oben weiter verarbeitet. Die Trilaminate wurden dann bei 50°C und Walzendrücken von ca. 50 Mpa laminiert.
Beispiel 31 – 33:
Tabelle 4: Austausch von MgO gegen Li-Borat in Anoden- bzw. Kathodenmassen
In den Beispielen 5/9 wurden 10/31 auf Cu-Folie aufgetragen: Anode 30 bzw. 31 A
In den Beispielen 10/14 wurden 32/34 auf geprimerte Al-Folie aufgetragen: Kathode 32 K bzw. 33 K
Beispiel 34 – 40
Herstellen Von Trilaminaten aus den Anoden 30 A / 31 A sowie den Kathoden 32 K bzw. 33 K (entsprechend Bsp. 14 – 29)
VERGLEICHSBEISPIELE:
Vergleichszelle 1
1) Herstellen der Elektrodenmassen durch Extrusion
Die Herstellung erfolgt in Analogie zu den in DE 100 20 031 beschriebenen Beispielen 1 und 2.

Zusammensetzung der Anode:

Graphit UF 8^® Kropfmühl:	53 Gew.-%
Plex 6770 Polymethylmethacrylat	10
Kynar 2801 PVDF/HFP Copolymer	6,5 Gew.-%
LiClO₄	2,5 Gew.-%
Ethylencarbonat (EC)	14 Gew.-%
γ-Butyrolacton (γ-BL)	14 Gew.-%

Zusammensetzung der Kathode:

LiMn₂O₉ 65 Gew.-%

Leitruß 65Gew.-%

Plex 6779 6Gew.-%

Kynar 2801 4 Gew.-%

LiClO₄ 1,5 Gew.-%

EC 8,5 Gew.-%

γ-BL 8,5 Gew.-%

EC	8,5
Gew.-%	γ-BL
8,5	Gew.-%

Die Elektrodenmassen wurden im Buss-Kneter entsprechend der oben genannten DE 100 20 031 bei 125°C hergestellt. Die erhaltene Anodenmasse wurde mit einer Dicke von ca. 45 μm auf geprimerte Al-Folie laminiert. Die erhaltene Kathodenmasse wurde mit einer Dicke von ca. 48 μm auf ungeprimerte Gould Cu-Folie laminiert. Zum Fertigstellen des Batteriesystems wurden die auflaminierten Elektrodenmassen (Anodenmasse auf dem Cu-Ableiter, Kathodenmasse auf dem Al-Ableiter) mit einem Separator (in DE 100 20 031 als „Elektrolyt bezeichnet") colaminiert und zu einer elektrochemischen Zelle entwickelt (Zelle 1).
2) Herstellen der Elektrodenmassen durch Flüssigbeschichtung
Vergleichszelle 2a und 2b
Anode:
12 g Kynar 761^® (PVDF/HFP) wurden in 108 g NMP (N-Methylpyrrolidon) gelöst, mit weiteren 60 g NMP, 6,08 g Ruß (Carbon Super P) sowie 131 g LiCoO₂ Versetzt und 1 h bei 5000 U/min dispergiert. Anschließend erfolgte ein Auf rakeln auf geprimerte Al-Folie und es wurde für 1 h bei 10 – 180°C in einem Trockenofen mit einem Temperaturgradienten von 100 – 180°C getrocknet.
Kathode:
12 g Kynar 761^® werden in 108 g NMP gelöst, mit weiteren 210 g NMP, 4, 5 g Carbon Super P und 135 g MCMB 25-28^® (synthetischer Graphit) versetzt und 1 h bei 5000 U/min dispergiert. Die Dispersion wird auf ungeprimerte Gould Cu-Folie aufgerakelt und es wird für 1 h bei 100 – 180°C getrocknet.
Zum Herstellen des Batteriesystems wurden die oben hergestellte Anode und Kathode mit dem Separator (Vergleichsbeispiel 1) als Zwischenschicht colaminiert und zu einer Zelle gewickelt. Vor dem Zusammenbau wurde die Anode sowie die Kathode mit einer 1 M Elektrolytlösung von LiClO₄ in EC (Ethylencarbonat) und PC (Propylencarbonat), Volumenverhältnis von 1:1, benetzt (Zelle 2a).
2b)
Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Zellen im Vergleich mit der Herstellung der Vergleichszellen kann eine deutliche Kostenersparnis sowie eine verminderte Umweltbelastung erzielt werden, da:

1. kein Polymerbinder verwendet wird;
2. bei der Herstellung gemäß der vorliegenden Erfindung jede thermische Behandlung entfällt (kein Trocknen von Anode und Kathode);
3. kein Lösungsmittelrecycling nötig ist;
4. ein vereinfachter kontinuierlicher Herstellungsprozeß eingesetzt wird;
5. bessere Batteriequalität, geringeres Fading, besserer Überladeschutz, höhere Sicherheit durch reduzierten internen Kurzschluß (Nageltest) gewährleistet ist.

Für einen Vergleichstest der erhaltenen Batterien wurde eine Charakterisierung mittels eines Digatron-Testgeräts vorgenommen. Dabei sind die gewickelten Zellen in einem Edelstahlgehäuse eingeschweißt und die Stirnflächen der Wickel elektrisch kontaktiert. Die Ladung erfolgt galvanostatisch mit einem Strom von 0,15 mA/cm² bei 4,2 V und anschließend potentiostatisch bei 4,2 V über 2 h. die Entladung der Zelle wurde mit einem Strom von 0,15 mA/cm² bis zur Abschaltspannung von 3,0 V vorgenommen. (vgl. Batterietest)
Im folgenden wird der durchgeführte Batterietest beschrieben:
Zum Testen einer Zelle bzw. Batterie wird diese an ein Batteriefestgerät z. B. der Firma Digatron angeschlossen.

Nach Definition der notwendigen Parameter wie Kapazität (*1), obere (*2) und untere (*3) Abschaltspannung, Maximalstrom (*4) und Auswahl des gewünschten Testprogramms wird die Untersuchung gestartet. Hierbei kann die Zelle bzw. Batterie z. b. einem Zyklen- (*5), Belastungs- oder Pulstestprogramm (*6) oder einer Abfolge dieser Programme unterworfen werden.

*1 Kapazität	- z. B. 6 Ah
*2 obere Abschaltspannung	- 4,2 V
*3 untere Abschaltspannung	- 3,0 V
*4 Maximalstrom	- 6 A entspr. 1 C Rate
*5 Beim Zyklentest	- wird die Be- und Entladung z. B. mit einer 1 C Rate so lange durchgeführt, bis die Endkapazität von z. B. 80 % erreicht wird. Die Zahl der Zyklen bis zum Erreichen des 80 % Wertes sind dann die „erreichten Zyklen".
*6 Beim Pulstest	- wird den Anforderungen entsprechend z. B. im 30-Sekunden-Takt mit 20 C Belastung die Belastbarkeit der Batterie getestet.

Zusätzlich zu den vorstehenden Zellen 1 und 2 wurden weitere Zellen 3 bis 10 getestet. Diese Zellen 3 bis 10 wurden gemäß der Erfindung hergestellt:
Vergleichszellen: Zelle 3
Jeweils hergestellt aus den Trilaminaten entspr. den angegebenen Beispielen Variation der Anode:
Variation der Kathode:
entsprechend Zelle 4 Variation des Seperators:
Austausch MgO gegen Li-Borat:
Austausch MgO gegen Li-Borat:
Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 5 gezeigt. Die Zellen haben bei einer Aktivfläche Von 0,75 m² eine Nominalkapazität von 15 mAh.
Tabelle 5:
Aus der Vorstehenden Tabelle 5 wird deutlich, dass die erfindungsgemäßen Zellen sämtlich geringere Versagensmechanismen (geringeres Fading) bei deutlich Verbesserter Zyklenzahlen zeigen.
Li-Batterien, auch Li-Polymer-Batterien, neigen beim Überladen zu spontanen Zersetzungen. Wenn kein Überladeschutz vorhanden ist, erfolgt nach kurzer Zeit, d. h. innerhalb von Sekunden bis Minuten, zum Teil diese Zersetzung. Bisweilen treten die Zersetzungen auch schon beim Überladen und nicht erst in der Wartephase auf. Deshalb ist es wichtig, Systeme zu entwickeln, die auch nach versehentlicher Überladung keine Zersetzungen zeigen. Die erhaltenen Zellen wurden daher auf ihre Beständigkeit gegenüber Zersetzung beim Überladen bewertet. Dazu wurde die jeweilige vollgeladene Zelle mit konstantem Strom / konstanter Spannung bei 4,2 Volt wird über 1 h mit 1 C (konstant) belastet, danach wurde abgeschaltet und gewartet. Es zeigte sich, dass sich die Vergleichszellen (Zelle 1, 2a, 2b) spontan innerhalb von 30-40 Sekunden nach dem Überladeprozess zersetzten. Im Gegensatz dazu zeigten die erfindungsgemäßen Zellen nach dem Überladeprozess und einer Wartezeit von 24 h keine Zersetzung.
Den Nageltest (immer Kurzschluss) bestanden sämtliche Zellen mit Ausnahme der Vergleichszellen 1, 2a, 2b und der Zelle 14 (mit Celgard) als Separator.
Den Überladeschutz-Test bestanden alle Zellen mit den erfindungsgemäßen Lösungsmitteln nicht aber die Vergleichszellen 1, 2a, 2b.

Claims

Lithium-Polymer-Batterie-System, das eine Li-interkalierbaren Kohlenstoff enthaltende aktive Elektrodenmasse für die Anode und eine Li-interkalierbare Schwermetalle enthaltende Elektrodenmasse für die Kathode umfasst, wobei die jeweils auf einen Anodenableiter und einen Kathodenableiter aufgebrachten, aktiven Elektrodenmassen aprotische Lösungsmittel enthalten, dadurch gekennzeichnet, dass die aprotischen Lösungsmittel ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus den folgenden aprotischen Lösungsmitteln nach der allgemeinen Formel I bis IV oder deren Mischung:

III sind Umsetzungsprodukte von Isopropyl- bzw. Diisopropylbenzol mit I, I b₁ und/oder I c₁

IV b Umsetzungsprodukt entspr. IV, aber unter Verwendung von Diisopropylcarbonat, wobei auch vernetzte Umsetzungsprodukte des Typs IV b entstehen.
Lithium-Polymer-Batterie-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der aprotischen Lösungsmittel des in Anspruch 1 definierten Typs I – IV 10 – 60 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der aktiven Elektrodenmasse beträgt.
Lithium-Polymer-Batterie-Systeme nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenmassen zusätzlich zu dem oder den in Anspruch 1 definierten aprotischen Lösungsmitteln des Typs I – IV ein oder mehrere weitere aprotische Lösungsmittel enthalten.
Lithium-Polymer-Batterie-Systeme nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren aprotischen Lösungsmittel aus der aus Perfluorether, Alkylcarbonat, Ethylencarbonat, Propylencarbonat, Diethylcarbonat und Dimethylcarbonat und deren Mischung bestehenden Gruppe ausgewählt sind.
Lithium-Polymer-Batterie-System nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der zusätzlichen weiteren aprotischen Lösungsmittel 5 – 20 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der aktiven Elektrodenmasse beträgt.
Lithium-Polymer-Batterie-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aprotischen Lösungsmittel zusätzlich gelöste Leitsalze enthalten.
Lithium-Polymer-Batterie-System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitsalze aus der aus Li-Oxalatoborat, Li-Organoborat, LiPF₆, Li-Trifluormethylsulfonat oder Li-Trifluormethylsulfonimid oder deren Mischung bestehenden Gruppe ausgewählt sind.
Lithium-Polymer-Batterie-System nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitsalze in dem aprotischen Lösungsmittel oder Gemisch der aprotischen Lösungsmittel als 0,5 bis 1,5 M Lösung enthalten sind.
Lithium-Polymer-Batterie-System nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitsalze in dem aprotischen Lösungsmittel oder Gemisch der aprotischen Lösungsmittel als 1 M Lösung enthalten sind.
Lithium-Polymer-Batterie-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenmassen weitere Zusätze wie MgO, Al₂O₃, Zeolith, Glimmer, Zement oder andere Silikate enthalten.
Lithium-Polymer-Batterie-System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenmassen als weitere Zusätze Li-Silikat oder Li-Borat enthalten.
Lithium-Polymer-Batterie-System nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Zusätze in Mengen von 5 – 15 Gew.-% enthalten sind.
Lithium-Polymer-Batterie-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aktiven Elektrodenmassen polymerbinderfrei sind.
Lithium-Polymer-Batterie-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anodenmasse 40 – 90 Gew.-% Li-interkalationsfähigen Kohlenstoff enthält.
Lithium-Polymer-Batterie-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Li-interkalationsfähige Kohlenstoff ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus natürlichem und/oder synthetischem Graphit, aktiviertem Kohlenstoff, Kohlenstoff-Molekularsieben, aktivierten Kohlenstofffasern, nanodimensioniertem Kohlenstoff, und Nano-Röhren-Kohlenstoff.
Lithium-Polymer-Batterie-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathodenmasse 40 – 90 Gew.-% Li-interkalierbare Schwermetalloxide enthält.
Lithium-Polymer-Batterie-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Li-interkalierbaren Schwermetalloxide aus der aus Co, Ni, Fe, Cr, Mo, W, Mn oder deren Mischung bestehenden Gruppe ausgewählt sind.
Lithium-Polymer-Batterie-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aktiven Elektrodenmassen in einer Dicke von 15 – 50 μm aufgebracht sind.
Lithium-Polymer-Batterie-Systeme nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kathodenableiter geprimert ist.
Lithium-Polymer-Batterie-System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kathodenableiter aus geprimerten Al-, Ti- oder Sn-Materialien besteht.
Lithium-Polymer-Batterie-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anodenableiter aus geprimerten Cu-Materialien besteht.
Lithium-Polymer-Batterie-System nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Primer aus einer elektrisch leitfähigen Schicht aus Ruß, Graphit oder Indiumzinnoxid besteht.
Lithium-Polymer-Batterie-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenableiter Folien, Netze, Vliese oder Gewebe sind.
Lithium-Polymer-Batterie-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anoden- und/oder der Kathodenableiter in einer Dicke von 8 – 15 μm vorliegt.
Lithium-Polymer-Batterie-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Anodenableiter und dem Kathodenableiter ein poröser Separator laminiert ist.
Lithium-Polymer-Batterie-System nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Separator eine poröse Folie mit einer Dicke von 10 – 50 μm ist.
Lithium-Polymer-Batterie-System nach einem der Ansprüche 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Separator anorganische oder organische Gerüstsubstanzen sowie organische Polymere enthält.
Lithium-Polymer-Batterie-System nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die anorganischen oder organischen Gerüstsubstanzen ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus MgO, Al₂O₃, SiO₂, Borate, Silikate, Glimmer, Zement, und Zeolith.
Lithium-Polymer-Batterie-System nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass die anorganischen und organischen Gerüstsubstanzen in Mengen von 10 – 50 Gew.-% enthalten sind.
Lithium-Polymer-Batterie-System nach einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der anorganischen zu den organischen Gerüstsubstanzen 10:2 bis 1:1 beträgt.
Lithium-Polymer-Batterie-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Separator aprotische Lösungsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und/oder Leitsalz nach einem der Ansprüche 5 bis 9 enthält.
Verfahren zur Herstellung eines Lithium-Polymer-Batterie-Systems nach einem der Ansprüche 1 bis 31, das umfasst: Auftragen einer eine Li-interkalierbaren Kohlenstoff enthaltenden aktiven Elektrodenmasse für die Anode und einer Li-interkalierbaren Schwermetalle enthaltenden Elektrodenmasse für die Kathode jeweils als einphasige, aprotische Lösungsmittel enthaltende Pasten auf einen Anodenableiter und einen Kathodenableiter zur Herstellung einer Kathode und einer Anode, und Laminieren der Anode und Kathode jeweils mit einem Seperator als Zwischenlage.
Verfahren zur Herstellung eines Lithium-Polymer-Batterie-Systems nach Anspruch 32, wobei das Laminieren bei Temperaturen von 20 bis 90°C und bei Drücken bis zu 200 MPa ausgeführt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Lithium-Polymer-Batterie-Systems nach Anspruch 32 oder 33, wobei unter Schutzgas gearbeitet wird.
Verfahren zur Herstellung eines Lithium-Polymer-Batterie-Systems nach einem der Ansprüche 32 bis 34, wobei das Schutzgas Argon ist.