DE112018001599B4 - Verfahren zum fertigen einer anodenkomponente durch atmosphärische plasmaabscheidung, anodenkomponente und lithium-ionen-zelle und -batterie, die die komponente enthalten - Google Patents

Verfahren zum fertigen einer anodenkomponente durch atmosphärische plasmaabscheidung, anodenkomponente und lithium-ionen-zelle und -batterie, die die komponente enthalten Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Bilden einer Anodenkomponente für eine elektrochemische Lithium-Ionen-Zelle, das Folgendes umfasst:Abscheiden von Metallteilchen aus einem ersten atmosphärischen Plasma durch eine erste Düse einer Plasmavorrichtung auf ein Substrat, um ein poröses Netzwerk aus angehafteten Metallteilchen zu bilden, wobei das Metall aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Metallen der Gruppe IB, Gruppe IVA und Gruppe VIIIB des Periodensystems, Titan, Chrom, Wolfram und Molybdän, Legierungen davon und Kombinationen davon besteht, und wobei das Substrat ein Anodenstromkollektor oder ein poröser polymerer Separator ist; undgleichzeitig mit dem, überlappend mit dem oder anschließend an das Abscheiden der Metallteilchen Abscheiden von aktiven Anodenmaterialteilchen aus dem ersten atmosphärischen Plasma durch die erste Düse oder aus einem zweiten atmosphärischen Plasma durch eine zweite Düse der Plasmavorrichtung, wobei die aktiven Anodenmaterialteilchen eine Teilchengröße von weniger als 1 Mikrometer besitzen und kleiner als die Metallteilchen sind und wenigstens ein Mitglied umfassen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Silicium und SiOxbesteht,wobei die aktiven Anodenmaterialteilchen an den Metallteilchen anhaften, um eine Schicht aus Anodenmaterial auf dem Substrat zu bilden, wobei die atmosphärische Plasmaabscheidung bei einer Temperatur von weniger als 3500 °C ausgeführt wird.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen der vorläufigen US-Patentanmeldung mit der Nr. 62/476,787 , eingereicht am 26. März 2017, und der nichtvorläufigen US-Patentanmeldung mit der Nr. 15/847,154 , eingereicht am 19. Dezember 2017, die hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen sind.
  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Elektroden von Lithium-Ionen-Zellen, Verfahren zum Fertigen solcher Elektroden und Lithium-Ionen-Zellen und Batterien.
  • HINTERGRUND
  • Dieser Abschnitt stellt Informationen bereit, die zum Verstehen der Erfindung hilfreich sind, aber die nicht notwendigerweise der Stand der Technik sind.
  • Die Verwendung von Lithium-Ionen-Batterien, um Elektromotoren in Kraftfahrzeugen und in andren Hochenergievorrichtungen und -geräten mit Leistung zu versorgen, hat zu dem Bedarf an Batterien mit höhere gravimetrischer Kapazität und höherer volumetrischer Kapazität geführt. Während graphitischer Kohlenstoff ein beanspruchbares und nützliches lithiuminterkalierendes Material für eine negative Elektrode (Anode) in Lithium-Ionen-Zellen ist, weist es eine relativ niedrige Kapazität für eine solche Lithiumeinlagerung auf. Andere potentielle Elektrodenmaterialien, wie etwa Silicium, theoretische Kapazität: 3579 mAH/g für Li15Si4) und Zinn (theoretische Kapazität, 992 mAh/g für Li22Sn5) weisen viel höhere theoretische Kapazitäten als Graphit für eine Lithiumeinlagerung auf. Jedoch führen die Volumenänderungen von bis zu 300 Volumenprozent für Silicium während Lithiierungs- und Delithiierungsprozessen zu dem Bruch des aktiven Siliciummaterials und einem resultierenden Verlust des elektrischen Kontakts mit den leitfähigen Additiven oder mit den Stromkollektoren, an die die Anodenteilchen angebracht sind. Zinn weist ein ähnliches Problem einer großen Volumenexpansion bei einer Lithiierung auf, was wiederum zu einer raschen Kapazitätsverschlechterung führt.
  • Elektroden, die siliciumbasierte Materialien enthalten, wurden durch Bilden einer Slurry aus Siliciumteilchen oder Siliciumoxid(SiOx)-Teilchen, Graphit und leitfähigen Kohlenstoffteilchen mit einer polymeren Bindemittellösung oder -dispersion vorbereitet. Zum Beispiel beschreibt Yu, internationale Anmeldungs(PCT)-Veröffentlich WO 2016/ 082 120 A1 , die hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist, das Bilden einer porösen Schicht aus Elektrodenteilchen auf einer Oberfläche unter Verwendung einer Sprühvorrichtung für atmosphärische Plasma. Eine Sprühvorrichtung ohne Plasma wird dann verwendet, um eine wässrige Lösung aus einem polymeren Bindemittelmaterial auf die poröse Schicht zu sprühen. Das Wasser verdampft und das polymere Bindemittel bindet die Teilchen aneinander und an die Oberfläche.
  • Gayden, US 2016/ 0 254 533 A1 , die hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist, beschreibt die Verwendung eines atmosphärischen Plasmastroms beim Fertigen von Elektroden für Lithium-Ionen-Zellen und - Batterien. Bei dem beschriebenen Verfahren werden Teilchen aus einem Lithiumionen akzeptierendem Material mit Teilchen ausleitfähigen Metallen beschichtet oder mit diesen vermischt. Die Elektrodenmaterialteilchen, die mit Metall vorbeschichtet sind, oder vermischte Teilchen aus Metall und Elektrodenmaterial (zum Beispiel entweder mit Kupfer beschichtete Siliciumteilchen oder ein Gemisch aus Kupfernanoteilchen und Siliciumteilchen) werden in einen Plasmastrom geliefert, der das Metall teilweise schmilzt, bevor es auf ein Substrat abgeschieden wird, um eine Elektrode zu bilden. Die Elektrodenmaterialteilchen können in dem Bereich von einigen zehn Nanometer bis einigen zehn Mikrometer liegen. Das Verfahren aus US 2016/ 0 254 533 A1 soll die Erfordernis von organischen Bindemitteln vermeiden und eine Abscheidung von dickeren, spannungsärmeren Schichten aus aktiven Elektrodenmaterialien für eine höhere Zellenkapazität und -leistung ermöglichen.
  • Deng et. al, US 2017/ 0 121 807 A1 , die hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist, beschreibt Verfahren zum Bilden eines Elektrodenmaterials, in dem nichtmetallische Teilchen aus Elektrodenmaterial für eine Lithiumsekundärzelle mit Teilchen aus einem elementaren Metall beschichtet sind, bevor sie in einem atmosphärischen Plasmastrom platziert und in einer kontinuierlichen Schicht auf einem Substrat abgeschieden werden. Die Metallteilchen werden während der Abscheidung ausreichend geschmolzen, um die nichtmetallischen Elektrodenmaterialteilchen aneinander und an das Substrat zu binden.
  • Deng et al., US 2017/ 0 301 958 A1 , die hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist, beschreibt eine Sprühabscheidungsvorrichtung mit atmosphärischem Plasma zum sequenziellen Bilden mehrere Schichten einer Lithium-Ionen-Zelle für eine Lithium-Batterie. Dementsprechend wird eine geeignete Substratschicht an einer Reihe von Plasmasprühvorrichtungen vorbei befördert, um in einer Sequenz eine Stromkollektorschicht, eine Partikelelektrodenmaterialschicht, eine poröse Separatorschicht, eine entgegengesetzte Elektrodenschicht und eine zweite Stromkollektorschicht zu bilden.
  • Yu et al., US 2017/ 0 309 888 A1 , die hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist, beschreibt das Beschichten eines aktiven Elektrodenmaterials mit einer flüssigen Vorläuferdispersion, die, wenn sie einem atmosphärischen Plasma bei einem vorbestimmten Energieniveau und einer Temperatur bis zu 3500 °C ausgesetzt wird, in Kohlenstoff oder Metalloxid umgewandelt wird, und das mit Kohlenstoff oder Metalloxid beschichtete aktive Elektrodenmaterial wird beim Bilden einer Elektrode auf ein Substrat abgeschieden.
    DE 10 2013 103 504 A1 beschreibt ein Verfahren zur Fertigung eines tubulären Lithium-Luft-Akkumulators sowie eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Lithiumschicht auf einem Substrat. EP 2 328 214 B1 beschreibt eine negative Elektrode für eine wiederaufladbare Lithiumbatterie und eine diese enthaltende wiederaufladbare Lithiumbatterie.
    US 2015/ 0 162 596 A1 beschreibt ein einstufiges Verfahren zur Herstellung einer lithiierten Siliziumelektrode, bei dem eine Suspension eines Lithiumvorläufers und eines Siliziumvorläufers in einer Trägerflüssigkeit ohne Trägergas plasmagespritzt wird.
    DE 11 2014 006 664 T5 beschreibt Verfahren zur Verwendung einer Gruppierung von Düsen für atmosphärisches Plasma, um Elektrodenelemente für Lithium-Sekundärbatteriezellen herzustellen.
    US 2017/ 0 237 074 A1 beschreibt Hochkapazitäts-Energiespeichervorrichtungen und Energiespeichervorrichtungskomponenten und insbesondere ein System und Verfahren zum Herstellen solcher Hochleistungs-Energiespeichervorrichtungen und Speichervorrichtungskomponenten unter Verwendung von Prozessen, die dreidimensionale poröse Strukturen.
  • Es verbleibt ein Bedarf an einem Verfahren zum Bilden von Lithium-Ionen-Zellen-Elektroden aus Materialien mit hohen theoretischen Kapazitäten, wie etwa siliciumhaltige und metallhaltige Negativelektrodenmaterialstrukturverbindungen, die beständiger sind und eine höhere Kapazität während einer Verwendung in Lithium-Ionen-Batterien beibehalten.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Dieser Bedarf wird durch das offenbarte Verfahren zum Fertigen einer Anodenkomponente durch einen atmosphärischen Plasmaabscheidungsprozess und die offenbarte Anodenkomponente für eine Lithium-Ionen-Zelle erfüllt, in der Teilchen aus einem aktiven Anodenmaterial (das heißt Teilchen aus einem lithiumionenakzeptierenden und -freigebenden Material, zum Beispiel einem lithiumioneninterkalierenden Material mit hoher Kapazität, wie etwa Silicium oder eine siliciumhaltigen Verbindung, insbesondere SiOx) auf einem porösen Netzwerk aus Metallteilchen abgeschieden sind. Diese Anodenstruktur kann unter Verwendung von atmosphärischen Plasmaanwendungsverfahren und Ausrüstung für atmosphärische Plasmaanwendung in einem Verfahren gebildet werden, in dem nanometergroße Teilchen aus dem aktiven Anodenmaterial, zum Beispiel Silicium oder SiOx, in derselben Plasmaabscheidungsvorrichtung von entweder derselben oder einer unterschiedlichen Düse abgeschieden werden (gleichzeitig mit einer, überlappend mit einer oder anschließend an eine Abscheidung der Metallteilchen) und auf den Oberflächen und/oder in den Poren eines porösen Netzes angehaftet werden, das durch angehaftete mikrometergroße Teilchen aus einem Metall, wie etwa Kupfer, gebildet ist. Die poröse Metallschicht wird durch ein atmosphärisches Plasmaabscheidungsverfahren gebildet, in dem Teilchen aus dem Metall oberflächenerweicht, oberflächengeschmolzen oder oberflächenenergieaktiviert werden, so dass die Teilchen aneinander und an einem Substrat, auf dem sie abgeschieden werden, ausreichend haften, um ein stabiles und beständiges poröses Netz aus Teilchen in einer Schicht auf dem Substrat zu bilden. Die nanometergroßen Teilchen aus einem aktiven Anodenmaterial werden gleichzeitig, überlappend oder nacheinander von einem atmosphärischen Plasma derselben Plasmaabscheidungsvorrichtung (optional aus demselben Plasma und derselben Düse oder aus einem zweiten Plasma und einer zweiten Düse) abgeschieden, so dass bevorzugt wenigstens ein Teil der aktiven Anodenmaterialteilchen an den Metallteilchen auf Außenoberflächen und in Poren der porösen Materialschicht angehaftet werden. Andere Teilchen werden möglicherweise nicht angehaftet, aber können stattdessen in der Anodenmaterialschicht durch Teilchen, die an den Metallteilchen angehaftet sind, eingefangen oder immobilisiert werden. Das poröse Netz aus angehafteten Metallteilchen nimmt die Expansion des aktiven (z. B. siliciumhaltigen) Anodenmaterials auf, wenn es Lithiumionen aus einem Elektrolyten in einem Zellenbetrieb interkaliert, so dass die Elektrode Brechen und Beschädigung während Lithiierungs- und Delithiierungsprozessen vermeidet. Das poröse Metallnetzwerk aus angehafteten Metallteilchen hält die Gesamtelektrodenschichtabmessungen aufrecht, während ermöglicht wird, dass sich nanometergroße aktive Anodenmaterialteilchen, die an Oberflächen der Metallteilchen (einschließlich inneren Poren der porösen Struktur) angehaftet sind, während Lithiierungs- und Delithiierungsprozessen ausdehnen und zusammenziehen.
  • Die atmosphärische Plasmaanwendung ist, im Gegensatz zu thermischen Plasmaverfahren, die typischerweise Temperaturen von 15.000 °C und mehr einsetzen, ein kaltes oder nichtthermisches Plasmaanwendungsverfahren. Die atmosphärische Plasmaanwendung kann mit einer Temperatur von weniger als etwa 3500 °C oder mit einer Temperatur von weniger als etwa 2000 °C ausgeführt werden.
  • Bei einem bevorzugten Verfahren wird die Anodenkomponente durch Abscheiden von Metallteilchen aus einem atmosphärischen Plasma durch eine erste Düse einer Plasmavorrichtung auf ein Substrat gebildet, um ein poröses Netzwerk aus angehafteten Metallteilchen zu bilden, wobei das Metall aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Metallen der Gruppe 1B, Gruppe IVA und Gruppe VIIIB des Periodensystems, Titan, Chrom, Wolfram und Molybdän, Legierungen davon und Kombinationen davon besteht, und wobei das Substrat ein Anodenstromkollektor oder ein poröser polymerer Separator ist; und gleichzeitig mit dem, überlappend mit dem oder anschließend an das Abscheiden der Metallteilchen Abscheiden von aktiven Anodenmaterialteilchen, die aus einem Siloxanvorläufer gebildet sind, in einem atmosphärischen Plasma durch die erste Düse oder durch eine zweite Düse der Plasmavorrichtung, wobei die aktiven Anodenmaterialteilchen wenigstens ein Mitglied umfassen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Silicium und SiOx besteht. Die Metallteilchen betragen von etwa 1 bis etwa 15 Mikrometer und die aktiven Anodenmaterialteilchen von etwa 5 bis etwa 900 Nanometer. Die aktiven Anodenmaterialteilchen haften an den Metallteilchen an, um eine Schicht aus Anodenmaterial auf dem Substrat zu bilden. Ein kohlenstoffhaltiger Vorläufer kann in dem Vorläuferdampf enthalten sein, um graphitischen Kohlenstoff in den aktiven Anodenmaterialteilchen zu bilden; eine Quelle von Lithium kann verwendet werden, um die aktiven Anodenmaterialteilchen vorzulithiieren.
  • Andere Ziele und Vorteile der Ausübungen dieser Erfindung werden aus den folgenden Beschreibungen veranschaulichender Ausführungsformen ersichtlich.
  • Figurenliste
  • Die Ausführungsformen können unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen und die folgende Beschreibung besser verstanden werden. Die Komponenten in den Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, stattdessen liegt ein Schwerpunkt auf der Veranschaulichung der Prinzipien der Ausführungsformen. Die Zeichnungen sind nur zu veranschaulichenden Zwecken ausgewählter Aspekte und nicht aller möglichen Implementierungen und sollen dem Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung nicht beschränken.
    • 1 ist eine schematische Veranschaulichung eines Querschnitts einer Schicht aus einer plasmaabgeschiedenen Schicht aus Metallteilchen, die aktive Anodenmaterialteilchen auf einem Substrat tragen (z. B. eine Metallstromkollektorfolie oder ein Polypropylenseparatorsubstrat);
    • 2 ist eine schematische zweidimensionale Draufsicht einer plasmaabgeschiedenen porösen Schicht aus mikrometergroßen Metallteilchen mit nanometergroßen aktiven Anodenmaterialteilchen, die auf den Oberflächen der Metallteilchen und in Poren zwischen den Metallteilchen getragen werden;
    • 3 ist eine schematische dreidimensionale Ansicht eines Teils einer plasmaabgeschiedenen Schicht aus mikrometergroßen Metallteilchen mit nanometergroßen aktiven Anodenmaterialteilchen, die auf den Oberflächen der Metallteilchen und in Poren zwischen den Metallteilchen getragen werden; und
    • 4 ist eine schematische Veranschaulichung einer Einrichtung mit einem Pulverlieferungssystem und einer Düse für atmosphärisches Plasma zum Liefern von Anodenmaterialkomponenten und sequenziellen oder gemeinsamen Auftragen von ihnen auf einem Substrat beim Fertigen der Anodenstruktur.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Definitionen
  • „Ein”, „eine“, „der“, „die“, „das“ und „ein(e) oder mehr“ werden austauschbar verwendet, um anzugeben, dass wenigstens eines des Gegenstands vorhanden ist; mehrere solcher Gegenstände können vorhanden sein, sofern der Kontext nicht klar anderes angibt. Alle numerischen Werte von Parametern (z. B. Quantitäten oder Zuständen) in dieser Spezifikation einschließlich der angehängten Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie in allen Fällen mit dem Ausdruck „etwa“ versehen sind, unabhängig davon, ob „etwa“ tatsächlich vor dem numerischen Wert erscheint oder nicht. „Etwa“ gibt an, dass der angegebene numerische Wert eine geringfügige Ungenauigkeit (mit einem gewissen Ansatz zu der Exaktheit des Wertes; näherungsweise oder angemessen nahe an dem Wert; beinahe) erlaubt. Falls die Ungenauigkeit, die durch „etwa“ bereitgestellt wird, nicht anderweitig in der Technik mit dieser üblichen Bedeutung verstanden wird, dann gibt „etwa“, wie hier verwendet” wenigstens Variationen an, die von üblichen Verfahren zum Messen und der Verwendung solcher Parameter entstehen können. Außerdem schließt eine Offenbarung von Bereichen eine Offenbarung aller Werte und ferner aufgeteilte Bereiche innerhalb des gesamten Bereichs ein.
  • Die Ausdrücke „umfasst“, „umfassend“, „einschließlich“ und „aufweisend“ sind einschließend und spezifizieren daher die Anwesenheit genannter Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten, aber schließt die Anwesenheit oder das Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht aus. Wie in dieser Beschreibung verwendet, schließt der Ausdruck „oder“ beliebige und alle Kombinationen aus einem oder mehreren der assoziierten aufgelisteten Gegenstände ein.
  • "Angehaftet” bedeutet, wenn es verwendet wird, um die Anbringung der Teilchen der Erfindung (Metallteilchen an anderen Metallteilchen oder aktive Anodenmaterialteilchen an Metallteilchen) zu beschreiben, eine Oberflächenanbringung der Teilchen, während die Teilchen nicht vollständig mit einer geschmolzenen Masse verschmelzen und keine metallurgische Änderung in dem Körper der Metallteilchen durchlaufen. Die Metallteilchen haften durch Oberflächenerweichung, Oberflächenschmelzen oder Oberflächenenergieaktivierung durch das atmosphärische Plasma bei einer Temperatur bis zu 3500 °C an.
  • „Atmosphärische Plasmaabscheidung“ oder „atmosphärische Plasmaanwendung“ verweist auf ein Plasmaabscheidungsverfahren, das bei einer Temperatur von bis zu 3500 °C ausgeführt wird.
  • „Teilchengröße” verweist auf eine durchschnittliche Teilchengröße, wie durch das ISO-13320-Testverfahren bestimmt.
  • Eine ausführliche Beschreibung von beispielhaften, nichtbeschränkenden Ausführungsformen folgt.
  • Der Gegenstandsprozess bildet Anodenstrukturen mit hoher Kapazität für elektrochemische Lithium-Ionen-Zellen unter Verwendung atmosphärischer Plasmaabscheidungsverfahren und Ausrüstung zur atmosphärischen Plasmaabscheidung, um entweder zusammen abgeschiedene, überlappend abgeschiedene oder sequenziell abgeschiedene Teilchen aus einem Metall, das durch das atmosphärische Plasma oberflächenerweicht, oberflächengeschmolzen oder oberflächenenergieaktiviert wird, um ein angehaftetes Netzwerk aus Metallteilchen zu bilden, an dem Teilchen aus einem aktiven Anodenmaterial (z. B. ein siliciumhaltiges aktives Elektrodenmaterial) auf einem geeigneten Substrat zur Verwendung in einer elektrochemischen Lithium-Ionen-Zelle und einer Batterie haften. Das aktive Anodenmaterial wird bevorzugt in dem Plasmaabscheidungsprozess aus einer Siloxanverbindung (vorliegend als Dampf in dem Plasma) gebildet, welches das gleiche Plasma, das zum Abscheiden der Metallteilchen verwendet wird, oder ein zweites Plasma, das die aktiven Anodenteilchen aus einer zweiten Düse derselben Abscheidungsvorrichtung mit atmosphärischem Plasma abscheidet, sein kann. Das Metallteilchennetzwerk, das Teilchen aus dem aktiven Anodenmaterial enthält, haftet an einem Substrat an, das die Anodenstruktur in einer Zelle oder Batterie stützt und mit der Anodenstruktur im Betrieb der Zelle oder Batterie interagiert. Das aktive Anodenmaterial kann in dem Plasma aus einem Vorläufer, wie etwa Siloxan, gebildet werden und kann unter Verwendung derselben Düse oder einer zweiten Düse abgeschieden werden.
  • In dem Gegenstandsprozess wird ein atmosphärisches Plasma innerhalb einer Flussdüse unter Verwendung eines plasmaerwärmten Inertgases, wie etwa Stickstoffs, erzeugt. Zum Beispiel werden mikrometergroße Kupferteilchen und ein geeigneter Siloxanvorläufer, wie etwa verdampftes Hexamethyldisiloxan (HMDSO) durch getrennte Öffnungen zugeführt, die jeweils zu dem Plasmastrom gerichtet sind, um eine Mischung aus oberflächenerweichten, oberflächengeschmolzenen oder oberflächenenergieaktivierten Cu-Teilchen und HMDSO-Dampf zu erzeugen. Das HMDSO zersetzt sich, so dass nanometergroße Teilchen aus SiOx (z. B. ein SiO-SiO2-Verbundstoff) gebildet wird, die zum Beispiel in dem Bereich von 5 Nanometer bis 900 Nanometer oder in dem Bereich von 50 bis 800 Nanometer oder in dem Bereich von 50 bis 750 Nanometer liegen können. Diese Nanoteilchen aus SiOx vermischen sich in dem Plasmastrom mit mikrometergroßen Kupferteilchen und werden durch eine Düse entgegen einer ansonsten nichterwärmten Substratoberfläche gerichtet. Beim Angreifen an zum Beispiel einer Kupferstromkollektoroberfläche wird der Plasmastrom abgelenkt und werden die SiOx-Teilchen und die Kupferteilchen gesammelt und abgeschreckt, so dass eine poröse Schicht aus angehafteten Teilchen gebildet wird, bevorzugt mit einer Porosität von etwa vierzig bis siebzig Prozent des Außenoberflächenvolumens des abgeschiedenen Materials. Alternativ dazu werden bei einer anderen Ausführungsform dieses Prozesses Kupferteilchen und Nanoteilchen aus Silicium, einem Siliciumoxid-Kohlenstoff-Verbundstoff, einem Silicium-Kohlenstoff-Verbundstoff oder einer Siliciumlegierung, wie etwa einer Li-Si-Legierung getrennt in die Plasmadüse und den Strom eingeführt.
  • Allgemein können die aktiven Anodenmaterialteilchen, die innerhalb der Plasmadüse gebildet werden, von etwa 5 oder von etwa 10 oder von etwa 50 oder von etwa 100 oder von etwa 200 Nanometer bis zu etwa 900 oder bis zu etwa 850 oder bis zu etwa 800 oder bis zu etwa 750 oder bis zu etwa 700 Nanometer betragen. Bei verschiedenen Ausführungsformen können die aktiven Anodenmaterialteilchen von etwa 200 bis etwa 800 Nanometer oder von etwa 250 bis etwa 750 Nanometer oder von etwa 250 bis etwa 600 Nanometer betragen. Allgemein können die Metallteilchen von etwa 1 bis etwa 15 Mikrometer oder von etwa 1 bis etwa 12 Mikrometer oder von etwa 1 bis etwa 10 Mikrometer oder von etwa 1 bis etwa 5 oder von etwa 1 bis etwa 2 Mikrometer betragen. (Teilchengrößen sind als durchschnittliche Teilchengrößen gegeben, die durch ISO 13320 gemessen werden). Die Anodenmaterialschicht enthält eine ausreichende Menge des aktiven Anodenmaterials, um eine geeignete Anodenkapazität bereitzustellen. Bei verschiedenen Ausführungsformen belegen die aktiven Anodenmaterialteilchen von etwa 5 % bis etwa 75 % des Gesamtvolumens, bevorzugt von etwa 20 % bis etwa 70 % des Gesamtvolumens und bevorzugter von etwa 20 % bis etwa 60 % oder von etwa 40 % bis etwa 70 % oder von etwa 40 % bis etwa 60 % des Gesamtvolumens der Anodenmaterialschicht, die die Metallteilchen und aktiven Anodenmaterialteilchen enthält.
  • Bei verschiedenen Aspekten der offenbarten Verfahren und Anoden kann die poröse Metallschicht aus einem Metall oder Metallen gebildet sein, das/die aus Kupfer, Zinn, Eisen, Nickel, Titan, Kobalt, Chrom, Wolfram, Molybdän, Silber, Gold, Palladium, Platin oder anderen Metallen aus den Gruppen 1B, IVA und VIIIB des Periodensystems, Legierungen von diesen, wie etwa rostfreiem Strahl, und Kombinationen von diesen, die in dem Metall unter Verwendung von Metallteilchen von etwa 1 bis etwa 15 Mikrometer gebildet werden können, ausgewählt sein kann/können; das aktive Anodenmaterial kann aus Silicium, Oxiden von Silicium (insbesondere SiOx, wobei x = 1 oder 2 gilt), SiOx-C-Verbundstoffen, Silicium-Kohlenstoff-Verbundstoffe, Siliciumlegierungen, wie etwa Li-Si-Legierungen und Kombinationen von diesen ausgewählt sein.
  • Bei einem Aspekt dieser Erfindung wird ein atmosphärisches Plasmaabscheidungsverfahren eingesetzt, um eine poröse Anodenkomponente für eine Lithium-Ionen-Batterie zu bilden. Das Anodenmaterial kann als eine poröse Schicht auf einer oder beiden Seiten einer metallischen (z. B. Kupfer-) Stromkollektorfolie oder auf einer Oberfläche einer porösen polymeren (z. B. Polypropylen-) Separatorschicht abgeschieden werden. Die Stromkollektorfolie oder die poröse Separatorschicht dient als ein Substrat für den Plasmaabscheidungsprozess. Die abgeschiedene poröse Schicht ist von einer vorbestimmten Konsistenz, Dicke und Fläche zur Verwendung als ein effizientes Anodenmaterial, wenn sie mit einer flüssigen lithiumionenhaltigen Elektrolytlösung durchdringen wird.
  • Die vorliegende Anodenkomponentenstruktur ist eine mit einer porösen Partikelmatrix aus einem leitfähigen elementaren Metall, wie etwa Kupfer, Zinn oder Nickel (Gruppe IB; VIIIB, IVA), das so gebildet ist, dass es kleinere aktive Anodenmaterialteilchen, wie etwa siliciumhaltige aktive Anodenmaterialteilchen, enthält und unterstützt. Die Metallteilchen sind mikrometergroß, während die aktiven Anodenmaterialteilchen submikrometergroß sind. Die Größen der plasmaabgeschiedenen elementaren Metallteilchen liegen in dem Bereich von etwa 1-15 Mikrometer und die Poren in der abgeschiedenen Schicht sind so bemessen, dass sie die Teilchen des aktiven Anodenmaterials tragen und unterstützen. Das aktive Anodenmaterial kann Teilchen, die kleiner als 1 Mikrometer, bevorzugt nicht größer als etwa 900 Nanometer oder nicht mehr als etwa 800 Nanometer, wie etwa von etwa 200 bis etwa 800 Nanometer, sind, aus elementarem Silicium, SiOx (z. B. ein SiO-SiO2-Verbundstoff), Siliciumoxid-Kohlenstoff-Verbundstoffe, Silicium-Kohlenstoff-Verbundstoffe oder Lithiumsiliciumlegierungen, wie etwa Li-Si-Legierungen, sein und kann als das aktive Anodenmaterial plasmaabgeschieden werden. Die Teilchen aus dem aktiven Anodenmaterial sind auf der Oberfläche der Metallteilchen, einschließlich in Poren zwischen Metallteilchen, der abgeschiedenen Metallteilchennetzwerkschicht dispergiert und an diesen angehaftet. Dementsprechend können, wenn die Anodenkomponente mit einer kompatibel Kathode gepaart ist und die Elektroden mit einer nichtwässrigen Lösung aus einem Lithiumionen leitenden Elektrolyten durchdrungen ist, die hohen Kapazitätseigenschaften des aktiven Anodenmaterials ohne Beschädigung dieser neuen Anodenkomponente realisiert werden.
  • Die Anodenstruktur kann durch eine gemeinsame Abscheidung des elementaren Metalls und des aktiven Anodenmaterials unter Nutzung einer geeigneten atmosphärischen Plasmaanwendungsvorrichtung gebildet werden. Oder die poröse Schicht aus elementarem Metall kann zuerst mit einer anschließenden atmosphärischen Abscheidung der Teilchen des ausgewählten Anodenmaterials gebildet werden. Es kann bevorzugt oder notwendig sein, unterschiedliche atmosphärische Plasmaabscheidungsbedingungen beim Bilden der einzelnen Schichten aus der zweigliedrigen Anodenstruktur anzupassen. Bei einer Ausführungsform wird die Abscheidung der porösen Schicht aus elementaren Metallteilchen zuerst abgeschlossen. Dann wird die Plasmaabscheidung der kleineren Teilchen aus Anodenmaterial in die Poren der Metallschicht gleichzeitig oder sequenziell in derselben Plasmavorrichtung aus derselben oder einer zweiten Düse erfolgen. Die aktiven Anodenmaterialteilchen können graphitischen Kohlenstoff beinhalten, falls eine Kohlenstoffquelle, wie etwa ein Alkan wie Methan, Ethan oder Propan, zusammen mit dem Siloxanvorläuferdampf in das Plasma eingeführt wird. Gleichermaßen können die aktiven Anodenmaterialteilchen lithiiert werden, indem ein flüchtiger flüssiger Vorläufer, der Lithium enthält, wie etwa Lithiumamide, in dem Vorläufer aufgenommen werden oder indem ein Lithiumdraht in dem Plasmastrom gesputtert wird oder indem nanometergroße Lithiumteilchen, zum Beispiel Lithiumteilchen mit einer Schutzcarbonatbeschichtung, in den Plasmastrom mit einer Temperatur von wenigstens 700 °C eingeführt werden. Die Kohlenstoff- oder Lithiummodifikatoren können alternativ unter Verwendung einer Plasmadüse, die getrennt von der Plasmadüse ist, die zum Abscheiden der aktiven Anodenmaterialteilchen verwendet wird, in derselben Plasmavorrichtung angewandt werden.
  • Bei einer Ausführungsform werden aktive SiOx-Graphit-Verbundstoff-Anodenmaterialteilchen durch Vermischen eines Vorläuferdampfs für SiOx (wie etwa Tetraalkylsiloxan, wie Tetraethylsiloxan, oder eines Hexaalkyldisiloxan, wie etwa Hexamethyldisiloxan) und einer sekundären Kohlenstoffquelle (wie etwa einem Alkan, wie Methan, Ethan oder Propan) in derselben Plasmadüse gebildet. Die Plasmadüse kann dieselbe Plasmadüse sein, die zum Abscheiden der Metallteilchen verwendet wird, oder kann eine zweite Plasmadüse in derselben Plasmaabscheidungsvorrichtung wie die Plasmadüse sein, die zum Abscheiden der Metallteilchen verwendet wird. Alternativ dazu kann die sekundäre Kohlenstoffquelle in die Plasmadüse eingeführt werden, die zum Abscheiden der Metallteilchen verwendet wird, und eine zweite Plasmadüse in derselben Plasmaabscheidungsvorrichtung kann verwendet werden, um die siliciumhaltigen aktiven Anodenmaterialteilchen abzuscheiden.
  • Gleichermaßen kann ein lithiiertes (mit Lithium dotiertes) aktives Anodenmaterial, z. B. ein SiOx-C-Li-Verbundstoff, durch Vermischen eines organischen Lithiumvorläuferdampfes in derselben Plasmadüse mit einem Vorläuferdampf für für SiOx (wie etwa Tetraalkylsiloxan, wie Tetraethylsiloxan, oder eines Hexaalkyldisiloxan, wie etwa Hexamethyldisiloxan) und optional mit einer sekundären Kohlenstoffquelle (wie etwa einem Alkan, wie Methan, Ethan oder Propan) gebildet werden. Beispiele für organische Lithiumvorläufer sind Lithiumacetat, Lithium-bis(n-propyldimethylsilyl)amid und Lithiumbis(trimethylsilyl)amid. Die Plasmadüse kann dieselbe Plasmadüse sein, die zum Abscheiden der Metallteilchen verwendet wird, oder kann eine zweite Plasmadüse in derselben Plasmaabscheidungsvorrichtung wie die Plasmadüse sein, die zum Abscheiden der Metallteilchen verwendet wird. Alternativ dazu kann der organische Lithiumvorläufer und/oder die sekundäre Kohlenstoffquelle in die Plasmadüse eingeführt werden, die zum Abscheiden der Metallteilchen verwendet wird, und eine zweite Plasmadüse in derselben Plasmaabscheidungsvorrichtung kann verwendet werden, um die siliciumhaltigen aktiven Anodenmaterialteilchen abzuscheiden.
  • Bei einer Ausführungsform wird eine poröse Schicht aus oberflächenerweichten, oberflächengeschmolzenen oder oberflächenenergieaktivierten Metallteilchen in der Vorrichtung zur atmosphärischen Plasmaanwendung gebildet und als eine poröse, allgemein gleichmäßige dicke Schicht aus angehafteten Metallteilchen auf dem ausgewählten Substrat abgeschieden. Beim Abkühlen bildet das abgeschiedene Material eine poröse Metallmatrix für eine anschließende Plasmaabscheidung kleinerer Teilchen aus aktivem Anodenmaterial. Geeignete Metallmatrixmaterialien beinhalten Kupfer, Zinn oder Nickel (Gruppe IB, VIIIB, IVA) für eine Anode für eine Lithium-Ionen-Batterie. In gewissen Ausführungsformen ist Kupfer ein bevorzugtes Metall zum Bilden der porösen leitfähigen Matrix. Das ausgewählte Metall kann in die Düse zur atmosphärischen Plasmaabscheidung als Teilchen in einem geeigneten Trägergas, das zu dem Plasmastrom gerichtet wird, oder in der Form eines Drahtes, der in dem Plasmastrom gesputtert wird oder innerhalb der Plasmadüse verdampft wird, eingeführt werden. Die Leistung, die in dem atmosphärischen Generator verwendet wird, wird gesteuert, um die Metallteilchen mit einer geeigneten Temperatur und mit Teilchengrößen in dem Bereich von etwa 1 bis etwa 15 Mikrometer abzuscheiden, um ein allgemein gleichmäßiges dickes Netzwerk aus angehafteten Metallteilchen zu bilden, das bis zu etwa 150 Mikrometer in der Dicke betragen kann. Die Metallteilchen haften beim Bilden einer angehafteten porösen Schicht aneinander und an dem Substrat an. Die Poren dieser Metallteilchenmatrix oder Netzwerkschicht sind dafür gedacht und verwaltet, Empfangsstellen für die kleineren durch atmosphärisches Plasma abgeschiedenen Teilchen aus einem ausgewählten aktiven Anodenmaterial bereitzustellen.
  • Bei manchen Ausübungen der Erfindung können submikrometergroße Teilchen aus aktivem Anodenmaterial aus einem geeigneten Vorläuferdampf in der Metallteilchenzuführungsrate, Plasmaaktivierungsdüse produziert werden und gemeinsam mit den größeren Metallteilchen in derselben Plasmaaktivierungsdüse abgeschieden werden. Die Größe der aktiven Anodenmaterialteilchen kann durch Prozessparameter, wie etwa Vorläuferflussrate relativ zu einer Plasmaleistung, Temperatur des Substrats, Plasmaarbeitsgas und -flussrate und Verfahrgeschwindigkeit des Plasmadüsenkopfes relativ zu dem Substrat, gesteuert werden. Die kleineren Teilchen aus aktivem Anodenmaterial werden auf den Oberflächen und in den Poren der Metallmatrixschicht abgeschieden. Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung werden die Teilchen aus aktivem Anodenmaterial anschließend auf einer und in eine Metallmatrixschicht abgeschieden, während die Metallteilchen oberflächenerweicht, oberflächengeschmolzen oder oberflächenenergieaktiviert verbleiben. Es kann wünschenswert sein, andere Bedingungen für das atmosphärische Plasma beim Bilden mehrerer Anodenmaterialschichten, wie beschrieben, in mehreren aufeinanderfolgenden Durchläufen der Plasmadüse über dem Substrat zu verwenden, um mehrere Anodenmaterialschichten mit einer Gesamtdicke von bis zu 150 Mikrometer auf dem Substrat zu bilden. Die Bildung mehrerer Anodenmaterialschichten mit geeigneter Dicke auf dem ausgewählten Substrat kann durch die Abscheidung einer oder mehrerer weiterer Schichten der Kombination aus elementaren Metallteilchen und kleineren Teilchen aus Anodenmaterial erreicht oder erfordert werden. Die Schichten können sich voneinander hinsichtlich Konzentration und Zusammensetzung des aktiven Anodenmaterials, der Metallmatrixporosität, der Metallteilchenzusammensetzung, der Netzwerkporosität, der Metallteilchengröße, der Größe der aktiven Anodenmaterialteilchen und einer beliebigen Kombination von diesen durch Variieren der Materialien, die dem Plasma zugeführt werden, der relativen Zuführungsraten von Materialien zu dem Plasma oder den Plasmen, Variieren einer Zuführungsrate der Teilchen oder des (der) Vorläuferdampfes (Vorläuferdämpfe), Variieren der Leistung des Plasmas, Ändern der Rate, mit der die Plasmadüse getragen und relativ zu der Substratoberfläche bewegt wird, oder Ändern des Abstands zwischen der Düse und dem Substrat oder eine beliebige Kombination von diesen unterscheiden.
  • Geeignete Anodenmaterialien beinhalten elementares Silicium SiOx (z. B. SiO-SiO2-Verbundstoffe), SiOx-C-Verbundstoffe, Silicium-Kohlenstoff-Verbundstoffe, Lithiumsiliciumlegierungen, wie etwa oder eine Kombination davon. Eine Abscheidung aus SiOx(z. B. SiO-SiO2-Verbundstoff)-Teilchen kann durch Einführen eines Vorläufers für das aktive Anodenmaterial in die Plasmaumgebung gebildet werden. Beispiele für geeignete Vorläufer beinhalten Hexamethyldisiloxan (HMDSO) oder Tetraethylsiloxan (TEOS), die in einem geeigneten Plasmastrom in einer Plasmadüse zersetzt werden können, um nanometergroße Teilchen aus SiOx (x = 1-2, z. B. SiO-SiO2-Verbundstoff) zu bilden.
  • Beim Fertigen der Anodenkomponente für Lithiumbatterien können poröse Anodenmaterialschichten auf beiden Seiten einer relativ dünnen Kupferstromkollektorfolie abgeschieden werden. Bei Ausübungen dieser Erfindung können das plasmaabgeschiedene Metall und die aktive Anodenmaterialmatrix auf einer oder beiden der Hauptoberflächen einer geeigneten Anodenstromkollektorfolie abgeschieden werden. Bei anderen Ausübungen der Verfahren dieser Erfindung können das plasmaabgeschiedene Metallmatrixmaterial und das aktiven Anodenmaterial auf einer Hauptoberfläche einer porösen polymeren Separatorschicht abgeschieden werden. Zum Beispiel kann eine poröse Polypropylenfaserstruktur als das Substrat dienen, wenn die Natur der Oberfläche des polymeren Separators das Eindringen von plasmaabgeschiedenem Anodenmaterial in die Poren des Separators nicht erlaubt. Wenn das Anodenmaterial auf einer Hauptoberfläche eines Separators abgeschieden wird, wird eine Stromkollektorfolie üblicherweise auf der gegenüberliegenden Seite der plasmaabgeschiedenen Anodenstruktur aufgebracht oder gebildet.
  • Bei einem speziellen veranschaulichenden Beispiel wird ein geeignetes mittels nichtthermischen Plasma gesprühtes Gemisch aus SiOx und Kupfer als eine poröse Anodenschicht mit einer Porosität von 40 % bis etwa 70 % des Oberflächenvolumens der Schicht gebildet. Die Elektrodenschicht kann zum Beispiel auf einer Hauptoberfläche einer Kupferstromkollektorfolie oder auf einer aufnahmefähigen Oberflächen eines polymeren Separators gebildet werden. Typischerweise beträgt das Verhältnis des Volumens aus abgeschiedenem SiOx zu dem Volumen aus abgeschiedenem Kupfer etwa 0,4-0,7 (oder 2:3 bis 2:5 Teile gemäß dem Volumen von SiOx zu Kupfer).
  • Die Erfindung wird nun ferner unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Nun unter Bezugnahme auf 1 wird eine plasmaabgeschiedene Schicht 10 aus Metall(z. B. Kupfer)-Teilchen 12, die die aktiven Anodenmaterial(z. B. SiOx)-Teilchen 14 trägt, an einer Metall(z. B. Kupfer)-Stromkollektorfolie oder auf einem polymeren (z. B. Polypropylen-) Separatorsubstrat 16 angehaftet. Die abgeschiedenen, angehafteten Metallteilchen 12 und die abgeschiedenen, angehafteten aktiven Anodenmaterialteilchen 14 sind als allgemein sphärisch veranschaulicht, aber die plasmaabgeschiedenen Teilchen können unregelmäßige Formen aufweisen. Die Größen der Teilchen werden durch ihre größte Abmessung charakterisiert. Und die Porosität der abgeschiedenen Schicht 10 kann als ein Anteil oder Prozentsatz seines Oberflächenvolumens, wenn es sich von seinem Stützsubstrat auswärts erstreckt, bestimmt werden.
  • Die abgeschiedenen, angehafteten Metallteilchen 12 sind größer als die abgeschiedenen aktiven Anodenmaterialteilchen 14 und stellen Oberflächen und Porenvolumen bereit, an denen die aktiven Anodenmaterialteilchen 14 angehaftet werden und die zur Durchdringung mit einer anschließend platzierten lithiumionenhaltigen Elektrolytlösung ausgelegt sind. Allgemein müssen die Metallteilchen 12 nicht in irgendeiner regelmäßigen Gestaltung vorliegen und die Porengrößen können stark variieren. Die Metallteilchen 12 sind oberflächenerweicht, oberflächengeschmolzen oder oberflächenenergieaktiviert, so dass die Teilchen aneinander und an einem Substrat 16, auf das sie abgeschieden sind, anhaften und eine ausreichende Dichte aufweisen, um eine stabile Matrix oder ein Gerüst für die aktiven Anodenmaterialteilchen 14 zum Anhaften zu bilden, so dass die Anodenmaterialschicht beständig mit guter thermischer und elektrischer Leitfähigkeit ist.
  • 2 zeigt eine schematische Draufsicht der porösen Schicht 10, die aus mikrometergroßen Metallteilchen 12 mit nanometergroßen aktiven Anodenmaterialteilchen 14 gebildet ist, die an den Oberflächen der Metallteilchen 12 und in Poren 18 zwischen den Metallteilchen 12 angehaftet sind.
  • 3 ist eine schematische dreidimensionale Ansicht eines Teils einer plasmaabgeschiedenen Schicht 10 aus mikrometergroßen Metallteilchen 12 mit nanometergroßen aktiven Anodenmaterialteilchen 14, die an den Oberflächen der Metallteilchen 12 und in Poren zwischen den Metallteilchen 12 angehaftet sind.
  • Atmosphärische Plasmaabscheidungsverfahren sind bekannt und Plasmasprühdüsen sind kommerziell verfügbar. Nun unter Bezugnahme auf 4 weist eine Einrichtung 100 für atmosphärisches Plasma eine vorgelagerte runde Flusskammer 110 zum Einführen und Leiten eines fließenden Stroms eines geeigneten Arbeitsgases, wie etwa Stickstoff, Formiergases (Stickstoff-Wasserstoff-Gasgemisch) und eines Inertgases, wie etwa Helium oder Argon, auf. Bei dieser Ausführungsform verjüngt sich diese veranschaulichende anfängliche Flusskammer 110 nach innen zu einer kleineren runden Flusskammer 110'. Wie oben beschrieben, beinhalten Metallmatrixteilchen für eine Anode Kupfer-, Zinn- und Nickel(Gruppe IB, VIIIB, IVA)-Teilchen. Die aktiven Anodenmaterialien beinhalten Silicium, Siliciumoxid (SiOx), eine Legierung aus Lithium und Silicium (Li-Si).
  • Teilchen oder Vorläufer der Teilchen eines ausgewählten Materials 116 werden durch Versorgungsrohre 112 geliefert und werden geeignet in den Arbeitsgasstrom in einer Hauptkammer eingeführt und dann in eine Plasmadüse 120 transportiert, in der der Stickstoff (oder ein anderes Arbeitsgas) in einen Plasmastrom bei atmosphärischem Druck umgewandelt wird. Zum Beispiel können Teilchen aus Kupfer 116 durch ein geeignetes Versorgungsrohr 112 geliefert werden, das teilweise aufgebrochen ist, um den fließenden Strom aus Kupferteilchen 116 zu veranschaulichen. Ein Siloxanvorläuferdampf 118 kann durch ein getrenntes Versorgungsrohr 114 geliefert werden, das teilweise aufgebrochen ist, um die fließende Versorgung von Siloxandampf 118 zu veranschaulichen. Wenn die Kupferteilchen 116 in den Plasmastrom eintreten, werden sie dispergiert und mit dem Siloxanvorläuferdampf 118 gemischt, der sich zersetzt und nanometergroße Teilchen aus einem Gemisch aus Siliciumoxid (SiOx-Teilchen) in ihm und durch ihn getragen bildet. Wenn der Plasmastrom durch eine nachgelagerte Plasmageneratordüse 120 fließt, werden die Kupferteilchen 116 und die SiOx-Teilchen, die in dem gebildeten Plasma gebildet sind, durch das gebildete Plasma auf eine Abscheidungstemperatur erwärmt. Die kurzzeitige thermische Einwirkung auf die Teilchen kann eine Temperatur von bis zu etwa 2000 °C sein. Wie oben in dieser Beschreibung angegeben, werden die Metallteilchen in dem Plasma erweicht, oberflächengeschmolzen oder oberflächenenergieaktiviert, so dass die Teilchenaneinander und an den aktiven Elektrodenmaterialteilchen anhaften.
  • Der Strom 122 aus stickstoffbasiertem Plasma, der suspendierte Elektrodenmaterialteilchen enthält und trägt, wird durch die Düse progressiv entgegen der Oberfläche eines Substrats 124, wie etwa einer Kupferstromkollektorfolie für eine Anode einer Lithium-Ionen-Zelle, gerichtet. Die Substratfolie wird auf einer geeigneten Arbeitsoberfläche 126 für den atmosphärischen Plasmaabscheidungsprozess gestützt Das Abscheidungssubstrat für die atmosphärische Plasmaabscheidung ist als eine einzelne Stromkollektorfolie 124 mit ihrer nichtbeschichteten Verbinderfahne 124' veranschaulicht. Aber es versteht sich, dass das Substrat für die atmosphärische Plasmaabscheidung zur wirtschaftlichen Verwendung und Anwendung des Plasmas von beliebiger Größe und Form sein kann. Es versteht sich auch, dass geeignete Befestigungen notwendig sein können, um das Substrat an seiner Stelle zu halten, und/oder eine Maske notwendig sein kann, um den beschichteten Bereich oder die beschichteten Bereiche zu definieren. Und ferner können zum Beispiel spezifizierte kleinere Arbeitselektrodenelemente später aus einem größeren anfänglich beschichteten Substrat geschnitten werden. Die Düse wird in einem geeigneten Pfad und mit einer geeigneten Rate bewegt, so dass das Partikelelektrodenmaterial als eine Schicht 128 aus porösem Anodenelektrodenmaterial mit spezifizierter Dicke auf der Oberfläche des Stromkollektorfoliensubstrat 124 abgeschieden wird. Die Plasmadüse kann auf einem Roboterarm getragen werden und die Steuerung der Plasmaerzeugung und der Bewegung des Roboterarms kann unter Steuerung eines programmierten Computers verwaltet werden. Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung wird das Substrat bewegt, während das Plasma stationär ist.
  • Die Schicht aus Anodenmaterialteilchen kann ihrer Plasmaabscheidung lithiiert werden, um einen Lithiumkapazitätsverlust effizient zu kompensieren, um eine erste Zykluseffizienz signifikant zu verbessern. Dies kann zum Beispiel auf eine beliebige von drei Arten erfolgen. Bei einer ersten Art kann ein Draht aus Lithiummetall in dem Plasmastrom platziert werden, um in der Anodenmaterialschicht Sputter-abgeschieden zu werden, wenn die Schicht auf dem Stromkollektor oder dem polymeren Separatorsubstrat gebildet wird. Bei einem zweiten Verfahren kann ein organischer Lithiumvorläuferdampf in derselben Plasmadüse mit einem Vorläuferdampf für SiOx und optional mit einer sekundären Kohlenstoffquelle (wie etwa einem Alkan, wie Methan, Ethan oder Propan) vermischt werden. Beispiele für organische Lithiumvorläufer sind Lithiumacetat, Lithium-bis(n-propyldimethylsilyl)amid und Lithiumbis(trimethylsilyl)amid. Die Plasmadüse kann dieselbe Plasmadüse sein, die zum Abscheiden der Metallteilchen verwendet wird, oder kann eine zweite Plasmadüse in derselben Plasmaabscheidungsvorrichtung wie die Plasmadüse sein, die zum Abscheiden der Metallteilchen verwendet wird. Bei einem dritten Verfahren können Teilchen aus stabilisierten Lithiummetallteilchen (zum Beispiel Li-Metall, das mit Lithiumcarbonat, Li2CO3, beschichtet ist) mit den Metallteilchen, die die poröse Metallschicht bilden, vermischt und diesen von dem Versorgungsrohr zugeführt werden oder kann unter Verwendung eines zusätzlichen Versorgungsrohrs, das von den Versorgungsrohren 112 und 114 getrennt ist, zugeführt und durch die atmosphärische Plasmaabscheidung auf das Substrat gemeinsam abgeschieden werden. Die Morphologie und Größe der Lithiumteilchen in der Anodenmaterialschicht kann durch eine Eintrittsposition entlang der Plasmadüsenlänge, die Leistung des Plasmas, die Drahtzuführungsgeschwindigkeit und/oder durch Sequenzierung einer Abscheidung der Lithiumteilchen relativ zu einer Abscheidung der Metallteilchen, die das poröse Netzwerk bilden, und der Abscheidung der aktiven Anodenmaterialteilchen (die z. B. in den Plasmastrom aus einem Vorläufersiloxan gebildet werden) gesteuert werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform reagiert das Lithiummetall während einer Abscheidung, um nanometergroße Si-Li-Legierung-Teilchen in der Anodenmaterialschicht zu bilden.
  • Eine Lithium-Ionen-Zelle gemäß der Erfindung ist (der Reihe nach) aus Folgendem zusammengesetzt: einem Anodenstromkollektor; einer Anodenmaterialschicht der Erfindung, die eine poröse Schicht aus den Metallteilchen, die die aktiven Anodenmaterialteilchen auf den Metallteilchenoberflächen und in Lücken zwischen den Metallteilchen trägt, umfasst und optional ferner Lithium umfasst; einer porösen polymeren Separatorschicht; einer Kathodenmaterialschicht (die z. B. einem Gemisch aus Oxid oder Phosphat von Lithium und einem anderen Metall, wie etwa Lithium-Mangan-Oxid, Lithium-Nickel-Oxid und/oder Lithium-Kobalt-Oxid, Lithium-Mangan-Nickel-Kobalt-Oxid, Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminium-Oxid, Lithium-Eisen-Phosphat oder Kombinationen dieser Materialien, umfasst); und einem Kathodenstromkollektor. Die Anodenmaterialschicht und die Kathodenmaterialschicht können sich entweder auf ihren jeweiligen Seiten der Separatorschicht oder auf ihren jeweiligen Stromkollektoren befinden. Es versteht sich, dass die Anodenmaterialschicht der Erfindung auf dem Anodenstromkollektor oder auf der Anodenseite der Separatorschicht gebildet werden kann. Dementsprechend kann die Lithium-Ionen-Zelle, wenn die Anodenkomponente den Anodenstromkollektor und die Anodenmaterialschicht umfasst, aus Folgendem zusammengesetzt sein: der Anodenkomponente; einer porösen polymeren Separatorschicht; einer Kathodenmaterialschicht; und einem Kathodenstromkollektor. Wenn die Anodenkomponente die Anodenmaterialschicht und die Separatorschicht umfasst, kann die Lithium-Ionen-Zelle aus Folgendem zusammengesetzt sein: einem Anodenstromkollektor, der Anodenkomponente der Erfindung, einer Kathodenmaterialschicht, und einem Kathodenstromkollektor.
  • Ein Lithium-Zelle-Elektrolyt, oft ein in einem oder mehreren organischen Lösungsmitteln (z. B. Ethylencarbonat, Dimethylcarbonat) aufgelöstes Lithiumsalz (z. B. LiPF6, LiBF4, LiClO4), wird vorsichtig in und zwischen die eng beabstandeten Schichten der Lithium-Ionen-Zelle-Baugruppe eingeführt. Solchen Lithium-Ionen-Zelle-Baugruppen sind wohlbekannt, wie in vielen Referenzen beschrieben, wobei sich die vorliegende Lithium-Ionen-Zelle von jenen zuvor bekannten darin unterscheiden, dass die erfindungsgemäße Anodenmaterialschicht verwendet wird. Eine Lithium-Ionen-Batterie gemäß der Erfindung umfasst wenigstens eine Lithium-Ionen-Zelle gemäß der Erfindung. Bei einer Ausführungsform der Lithium-Ionen-Batterie umfasst eine Materialschicht der Erfindung eine poröse Schicht aus den angehafteten Metallteilchen, die die aktiven Anodenmaterialteilchen trägt, die an den Metallteilchenoberflächen angehaftet sind, einschließlich an Metalloberflächen in Lücken zwischen den Metallteilchen angehaftet, und umfasst ferner Lithium, das auf jeder Seite eines Anodenstromkollektors aufgebracht ist. Bei dieser Ausführungsform ist die Batterie von jeder Seite der Anodenmaterialschicht nach außen aus Folgendem zusammengesetzt: einer porösen polymeren Separatorschicht; einer Kathodenmaterialschicht; und einem Kathodenstromkollektor.
  • Es ist ein Verfahren zum Bilden einer Anodenkomponente für eine elektrochemische Lithium-Ionen-Zelle offenbart, das Folgendes umfasst: Abscheiden von Metallteilchen aus einem ersten atmosphärischen Plasma durch eine erste Düse einer Plasmavorrichtung auf ein Substrat, um ein poröses Netzwerk aus angehafteten Metallteilchen zu bilden, wobei das Metall aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Metallen der Gruppe 1B, Gruppe IVA und Gruppe VIIIB des Periodensystems, Titan, Chrom, Wolfram und Molybdän, Legierungen davon und Kombinationen davon besteht, und wobei das Substrat ein Anodenstromkollektor oder ein poröser polymerer Separator ist; und gleichzeitig mit dem, überlappend mit dem oder anschließend an das Abscheiden der Metallteilchen Abscheiden von aktiven Anodenmaterialteilchen aus dem ersten atmosphärischen Plasma durch die erste Düse oder aus einem zweiten atmosphärischen Plasma durch eine zweite Düse der Plasmavorrichtung, wobei die aktiven Anodenmaterialteilchen weniger als 1 Mikrometer betragen und kleiner als die Metallteilchen sind und wenigstens ein Element umfassen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Silicium und SiOx besteht, wobei die aktiven Anodenmaterialteilchen an den Metallteilchen anhaften, um eine Schicht aus Anodenmaterial auf dem Substrat zu bilden. Bei diesem Verfahren können die Metallteilchen von 1 bis 15, bevorzugt von 1 bis 10, bevorzugter von 1 bis 5 und besonders bevorzugt von 1 bis 3 Mikrometer betragen und ist das Metall bevorzugt aus der Gruppe ausgewählt, die aus Kupfer, Zinn, Eisen, Nickel, Titan, Kobalt, Chrom, Wolfram, Molybdän, Silber, Gold, Palladium, Platin und rostfreiem Stahl besteht, ist bevorzugter aus der Gruppe ausgewählt, die aus Kupfer, Zinn und Nickel besteht; die aktiven Anodenmaterialteilchen können weniger als 1 Mikrometer, bevorzugt von 200 bis 800 Nanometer, bevorzugter von 250 bis 750 Nanometer und besonders bevorzugter von 250 bis 600 Nanometer betragen und das aktive Anodenmaterial kann Kohlenstoff enthalten und ist bevorzugt lithiiert und die Anodenmaterialschicht kann auf einer Hauptseite des polymeren Separators oder auf einer oder beiden Hauptseiten des Anodenstromkollektors gebildet werden. Eine Komponente, die durch das Verfahren gefertigt ist, wird verwendet, um eine elektrochemische Lithium-Ionen-Zelle zu fertigen, die wiederum verwendet wird, um eine Lithium-Ionen-Batterie zu fertigen. Gemäß dem Verfahren, mit einer beliebigen Kombination der aufgelisteten Merkmale, können die aktiven Anodenmaterialteilchen in dem ersten oder zweiten atmosphärischen Plasma aus einem Vorläufer gebildet werden, der bevorzugt einen Siloxandampf, bevorzugter Hexaalkyldisiloxan, wie etwa Hexamethyldisiloxan, oder Tetraalkylsiloxan, wie etwa Tetraethylsiloxan, umfasst, der optional ferner eine organische Kohlenstoffverbindung, wie etwa ein Alkan, bevorzugt Methan, Ethan oder Propan, um aktive Anodenmaterialteilchen, die graphitischen Kohlenstoff umfassen, und/oder eine flüchtige Lithiumverbindung, wie etwa Lithium-bis(trimethylsilyl)amid, um lithiierte aktiven Anodenmaterialteilchen bereitzustellen, umfasst. Unabhängig davon, ob die aktiven Anodenmaterialteilchen in dem Plasma unter Verwendung eines Vorläufers gebildet werden, können die aktiven Anodenmaterialteilchen über Sputtern von einem Lithiumdraht oder aus einem verdampften Lithiumvorläufer in der Plasmadüse oder unter Verwendung von Lithiumteilchen, die optional eine Oberflächenpassivierung umfassen und die aus einem atmosphärischen Plasma durch die erste Düse, die zweite Düse oder eine dritte Düse der Plasmavorrichtung abgeschieden werden, lithiiert werden.
  • Beliebige oder alle der oben aufgelisteten Ausführungsformen des Verfahrens können verwendet werden, um mehrere Schichten aus Anodenmaterial auf dem Substrat zu bilden, die eine Gesamtdicke von bis zu etwa 150 Mikrometer aufweisen, und wobei wenigstens ein Element aus der Gruppe, die aus Metallteilchenzusammensetzung, Zusammensetzung eines aktiven Anodenmaterials, Konzentration eines aktiven Anodenmaterials, Netzwerkporosität, Metallteilchengröße, Größe aktiver Anodenmaterialteilchen und Kombinationen davon besteht, zwischen zwei beliebigen Schichten der mehreren Schichten variieren kann.
  • Es ist auch ein Verfahren zum Bilden einer Anodenkomponente für eine elektrochemische Lithium-Ionen-Zelle offenbart, das Folgendes umfasst: Abscheiden von Metallteilchen aus einem atmosphärischen Plasma durch eine erste Düse einer Plasmavorrichtung auf ein Substrat, um ein poröses Netzwerk aus angehafteten Metallteilchen zu bilden, wobei das Metall aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Metallen der Gruppe 1B, Gruppe IVA und Gruppe VIIIB des Periodensystems, Titan, Chrom, Wolfram und Molybdän, Legierungen davon und Kombinationen davon besteht, und wobei das Substrat ein Anodenstromkollektor oder ein poröser polymerer Separator ist; und gleichzeitig mit dem, überlappend mit dem oder anschließend an das Abscheiden der Metallteilchen Abscheiden von aktiven Anodenmaterialteilchen, die aus einem Siloxanvorläufer gebildet sind, in einem atmosphärischen Plasma durch die erste Düse oder durch eine zweite Düse der Plasmavorrichtung, wobei die aktiven Anodenmaterialteilchen wenigstens ein Element umfassen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Silicium und SiOx besteht, die optional ferner graphitischen Kohlenstoff, der in einem atmosphärischen Plasma aus einem Alkangas in der Plasmadüse gebildet wird, und/oder Lithium, das in einem atmosphärischen Plasma aus einer organischen Lithiumverbindung in der Plasmadüse gebildet wird oder aus einem Lithiumdraht gesputtert wird, umfassen, wobei die Metallteilchen von etwa 1 bis etwa 15 Mikrometer betragen und wobei die aktiven Anodenmaterialteilchen von etwa 5 bis etwa 900 Nanometer betragen; und wobei die aktiven Anodenmaterialteilchen an den Metallteilchen anhaften, um eine Schicht aus Anodenmaterial auf dem Substrat zu bilden.
  • Es ist auch eine Anodenkomponente für eine elektrochemische Lithium-Ionen-Zelle offenbart, die Folgendes umfasst: eine Anodenmaterialschicht auf einem Anodenstromkollektor oder auf einem polymeren Separator, wobei die Anodenmaterialschicht ein poröses Netz aus angehafteten Metallteilchen mit einer Teilchengröße von etwa 1 Mikrometer bis etwa 15, bevorzugt von 1 bis 12, bevorzugter von 1 bis 10 und besonders bevorzugt von 1 bis 5 oder von 1 bis 3 Mikrometer umfasst, wobei das Metall aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Metallen der Gruppe 1B, Gruppe IVA und Gruppe VIIIB des Periodensystems, Titan, Chrom, Wolfram und Molybdän, Legierungen davon, besteht, bevorzugt aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Kupfer, Zinn, Eisen, Nickel, Titan, Kobalt, Chrom, Wolfram, Molybdän, Silber, Gold, Palladium, Platin und rostfreiem Stahl besteht, bevorzugter aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Kupfer, Zinn und Nickel besteht; und aktive Anodenmaterialteilchen, die wenigstens ein Mitglied umfassen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Silicium und SiOx besteht, die optional ferner graphitischen Kohlenstoff und/oder Lithium umfassen und eine Teilchengröße kleiner als 1 Mikrometer, bevorzugt vo 200 bis 800 Nanometer, bevorzugter von 250 bis 750 Nanometer und besonders bevorzugt von 200 bis 600 oder von 250 bis 600 Nanometeraufweisen, die an den Metallteilchen angehaftet sind, wobei die Anodenmaterialschicht von etwa 5 Vol.-% bis etwa 75 Vol.-%, bevorzugt von etwa 20 Vol.-% bis etwa 60 Vol.-% der aktiven Anodenmaterialteilchen umfasst. Die Anodenmaterialschicht kann eine Monoschicht auf dem Substrat sein oder mehrere Schichten auf dem Substrat sein, wobei optional wenigstens ein Element aus der Gruppe, die aus Metallteilchenzusammensetzung, Zusammensetzung eines aktiven Anodenmaterials, Konzentration eines aktiven Anodenmaterials, Netzwerkporosität, Metallteilchengröße, Größe aktiver Anodenmaterialteilchen und Kombinationen davon besteht, zwischen wenigstens zwei der mehreren Schichten variiert, und welche sich auf einer Hauptseite des polymeren Separators oder auf einer oder beiden Hauptseiten des Anodenstromkollektors befindet. Ebenfalls offenbart ist eine elektrochemische Lithium-Ionen-Zelle, die die Anodenkomponente umfasst, und eine elektrochemische Lithium-Ionen-Batterie, die die elektrochemische Lithium-Ionen-Zelle umfasst.

Claims (23)

  1. Verfahren zum Bilden einer Anodenkomponente für eine elektrochemische Lithium-Ionen-Zelle, das Folgendes umfasst: Abscheiden von Metallteilchen aus einem ersten atmosphärischen Plasma durch eine erste Düse einer Plasmavorrichtung auf ein Substrat, um ein poröses Netzwerk aus angehafteten Metallteilchen zu bilden, wobei das Metall aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Metallen der Gruppe IB, Gruppe IVA und Gruppe VIIIB des Periodensystems, Titan, Chrom, Wolfram und Molybdän, Legierungen davon und Kombinationen davon besteht, und wobei das Substrat ein Anodenstromkollektor oder ein poröser polymerer Separator ist; und gleichzeitig mit dem, überlappend mit dem oder anschließend an das Abscheiden der Metallteilchen Abscheiden von aktiven Anodenmaterialteilchen aus dem ersten atmosphärischen Plasma durch die erste Düse oder aus einem zweiten atmosphärischen Plasma durch eine zweite Düse der Plasmavorrichtung, wobei die aktiven Anodenmaterialteilchen eine Teilchengröße von weniger als 1 Mikrometer besitzen und kleiner als die Metallteilchen sind und wenigstens ein Mitglied umfassen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Silicium und SiOx besteht, wobei die aktiven Anodenmaterialteilchen an den Metallteilchen anhaften, um eine Schicht aus Anodenmaterial auf dem Substrat zu bilden, wobei die atmosphärische Plasmaabscheidung bei einer Temperatur von weniger als 3500 °C ausgeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Metallteilchen eine Teilchengröße von 1 bis 15 Mikrometer besitzen und wobei die aktiven Anodenmaterialteilchen eine Teilchengröße von 5 bis 900 Nanometer besitzen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die aktiven Anodenmaterialteilchen in dem ersten oder zweiten atmosphärischen Plasma aus einem Vorläuferdampf gebildet werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Vorläuferdampf eine Siloxanverbindung umfasst.
  5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die aktiven Anodenmaterialteilchen ferner graphitischen Kohlenstoff umfassen, der in dem Plasma aus einem Alkangas gebildet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, wobei das aktive Anodenmaterial durch eines von Folgendem lithiiert wird durch Sputtern eines Lithiumdrahts, oder Abscheiden von Lithium aus einem verdampften Vorläufer, der Lithium enthält, oder Abscheiden von Lithiumteilchen, die optional eine Oberflächenpassivierung umfassen aus einem atmosphärischen Plasma durch die erste Düse, die zweite Düse oder eine dritte Düse der Plasmavorrichtung.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der verdampfte lithiumhaltige Vorläufer eine organische Lithiumverbindung ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die aktiven Anodenmaterialteilchen unter Verwendung der ersten Düse auf das Substrat aufgebracht werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Metall aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Kupfer, Zinn, Eisen, Nickel, Titan, Kobalt, Chrom, Wolfram, Molybdän, Silber, Gold, Palladium, Platin und rostfreiem Stahl besteht.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Mehrzahl von Schichten des Anodenmaterials auf dem Substrat gebildet wird, wobei diese eine Gesamtdicke von bis zu 150 Mikrometer besitzt.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei wenigstens ein Mitglied, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Folgendem besteht: Metallteilchenzusammensetzung, Zusammensetzung eines aktiven Anodenmaterials, Konzentration eines aktiven Anodenmaterials, Netzwerkporosität, Metallteilchengröße, Größe aktiver Anodenmaterialteilchen und Kombinationen davon zwischen wenigstens zwei der mehreren Schichten variiert.
  12. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Anodenmaterialschicht von 5 Vol.-% bis 75 Vol.-% der aktiven Anodenmaterialteilchen umfasst.
  13. Anodenkomponente für eine elektrochemische Lithium-Ionen-Zelle, die eine Anodenmaterialschicht auf einem Anodenstromkollektor oder auf einem polymeren Separator umfasst, wobei die Anodenmaterialschicht ein poröses Netz aus angehafteten Metallteilchen mit einer Teilchengröße von 1 Mikrometer bis 15 Mikrometer, wobei das Metall aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Metallen der Gruppe IB, Gruppe IVA und Gruppe VIIIB des Periodensystems, Titan, Chrom, Wolfram und Molybdän, Legierungen davon besteht, und aktiven Anodenmaterialteilchen, die wenigstens ein Mitglied umfassen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Silicium und SiOx besteht, und eine Teilchengröße kleiner als 1 Mikrometer aufweisen und an die Metallteilchen angehaftet sind, umfasst, wobei die Anodenmaterialschicht von 5 Vol.-% bis 75 Vol.-% der aktiven Anodenmaterialteilchen umfasst.
  14. Anodenkomponente nach Anspruch 13, wobei die Metallteilchen eine Teilchengröße von 1 bis 10 Mikrometer besitzen und wobei die aktiven Anodenmaterialteilchen eine Teilchengröße von 200 bis 800 Nanometer besitzen.
  15. Anodenkomponente nach Anspruch 13, wobei das Metall aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Kupfer, Zinn, Eisen, Nickel, Titan, Kobalt, Chrom, Wolfram, Molybdän, Silber, Gold, Palladium, Platin und rostfreiem Stahl besteht.
  16. Anodenkomponente nach Anspruch 13, wobei das aktive Anodenmaterial ferner ein Mitglied umfasst, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Kohlenstoff und Lithium besteht.
  17. Anodenkomponente nach Anspruch 13, wobei die Anodenmaterialschicht von 20 Vol.-% bis 60 Vol.-% der aktiven Anodenmaterialteilchen umfasst.
  18. Anodenkomponente nach Anspruch 13, die mehrere Schichten des Anodenmaterials umfasst, wobei wenigstens ein Mitglied, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Folgendem besteht: Metallteilchenzusammensetzung, Zusammensetzung eines aktiven Anodenmaterials, Konzentration eines aktiven Anodenmaterials, Netzwerkporosität, Metallteilchengröße, Größe aktiver Anodenmaterialteilchen und Kombinationen davon zwischen wenigstens zwei der mehreren Schichten variiert.
  19. Elektrochemische Lithium-Ionen-Zelle, die die Anodenkomponente nach Anspruch 13 umfasst.
  20. Lithium-Ionen-Batterie, die die elektrochemische Zelle nach Anspruch 19 umfasst.
  21. Lithium-Ionen-Batterie nach Anspruch 20, wobei sich die Anodenmaterialschicht auf einer Hauptoberfläche eines polymeren Separators befindet.
  22. Lithium-Ionen-Batterie nach Anspruch 20, wobei sich die Anodenmaterialschicht auf einer Hauptoberfläche eines Anodenstromkollektors befindet.
  23. Lithium-Ionen-Batterie nach Anspruch 20, wobei sich die Anodenmaterialschicht auf beiden Hauptoberflächen eines Anodenstromkollektors befindet.
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