DE112021006784T5

DE112021006784T5 - Lithium-ergänzungsaufschlämmung, positives polstück und lithium-ionen-batterie

Info

Publication number: DE112021006784T5
Application number: DE112021006784.2T
Authority: DE
Inventors: Bingyang Hua; Wuyuan Zou
Original assignee: Jiangsu Zenergy Battery Technologies Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Zenergy Battery Technologies Co Ltd
Priority date: 2021-05-08
Filing date: 2021-10-12
Publication date: 2023-11-16
Also published as: CN113394371A; US20240170649A1; WO2022237692A1; WO2022237064A1; CN113394371B

Abstract

Eine Lithium-Ergänzungsaufschlämmung, ein positives Polstück und eine Lithium-Ionen-Batterie. Durch das getrennte Dispersion und Mischen der Lithium-Ergänzungsaufschlämmung und einer Anodenaufschlämmung wird das Problem vermieden, dass die Anodenaufschlämmung aufgrund der direkten Zugabe eines Lithium-Ergänzungsmaterials zu der Anodenaufschlämmung schwer zu dispergieren, leicht zu agglomerieren und zu gelieren ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Lithium-Ergänzungsaufschlämmung, die durch die Zugabe des Lithium-Ergänzungsmaterials, eines leitfähigen Mittels und eines Bindemittels gebildet wird, einen besseren Dispersionseffekt erreichen. Nachdem die Lithium-Ergänzungsaufschlämmung auf eine Anodenbeschichtung aufgetragen wurde, weist das resultierende positive Polstück eine niedrigere Impedanz auf, damit die Lithium-Ergänzung verbessert wird. Darüber hinaus kann die Zugabemenge des Lithium-Ergänzungsmaterials durch die Beziehung für die Lithium-Ergänzungsaufschlämmung der vorliegenden Erfindung auch genau berechnet werden. Somit wird der Rückstand des Lithium-Ergänzungsmaterials nach dem ersten Laden und Entladen effektiv reduziert und wird die Ausnutzungsrate des Lithium-Ergänzungsmaterials erhöht.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der chinesischen Patentanmeldung Nr. 202110514352.9 , die am 8. Mai 2021 beim chinesischen Patentamt eingereicht wurde, mit dem Titel „Lithium-Ergänzungsaufschlämmung, positives Polstück und Lithium-Ionen-Batterie“, und deren gesamter Inhalt wird hiermit durch Bezugnahme in diese Anmeldung aufgenommen.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Lithiumbatterien, insbesondere auf eine Lithium-Ergänzungsaufschlämmung, ein positives Polstück und eine Lithium-Ionen-Batterie.
STAND DER TECHNIK
Ein SEI-Film ist eine Passivierungsschicht, die auf die Oberfläche eines Elektrodenmaterials aufgetragen wird und durch die Reaktion zwischen dem Elektrodenmaterial und einem Elektrolyten an einer Fest-Flüssig-Phasengrenzfläche während des ersten Ladens und Entladens einer flüssigen Lithium-Ionen-Batterie gebildet wird. Der gebildete Passivierungsfilm kann den Durchtritt von Lösungsmittelmolekülen wirksam blockieren. Allerdings kann Li+ über den Passivierungsfilm frei eingebettet und abgelöst werden. Der gebildete Passivierungsfilm weist die Eigenschaften eines Festelektrolyten auf. Daher wird der Passivierungsfilm als „Festelektrolyt-Schnittstellenfilm (Solid Electrolyte Interface)“, kurz als SEI-Film bezeichnet. Hauptbestandteile des SEI-Films sind LiF, Li₂CO₃, Lithiumalkylester usw. Die Lithium-Ionen in diesen Produkten stammen hauptsächlich aus aktivem Lithium in dem Anodenmaterial. Dies führt direkt zu einer Verringerung der Lade- und Entladeeffizienz in der ersten Woche. Anschließend wird der Verlust des aktiven Lithiums mit der Auflösung und Erzeugung von SEI-Film schwerwiegender. Ferner kann sich ein Teil der Lithium-Ionen während der Zyklen von Batterien nicht vollständig lösen, nachdem sie in ein Kathodenmaterial eingebettet wurden, was zum Verlust des aktiven Lithiums führt. Dadurch werden die Lade- und Entladeeffizienz und die Zykluslebensdauer verringert.
Derzeit interessieren sich die meisten Unternehmen für die Auswahl von Lithium-Ergänzungsmaterialien und suchen sie nach besseren Lithium-Ergänzungsmaterialien. Bei einer aktuellen Lösung wird das Lithium-Ergänzungsmaterial im Allgemeinen direkt als Substanz zu einer positiven Elektrodenzusammensetzung hinzugefügt. Das Lithium-Ergänzungsmaterial hat jedoch oft eine hohe Alkalität auf. Ein direktes Mischen mit einer positiven Elektrodenaktivsubstanz führt zu einer schlechten Dispersion, einer anfälligen Agglomeration und einer Gelierung der gesamten Anodenaufschlämmung. Dies führt zu einem hohen Widerstand und einer hohen Polarisation der hergestellten Polstücke.
Im Stand der Technik wird eine Lösung mit vorheriger Herstellung einer Lithium-Ergänzungsaufschlämmung vorgeschlagen. Beispielsweise offenbart das chinesische Patent CN110838573A eine Lithium-Ergänzungsaufschlämmung für ein Lithium-Ionen-Energiespeichergerät sowie ein Herstellungsverfahren und eine Anwendung dafür, wobei die Lithium-Ergänzungsaufschlämmung ein Lithiumoxalat als aktive Lithium-Ergänzungssubstanz, eine Übergangsmetallverbindung als Katalysator, und ein Lösungsmittel umfasst. Dieses Verfahren erfordert jedoch eine aktive Substanz als Katalysator erforderlich. Nur Lithiumoxalat ist als aktive Lithiumergänzungssubstanz geeignet. Die Zugabe eines Lithium-Ergänzungsmaterials kann nicht genau berechnet werden. Die effektive Lagerzeit ist kurz und die Anpassungsfähigkeit gering. Die Probleme des hohen Widerstands und der hohen Polarisation können immer noch nicht gelöst werden.
In diesem Kontext besteht Bedarf an einer technischen Lösung zur Lösung der oben genannten Probleme.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein erstes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Lithium-Ergänzungsaufschlämmung bereitzustellen. Die Lithium-Ergänzungsaufschlämmung kann in einem besseren Zustand mit einem positiven Polstück kombiniert werden. Das verwendete Lithium-Ergänzungsmaterial ist nicht auf Lithiumoxalat beschränkt, hat ein breiteres Anwendungspotential und enthält keinen Katalysator, sodass die Zugabe des Lithium-Ergänzungsmaterials genau berechnet werden kann.
Um das oben genannte Ziel zu erreichen, verwendet die vorliegende Erfindung die folgenden technischen Lösungen.
Eine Lithium-Ergänzungsaufschlämmung umfasst ein Lithium-Ergänzungsmaterial, ein leitfähiges Mittel und ein Bindemittel; wobei die folgende Beziehung erfüllt wird: $25 \leq 100 * (M 3 * D 50) / (M 1 * B 1 * M 2 * \sqrt{B 2}) \leq 10000,$
wobei D50 eine durchschnittliche Partikelgröße des Lithium-Ergänzungsmaterials ist,

B1 eine spezifische Oberfläche des Lithium-Ergänzungsmaterials ist,
B2 eine spezifische Oberfläche des leitfähigen Mittels ist,
M1 das Verhältnis der Masse des Lithium-Ergänzungsmaterials zur Masse der festen Bestandteile in der Lithium-Ergänzungsaufschlämmung ist,
M2 das Verhältnis der Masse des leitfähigen Mittels zur Masse der festen Bestandteile in der Lithium-Ergänzungsaufschlämmung ist,
M3 das Verhältnis der Masse des Bindemittels zur Masse der festen Bestandteile in der Lithium-Ergänzungsaufschlämmung ist.
Vorzugsweise umfasst das Lithium-Ergänzungsmaterial mindestens ein lithiumhaltiges Metalloxid, das delithiiert werden kann.
Wenn das Lithium-Ergänzungsmaterial mindestens zwei lithiumhaltige Metalloxide umfasst, werden vorzugsweise die folgenden Beziehungen erfüllt:

M 1 = M 1 a + M1b + M1c + \dots + M 1 n;

B 1 = M 1 a * B1a + M 1 b * B1b + \dots + M 1 n * B1n;

D 50 = M 1 a * D50a + M 1 b * D50b + \dots + M 1 n * D50n;

Vorzugsweise beträgt die spezifische Oberfläche B1 des Lithium-Ergänzungsmaterials 0,3-15 m²/g; die durchschnittliche Partikelgröße D50 des Lithium-Ergänzungsmaterials beträgt 0,5-12 µm; und das Verhältnis M1 der Masse des Lithium-Ergänzungsmaterials zur Masse der festen Bestandteile in der Lithium-Ergänzungsaufschlämmung beträgt 70-95 %.
Vorzugsweise ist das lithiumhaltige Metalloxid eines der folgenden ist: Lithiumphosphat, Dilithiumhydrogenphosphat, Lithiumsulfat, Lithiumsulfit, Lithiummolybdat, Lithiumoxalat, Lithiumtitanat, Lithiumtetraborat, Lithiummetasilikat, Lithiummanganmetamanganat, Lithiumtartrat, Trilithiumcitra.
Vorzugsweise besteht das leitfähige Mittel aus mindestens einem leitfähigen Mittel. Wenn das leitfähige Mittel aus einer Mischung von mindestens zwei leitfähigen Mitteln besteht, werden die folgenden Beziehungen erfüllt: $M 2 = M 2 a + M2b + M2c + \dots + M 2 n;$
und $B 2 = M 2 a * B2a + M 2 b * B2b + \dots + M 2 n * B2n;$
wobei jeweils die Verhältnisse ihrer Massen zur Masse der festen Bestandteile in der Lithium-Ergänzungsaufschlämmung durch M2a, M2b, M2c, ..., M2n und ihre spezifische Oberfläche durch B2a, B2b, B2c, ..., B2n bezeichnet wird.
Vorzugsweise beträgt die spezifische Oberfläche B2 des leitfähigen Mittels 20-300 m²/g; und das Verhältnis M2 der Masse des leitfähigen Mittels zur Masse der festen Bestandteile in der Lithium-Ergänzungsaufschlämmung beträgt 0,1-15 %.
Vorzugsweise umfasst das leitfähige Mittel mindestens eines von den folgenden: leitfähiger Ruß, leitfähiger Graphit KS-6, leitfähiger Graphit SFG-6, Ketjen-Schwarz EC300J, Ketjen-Schwarz ECP, Ketjen-Schwarz ECP-600JD, Kohlenstofffaser, Kohlenstoffnanoröhrchen, Graphen, Graphenoxid oder dampfgewachsener Kohlenstofffaser.
Vorzugsweise ist das Bindemittel mindestens eines von den folgenden: Polyvinylpyrrolidon, Polyvinylidenfluorid, Polyethylenoxid, Teflon, Natriumcarboxymethylcellulose oder einem Copolymer aus Styrol und Butadien, und dass das Verhältnis M3 der Masse des Bindemittels zur Masse der festen Bestandteile in der Lithium-Ergänzungsaufschlämmung 0,1-20 % beträgt.
Vorzugsweise enthält die Lithium-Ergänzungsaufschlämmung ferner ein Dispergiermittel. Das Verhältnis der Masse des Dispergiermittels zur Masse der festen Bestandteile in der Lithium-Ergänzungsaufschlämmung beträgt 0,1-10 %. Das Dispergiermittel ist Polyoxyethylendioleat und/oder Polytetraethylenglykolmonostearat.
Vorzugsweise enthält die Lithium-Ergänzungsaufschlämmung ferner ein Lösungsmittel. Das Verhältnis der Masse des Lösungsmittels zur Masse der Lithium-Ergänzungsaufschlämmung beträgt 20-50 %. Das Lösungsmittel ist mindestens eines von den folgenden: Wasser, N-Methyl-2-pyrrolidon, Tetrahydrofuran, N,N-Dimethylformamid oder Ethanol.
Ein zweites Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein positives Polstück bereitzustellen. Das positive Polstück umfasst eine Anodenbeschichtung und eine Lithium-Ergänzungsbeschichtung, die auf der Anodenbeschichtung aufgetragen ist. Die Lithium-Ergänzungsbeschichtung wird durch die in einem der obigen Absätze beschriebene Lithium-Ergänzungsaufschlämmung hergestellt.
Vorzugsweise erfüllen die Dicke der Anodenbeschichtung und die Dicke der Lithium-Ergänzungsbeschichtung die folgende Beziehung: 1/10 < die Dicke der Lithium-Ergänzungsbeschichtung/die Dicke der Anodenbeschichtung < 1/3.
Vorzugsweise beträgt die Dicke der Lithium-Ergänzungsbeschichtung 5-100 µm; und die Dicke der Anodenbeschichtung beträgt 50-300 µm.
Ein drittes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Lithium-Ionen-Batterie bereitzustellen. Die Lithium-Ionen-Batterie umfasst das in einem der obigen Absätze beschriebene positive Polstück.
Gegenüber dem Stand der Technik hat die vorliegende Erfindung zumindest die folgenden Vorteile.

1) Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Lithium-Ergänzungsaufschlämmung und die Anodenaufschlämmung getrennt dispergiert und gemischt, sodass eine schlechte Dispersion, eine anfällige Agglomeration und eine Gelierung der Anodenaufschlämmung aufgrund der direkten Zugabe eines Lithium-Ergänzungsmaterials in die Anodenaufschlämmung vermieden werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch die Zugabe des Lithium-Ergänzungsmaterials, des leitfähigen Mittels und des Bindemittels ein besserer Dispersionseffekt erreicht werden. Nachdem die Lithium-Ergänzungsaufschlämmung auf eine Anodenbeschichtung aufgetragen wurde, weist das resultierende positive Polstück eine niedrigere Impedanz und eine bessere Lithium-Ergänzung auf. Ferner kann die Zugabemenge des Lithium-Ergänzungsmaterials durch die Beziehung in der vorliegenden Erfindung auch genau berechnet werden, sodass der Rückstand des Lithium-Ergänzungsmaterials nach dem ersten Laden und Entladen effektiv reduziert wird und der Nutzungsgrad des Lithium-Ergänzungsmaterials höher ist.
2) Nachdem jede Substanz in der Lithium-Ergänzungsaufschlämmung richtig formuliert ist, weist die Lithium-Ergänzungsaufschlämmung der vorliegenden Erfindung eine gute Kompatibilität mit verschiedenen Anoden- und Kathodenmaterialien auf. Durch die Verwendung der Lithium-Ergänzungsaufschlämmung der vorliegenden Erfindung in der Lithium-Ionen-Batterie kann die Effizienz des ersten Zyklus effektiv derart verbessert werden, dass sie sich dem Ersteffektwert des Anodenmaterials selbst annähert.
3) Die Lithium-Ergänzungsaufschlämmung in der vorliegenden Erfindung enthält keinen Aktivsubstanzkatalysator. Und eine aktive Lithium-Ergänzungssubstanz ist nicht auf das Lithiumoxalat beschränkt, sodass die Lithium-Ergänzungsaufschlämmung ein breiteres Anwendungspotenzial hat und kostengünstiger ist.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ein erster Aspekt der vorliegenden Anmeldung stellt eine Lithium-Ergänzungsaufschlämmung bereit. Die Lithium-Ergänzungsaufschlämmung umfasst ein Lithium-Ergänzungsmaterial, ein leitfähiges Mittel und ein Bindemittel; wobei die folgende Beziehung erfüllt wird:

wobei D50 eine durchschnittliche Partikelgröße des Lithium-Ergänzungsmaterials ist;
B1 eine spezifische Oberfläche des Lithium-Ergänzungsmaterials ist;
B2 eine spezifische Oberfläche des leitfähigen Mittels ist;
M1 das Verhältnis der Masse des Lithium-Ergänzungsmaterials zur Masse der festen Bestandteile in der Lithium-Ergänzungsaufschlämmung ist;
M2 das Verhältnis der Masse des leitfähigen Mittels zur Masse der festen Bestandteile in der Lithium-Ergänzungsaufschlämmung ist;
M3 das Verhältnis der Masse des Bindemittels zur Masse der festen Bestandteile in der Lithium-Ergänzungsaufschlämmung ist.

In einigen Ausführungsbeispielen erfüllt die obige Beziehung die folgenden Beziehungen: $100 \leq 100 * (M 3 * D 50) / (M 1 * B 1 * M 2 * \sqrt{B 2}) \leq 300,$
$300 \leq 100 * (M 3 * D 50) / (M 1 * B 1 * M 2 * \sqrt{B 2}) \leq 500,$
$500 \leq 100 * (M 3 * D 50) / (M 1 * B 1 * M 2 * \sqrt{B 2}) \leq 1000,$
$1000 \leq 100 * (M 3 * D 50) / (M 1 * B 1 * M 2 * \sqrt{B 2}) \leq 1500,$
$1500 \leq 100 * (M 3 * D 50) / (M 1 * B 1 * M 2 * \sqrt{B 2}) \leq 2000,$
$2000 \leq 100 * (M 3 * D 50) / (M 1 * B 1 * M 2 * \sqrt{B 2}) \leq 2500,$
$2500 \leq 100 * (M 3 * D 50) / (M 1 * B 1 * M 2 * \sqrt{B 2}) \leq 3000,$
$3000 \leq 100 * (M 3 * D 50) / (M 1 * B 1 * M 2 * \sqrt{B 2}) \leq 4000,$
$3500 \leq 100 * (M 3 * D 50) / (M 1 * B 1 * M 2 * \sqrt{B 2}) \leq 4000,$
$4000 \leq 100 * (M 3 * D 50) / (M 1 * B 1 * M 2 * \sqrt{B 2}) \leq 5000,$
$4500 \leq 100 * (M 3 * D 50) / (M 1 * B 1 * M 2 * \sqrt{B 2}) \leq 5000,$
$5000 \leq 100 * (M 3 * D 50) / (M 1 * B 1 * M 2 * \sqrt{B 2}) \leq 5500,$
$5500 \leq 100 * (M 3 * D 50) / (M 1 * B 1 * M 2 * \sqrt{B 2}) \leq 6000,$
$6000 \leq 100 * (M 3 * D 50) / (M 1 * B 1 * M 2 * \sqrt{B 2}) \leq 6500,$
$6500 \leq 100 * (M 3 * D 50) / (M 1 * B 1 * M 2 * \sqrt{B 2}) \leq 7000,$
$7000 \leq 100 * (M 3 * D 50) / (M 1 * B 1 * M 2 * \sqrt{B 2}) \leq 7500,$
$7500 \leq 100 * (M 3 * D 50) / (M 1 * B 1 * M 2 * \sqrt{B 2}) \leq 8000,$
$8000 \leq 100 * (M 3 * D 50) / (M 1 * B 1 * M 2 * \sqrt{B 2}) \leq 8500,$
$8500 \leq 100 * (M 3 * D 50) / (M 1 * B 1 * M 2 * \sqrt{B 2}) \leq 9000,$
oder $9000 \leq 100 * (M 3 * D 50) / (M 1 * B 1 * M 2 * \sqrt{B 2}) \leq 9500.$
In einigen Ausführungsbeispielen umfasst das Lithium-Ergänzungsmaterial mindestens ein lithiumhaltiges Metalloxid, das delithiiert werden kann.
In einigen Ausführungsbeispielen wird, wenn das Lithium-Ergänzungsmaterial mindestens zwei lithiumhaltige Metalloxide umfasst, die folgenden Beziehungen erfüllt: $M 1 = M 1 a + M1b + M1c + \dots + M 1 n;$
$B 1 = M 1 a * B1a + M 1 b * B1b + \dots + M 1 n * B1n;$
$D50 = M1a*D50a + M1b*D50b + \dots + M1n*D50n;$
wobei jeweils die Verhältnisse ihrer Massen zur Masse der festen Bestandteile in der Lithium-Ergänzungsaufschlämmung durch M1a, M1b, M1c, ..., M1n bezeichnet werden, ihre spezifischen Oberflächen durch B1a, B1b, B1c, ..., B1n und ihre durchschnittliche Partikelgrößen durch D50a, D50b, D50c, ..., D50n bezeichnet sind.
In einigen Ausführungsbeispielen kann die spezifische Oberfläche B1 des Lithium-Ergänzungsmaterials 0,3-15 m²/g, 0,3-0,5 m²/g, 0,5-1 m²/g, 1-2,5 m²/g, 2,5-5 m²/g, 5-7,5 m²/g, 7,5-9 m²/g, 9-12 m²/g oder 12-15 m²/g betragen. Die durchschnittliche Partikelgröße D50 des Lithium-Ergänzungsmaterials kann 0,5-12 µm, 0,5-1 µm, 1-2,5 µm, 2,5-5 µm, 5-7,5 µm, 7,5-10 µm oder 10-12 µm betragen. Das Verhältnis M1 der Masse des Lithium-Ergänzungsmaterials zur Masse der festen Bestandteile in der Lithium-Ergänzungsaufschlämmung kann 70-95 %, 70-75 %, 75-80 %, 80-85 %, 85-90 % oder 90-95 % betragen. Ist der Massenanteil des Lithium-Ergänzungsmaterials zu gering, ist dies in der Regel nachteilig für die Verbesserung der Energiedichte einer Batteriezelle, steigt dann der Innenwiderstand der Batteriezelle auch deutlich an. Weiter bevorzugt kann die spezifische Oberfläche B1 des Lithium-Ergänzungsmaterials 0,5-10 m²/g, 0,5-1,5 m²/g, 1,5-3 m²/g, 3-4,5 m²/g, 4,5-6 m²/g, 6-7,5 m²/g, 7,5-9 m²/g oder 9-10 m²/g betragen; die durchschnittliche Partikelgröße D50 des Lithium-Ergänzungsmaterials kann 1-10 µm, 1-2 µm, 2-3 µm, 3-4 µm, 4-5 µm, 5-6 µm, 6-7 µm, 7-8 µm, 8-9 µm oder 9-10µm betragen. Das Verhältnis M1 der Masse des Lithium-Ergänzungsmaterials zur Masse der festen Bestandteile in der Lithium-Ergänzungsaufschlämmung beträgt 80-90 %. Ferner beträgt die spezifische Oberfläche B1 des Lithium-Ergänzungsmaterials 0,5-2,5 m²/g; und die durchschnittliche Partikelgröße D50 des Lithium-Ergänzungsmaterials beträgt 3-6 µm.
In einigen Ausführungsbeispielen ist das lithiumhaltige Metalloxid eines der folgenden ist: Lithiumphosphat, Dilithiumhydrogenphosphat, Lithiumsulfat, Lithiumsulfit, Lithiummolybdat, Lithiumoxalat, Lithiumtitanat, Lithiumtetraborat, Lithiummetasilikat, Lithiummetmanganat, Lithiumtartrat und Trilithiumcitrat. Im Vergleich zum Patent CN110838573A können in der vorliegenden Erfindung durch die Steuerung der Eigenschaften der verwandten Materialien wie des Lithium-Ergänzungsmaterials und des leitfähigen Mittels verschiedene Lithium-Ergänzungsmaterialien effektiv in der Lithium-Ergänzungsaufschlämmung angewendet werden, und es ist nicht nur auf ein Lithiumoxalat-Lithium-Ergänzungsmaterial beschränkt.
In einigen Ausführungsbeispielen besteht das leitfähige Mittel aus mindestens einem leitfähigen Mittel. Wenn das leitfähige Mittel aus einer Mischung von mindestens zwei leitfähigen Mitteln besteht, werden die folgenden Beziehungen erfüllt: $M2 = M2a + M2b + M2c + \dots + M2n;$
und $B2 = M2a*B2a + M2b*B2b + \dots + M2n*B2n;$
wobei jeweils die Verhältnisse ihrer Massen zur Masse der festen Bestandteile in der Lithium-Ergänzungsaufschlämmung durch M2a, M2b, M2c, ..., M2n und ihre spezifische Oberfläche durch B2a, B2b, B2c, ..., B2n bezeichnet wird.
In einigen Ausführungsbeispielen kann die spezifische Oberfläche B2 des leitfähigen Mittels 20-300 m²/g, 20-50 m²/g, 50-80 m²/g, 80-100 m²/g, 100-130 m²/g, 130-150 m²/g , 150-180 m²/g, 180-20m²/g, 200-230 m²/g, 230-250 m²/g, 250-280 m²/g oder 280-300 m²/g betragen. Das Verhältnis M2 der Masse des leitfähigen Mittels zur Masse der festen Bestandteile in der Lithium-Ergänzungsaufschlämmung kann 0,1-15 %, 0,1-1 %, 1-2 %, 2-3 %, 3-4 %, 4-5 %, 5-6 %, 6-7 %, 7-8 %, 8-9 %, 9-10 %, 10-11 %, 11-12 %, 12-13 %, 13-14 % oder 14-15 % betragen.Bevorzugt kann die spezifische Oberfläche B2 des leitfähigen Mittels 50-120 m²/g, 50-60 m²/g, 60-70 m²/g, 70-80 m²/g, 80-90 m²/g, 90-100 m²/g, 100-110 m²/g oder 110-120 m²/g betragen. Das Verhältnis M2 der Masse des leitfähigen Mittels zur Masse der festen Bestandteile in der Lithium-Ergänzungsaufschlämmung kann 5-10 %, 5-5,5 %, 5,5-6 %, 6-6,5 %, 6,5-7 %, 7-7,5 %, 7,5-8 %, 8-8,5 %, 8,5-9 %, 9-9,5 % oder 9,5-10 % betragen. Wenn die spezifische Oberfläche des leitfähigen Mittels zu groß ist, führt dies dazu, dass die Lithium-Ergänzungsaufschlämmung schwer zu dispergieren ist. Somit wird die Effizienz der Lithium-Ergänzung beeinträchtigt. Wenn die spezifische Oberfläche des leitfähigen Mittels zu klein ist, ähnelt die spezifische Oberfläche des Lithium-Ergänzungsmaterials der des leitfähigen Mittels. Die elektrostatische Anziehung ist relativ gering. Einerseits kann das leitfähige Mittel nicht gut auf der Oberfläche des Lithium-Ergänzungsmaterials adsorbiert werden, sodass die Nutzung der Lithiumkapazität nicht gut gefördert werden kann. Andererseits wird kein gutes leitfähiges Netzwerk gebildet, was wiederum die Effizienz der Lithiumergänzung beeinträchtigt. Selbst wenn die Zugabemenge des Lithium-Ergänzungsmaterials genau berechnet wird, wird die Lithium-Ergänzung aufgrund der nicht ausnützlichen Verwendung des Lithium-Ergänzungsmaterials beeinträchtigt. Ebenso hat die Zugabemenge des leitfähigen Mittels großen Einfluss auf die Dispersion, das Mischen und die Lithium-Ergänzung des Lithium-Ergänzungsmaterials. Wenn das Verhältnis zu groß ist, wird eine ungleichmäßige Dispersion der Lithium-Ergänzungsaufschlämmung verursacht, wodurch die Effizienz der Lithiumergänzung beeinträchtigt wird. Darüber hinaus kann die Zugabemenge des Leitfähiges Mittels den Innenwiderstand der Batteriezelle und die Energiedichte der Batteriezelle beeinflussen. Generell gilt: Je höher der Anteil des leitfähigen Mittels ist, desto geringer ist der Anteil des Lithium-Ergänzungsmaterials entsprechend, desto kleiner ist der Widerstand des Polstücks und dementsprechend verringert sich die Energiedichte der Batteriezelle bis zu einem gewissen Grad. Im Gegenteil, je geringer der Anteil des leitfähigen Mittels ist, desto höher ist der Anteil des Lithium-Ergänzungsmaterials, desto größer ist der Widerstand des Polstücks und dementsprechend erhöht sich die Energiedichte der Batteriezelle bis zu einem gewissen Grad.
In einigen Ausführungsbeispielen umfasst das leitfähige Mittel mindestens eines von den folgenden: leitfähigem Ruß, leitfähigem Graphit KS-6, leitfähigem Graphit SFG-6, Ketjen-Schwarz EC300J, Ketjen-Schwarz ECP, Ketjen-Schwarz ECP-600JD, Kohlenstofffaser, Kohlenstoff-Nanoröhrchen, Graphen, Graphenoxid oder dampfgewachsene Kohlenstofffaser. Das leitfähige Mittel kann verhindern, dass das Lithium-Ergänzungsmaterial von einem Dispergiermittel vollständig umhüllt wird, sodass die Nutzung der Lithiumkapazität gut gefördert wird. Das in der vorliegenden Erfindung verwendete leitfähige Mittel ist ein Kohlenstoffmaterial. Seine Kohlenstoffatome sind mit SP2 hybridisiert. Dadurch trägt das leitfähige Mittel negative Ladungen auf der Oberfläche und kann es durch statische Elektrizität auf der Oberfläche des Lithium-Ergänzungsmaterials adsorbiert werden, um so eine leitfähige Schicht zu bilden. Somit wird verhindert, dass das Lithium-Ergänzungsmaterial vollständig vom Dispergiermittel umhüllt wird. Darüber hinaus stellt das leitfähige Mittel auch einen ausreichenden elektronischen Kanal zur Verfügung, sodass die Wahrscheinlichkeit eines Kontakts zwischen dem Elektrolyten und dem Lithium-Ergänzungsmaterial erheblich erhöht wird, wodurch der Nutzungsgrad von Lithium weiter erhöht wird.
In einigen Ausführungsbeispielen ist das Bindemittel mindestens eines von den folgenden ist: Polyvinylpyrrolidon, Polyvinylidenfluorid, Polyethylenoxid, Teflon, Natriumcarboxymethylcellulose, oder einem Copolymer aus Styrol und Butadien. Das Verhältnis M3 der Masse des Bindemittels zur Masse der festen Bestandteile in der Lithium-Ergänzungsaufschlämmung kann 0,1-20 %, 0,1-2,5 %, 2,5-5 %, 5-7,5 %, 7,5-10 %, 10-12,5 %, 12,5-15 %, 15-17,5 % oder 17,5-20 % betragen. Vorzugsweise kann das Verhältnis M3 der Masse des Bindemittels zur Masse der festen Bestandteile in der Lithium-Ergänzungsaufschlämmung 5-15 %, 5-6 %, 6-7 %, 7-8 %, 8-9 %, 9-10 %, 10-11 %, 11-12 %, 12-13 %, 13-14 % oder 14-15 % betragen. Das Bindemittel kann nicht nur zum Kleben verwendet werden, sondern es kann auch für die Dispersion vorteilhaft sein. Durch die Zusammenwirkung mit dem oben genannten Dispergiermittel wird eine größere sterische Hinderung zwischen den Partikeln des Lithium-Ergänzungsmaterials gebildet, was eine gleichmäßigere Dispersion der Lithium-Ergänzungsaufschlämmung weiter fördert. Wenn das Verhältnis des Bindemittels zu gering ist, ist das Kleben unzureichend, was zu einem größeren Membranwiderstand des Polstücks führt. So wird die Lithium-Ergänzung beeinträchtigt. Wenn das Verhältnis zu groß ist, wird eine starke Polarisierung der Batterie verursacht, wodurch auch die Lithium-Ergänzung beeinträchtigt wird.
In einigen Ausführungsbeispielen umfasst die Lithium-Ergänzungsaufschlämmung ferner ein Dispergiermittel. Das Dispergiermittel handelt sich um Polyoxyethylendioleat und/oder Polytetraethylenglykolmonostearat. Das Verhältnis der Masse des Dispergiermittels zur Masse der festen Bestandteile in der Lithium-Ergänzungsaufschlämmung kann 0,1-10 %, 0,1-1 %, 1-2,5 %, 2,5-5 %, 5-7,5 % oder 7,5-10 % betragen. Vorzugsweise kann das Verhältnis der Masse des Dispergiermittels zur Masse der festen Bestandteile in der Lithium-Ergänzungsaufschlämmung 3-6 %, 3-3,5 %, 3,5-4 %, 4-4,5 %, 4,5-5 %, 5-5,5 %, oder 5,5-6 % betragen. Mit solchem Dispergiermittel, das nicht ionisches Tensid ist, kann eine stabile und gleichmäßige Dispersion der Lithium-Ergänzungsaufschlämmung gebildet werden. Wenn die Dispergiermittel zu viel sind, umhüllt das Dispergiermittel das Lithium-Ergänzungsmaterial fest, wodurch die Kapazität des Lithiums nicht genutzt werden kann. Dadurch wird die Anzahl der Lithiumionenkanäle und die elektronische Leitfähigkeit verringert. Wenn die Dispergiermittel zu wenig sind, können sie wegen der kurzen Molekülkette nicht als sterische Hinderung wirken, sodass sich keine stabile Lithium-Ergänzungsaufschlämmung bilden kann.
In einigen Ausführungsbeispielen umfasst die Lithium-Ergänzungsaufschlämmung auch ein Lösungsmittel. Das Lösungsmittel ist mindestens eines von Wasser, N-Methyl-2-pyrrolidon, Tetrahydrofuran, N,N-Dimethylformamid oder Ethanol. Das Verhältnis der Masse des Lösungsmittels zur Masse der Lithium-Ergänzungsaufschlämmung kann 20-50 %, 20-25 %, 25-30 %, 30-35 %, 35-40 %, 40-45 % oder 45-50 % betragen. Vorzugsweise kann das Verhältnis der Masse des Lösungsmittels zur Masse der Lithium-Ergänzungsaufschlämmung 25-40 %, 25-27,5 %, 27,5-30 %, 30-32,5 %, 32,5-35 %, 35-37,5 % oder 37,5-40 % betragen. Wenn der Lösungsmittelgehalt relativ niedrig ist, ist die Viskosität der Lithium-Ergänzungsaufschlämmung relativ hoch und der Feststoffgehalt zu hoch, was möglich zu ungleichmäßigem Rühren führt. Wenn der Lösungsmittelgehalt zu hoch ist, ist die Viskosität der Lithium-Ergänzungsaufschlämmung wiederum zu niedrig und die Aufschlämmung kann beim Auftragen gut fließen, was ebenfalls zu einer ungleichmäßigen Beschichtung der Aufschlämmungsschicht führt. Das Lösungsmittel in diesem Verhältnis lässt sich besser mit dem Lithium-Ergänzungsmaterial, dem leitfähigen Mittel und dem Dispergiermittel mischen, um die Lithium-Ergänzungsaufschlämmung mit einer geeigneten Viskosität zu bilden, sodass sie gleichmäßig auf die Anodenbeschichtung aufgetragen werden kann, um die Lithium-Ergänzung zu gewährleisten.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Anmeldung stellt ein positives Polstück zur Verfügung. Das positive Polstück umfasst einen Stromkollektor der Anode, eine Anodenbeschichtung, die auf dem Stromkollektor der Anode vorgesehen ist, und eine Lithium-Ergänzungsbeschichtung, die auf der Anodenbeschichtung aufgetragen ist. Die Lithium-Ergänzungsbeschichtung wird durch die in der vorliegenden Anmeldung beschriebene Lithium-Ergänzungsaufschlämmung hergestellt. Die Lithium-Ergänzungsaufschlämmung kann durch kontinuierliche Beschichtung, Spaltbeschichtung oder Punktbeschichtung auf die Anodenbeschichtung aufgetragen werden. Insbesondere kann eines von Siebdruck, Tiefdruckbeschichten, Schlitzdüsenbeschichten (Slot-die) und Transferbeschichten verwendet werden.
Die Anodenbeschichtung enthält ein aktives Anodenmaterial. Der konkrete Typ des aktiven Anodenmateriales ist nicht spezifisch begrenzt und kann nach den Anforderungen ausgewählt werden. Das aktive Anodenmaterial der Anodenbeschichtung kann beispielsweis eine oder eine Kombination aus mehreren der folgenden Substanzen umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt: ein geschichtetes aktives Anodenmaterial, ein aktives Anodenmaterial von Spinell-Typ und ein aktives Anodenmaterial von Olivin-Typ und Metallsulfid. Genauer gesagt kann das aktive Anodenmaterial eine Verbindung oder eine Kombination aus mehreren Verbindungen umfassen, ist jedoch nicht darauf beschränkt, deren chemische Formeln als Li_aNi_xCo_yM_zO_2-bN_b dargestellt sind (wobei 0,95≤a≤1,2, x>0, y≥0, z≥0, und x+y+z=1, 0≤b≤1, M aus ein oder einer Kombination aus mehreren von Mn und Al ausgewählt ist, N aus ein oder einer Kombination aus mehreren von F, P und S ausgewählt ist). Das aktive Anodenmaterial kann auch ein oder eine Kombination aus mehreren von Folgenden, ist jedoch nicht darauf beschränkt: LiCoO₂, LiNiO₂, LiVO₂, LiCrO₂, LiMn₂O₄, LiCoMnO₄, Li₂NiMn₃O₃, LiNi_0.5Mn_1.5O₄, LiCoPO₄, LiMnPO₄, LiFePO₄, LiNiPO₄, LiCoFSO₄, CuS₂, FeS₂, MoS₂, NiS, und TiS₂. Das aktive Anodenmaterial kann ebenfalls modifiziert werden. Ein Verfahren zur Modifizierung des aktiven Anodenmaterials sollte dem Fachmann bekannt sein. Beispielsweise kann das aktive Anodenmaterial durch das Hüllen, die Dotierung und dergleichen modifiziert werden. Zu den für die Modifikation verwendeten Materialien können unter anderem eine oder eine Kombination aus mehreren der folgenden Elemente gehören: Al, B, P, Zr, Si, Ti, Ge, Sn, Mg, Ce und W, ist jedoch nicht darauf beschränkt.
In einigen Ausführungsbeispielen erfüllen die Dicke der Anodenbeschichtung und die Dicke der Lithium-Ergänzungsbeschichtung die folgende Beziehung: 1/10 < die Dicke der Lithium-Ergänzungsbeschichtung/die Dicke der Anodenbeschichtung < 1/3. Wenn das Dickenverhältnis zu niedrig ist, ist die Lithium-Ergänzungsbeschichtung relativ dünn, sodass die Lithium-Ergänzung möglicherweise nicht gut ist. Wenn das Dickenverhältnis zu hoch ist, kann die Lithium-Ergänzungsbeschichtung zu dick sein. Die Dicke der Anodenbeschichtung wird komprimiert, was der Erhöhung der Energiedichte der Batteriezelle zuungunsten ist. Dann wird der Innenwiderstand der Batteriezelle auch erheblich erhöht.
In einigen Ausführungsbeispielen können die Dicke der Anodenbeschichtung und die Dicke der Lithium-Ergänzungsbeschichtung die folgenden Beziehungen erfüllen: 1/10 < die Dicke der Lithium-Ergänzungsbeschichtung/die Dicke der Anodenbeschichtung < 1/8, 1/8 < die Dicke der Lithium-Ergänzungsbeschichtung/die Dicke der Anodenbeschichtung < 1/5, 1/5 < die Dicke der Lithium-Ergänzungsbeschichtung/die Dicke der Anodenbeschichtung < 1/3.
In einigen Ausführungsbeispielen kann die Dicke der Lithium-Ergänzungsbeschichtung 5-100 µm, 5-15 µm, 15-30 µm, 30-45 µm, 45-60 µm, 60-75 µm oder 75-100 µm betragen. Die Dicke der Anodenbeschichtung kann 50-300 µm, 50-80 µm, 80-100 µm, 100-130 µm, 130-160 µm, 160-200 µm, 200-230 µm, 230-260 µm oder 260-300 µm betragen. Bevorzugt kann die Dicke der Lithium-Ergänzungsbeschichtung 10-50 µm, 10-15 µm, 15-20 µm, 20-30 µm, 30-35 µm, 35-40 µm, 40-45 µm oder 45-50 µm betragen. Die Dicke der Anodenbeschichtung kann 100-200 µm, 100-110 µm, 110-120 µm, 120-130 µm, 130-140 µm, 140-150 µm, 150-160 µm, 160-170 µm, 170-180 µm, 180-190 µm oder 190-200 µm betragen.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Anmeldung stellt eine Lithium-Ionen-Batterie zur Verfügung. Die Lithium-Ionen-Batterie umfasst das oben in der vorliegenden Anmeldung beschriebene positive Polstück, ein negatives Polstück und einen Trennfilm. Ein Verfahren zur Herstellung der Lithium-Ionen-Batterie sollte dem Fachmann bekannt sein. Beispielsweise können das positive Polstück, der Trennfilm und das negative Polstück jeweils Schichtkörper sein, sodass sie in Zielgrößen zugeschnitten werden und danach aufeinander gestapelt werden können, und weiter auf die Zielgrößen gewickelt werden, um so eine Batteriezelle zu bilden, danach können sie weiterhin mit einem Elektrolyten kombiniert werden, um so die Lithium-Ionen-Batterie zu bilden. Der konkrete Typ der Lithium-Ionen-Batterie ist nicht speziell definiert. Beispielsweise kann sie eine Rundzelle, eine Aluminiumgehäuse-Batterie oder eine Softpack-Batterie umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt.
Das negative Polstück umfasst üblicherweise einen Stromkollektor der Kathode und eine Aktivmaterialschicht der Kathode, die sich auf der Oberfläche des Stromkollektors der Kathode befindet. Die Aktivmaterialschicht der Kathode umfasst üblicherweise ein aktives Kathodenmaterial. Das aktive Kathodenmaterial handelt sich um verschiedene Materialien auf dem Gebiet, die für das aktive Kathodenmaterial der Lithium-Ionen-Batterie geeignet sind. Beispielsweise, ohne darauf beschränkt zu sein, kann es ein oder mehrere der folgenden Materialien sein: Graphit, weicher Kohlenstoff, harter Kohlenstoff, Kohlenstofffasern, Mesokohlenstoff-Mikrokügelchen, auf Siliciumdioxid basierendes Material, auf Zinn basierendes Material, Lithiumtitanat oder einem anderen Metall, das mit Lithium eine Legierung bilden kann. Der Graphit kann ein oder mehrere aus künstlichem Graphit, natürlichem Graphit und modifiziertem Graphit sein. Das auf Siliciumdioxid basierende Material kann ein oder mehrere aus monolithischem Silizium, einer Siliciumoxidverbindung, einem Silicium-Kohlenstoff-Komplex und einer Siliciumlegierung sein. Das auf Zinn basierende Material kann ein oder mehrere aus monolithischem Zinn, einer Zinnoxidverbindung und einer Zinnlegierung sein. Der Stromkollektor der Kathode ist normalerweise eine Struktur oder eine Komponente zum Sammeln von Strömen. Der Stromkollektor der Kathode kann aus verschiedenen Materialien auf dem Gebiet bestehen, die als Stromkollektor der Kathode der Lithium-Ionen-Batterie geeignet sind. Beispielsweise kann der Stromkollektor der Kathode Metallfolie umfassen, ist jedoch nicht darauf beschränkt, und insbesondere kann er Kupferfolie umfassen, ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Der Trennfilm kann aus verschiedenen Materialien auf dem Gebiet bestehen, die für einen Trennfilm von Lithium-Ionen-Batterien geeignet sind. Beispielsweise kann der Trennfilm eine oder Kombination aus mehreren von Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylidenfluorid, Aramidfaser, Polyethylenterephthalat, Teflon, Polyacrylnitril, Polyimid, Polyamid, Polyester und Naturfasern umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt.
Um die technischen Lösungen und Vorteile der vorliegenden Erfindung klarer zu machen, werden die vorliegende Erfindung und ihre Vorteile im Folgenden in Verbindung mit Ausführungsformen weiter beschrieben, die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind jedoch nicht darauf beschränkt.
Ausführungsbeispiel 1
Eine Lithium-Ionen-Batterie umfasst ein positives Polstück, ein negatives Polstück und einen Trennfilm zwischen dem positiven Polstück und dem negativen Polstück. Beim positiven Polstück wird Lithiumeisenphosphat als aktives Anodenmaterial zur Herstellung der Anodenbeschichtung verwendet. Anschließend wird die o. g. Lithium-Ergänzungsaufschlämmung gepresst und auf die Anodenbeschichtung aufgetragen, um eine Lithium-Ergänzungsbeschichtung zu erhalten. Das Verhältnis der Dicke der Lithium-Ergänzungsbeschichtung zur Dicke der Anodenbeschichtung wird auf 1/8 eingestellt. Beim negativen Polstück wird Graphit mit 350 mAh/g als aktives Kathodenmaterial verwendet. Anschließend wird die Lithium-Ionen-Leistungsbatterie zusammengebaut.
Ebenso werden die Lithium-Ionen-Leistungsbatterien der Ausführungsbeispielen 2-20 gemäß den Einstellungen von Ausführungsbeispiel 1 hergestellt.
Vergleichsbeispiel 1
Im Gegensatz zu Ausführungsbeispiel 1 umfasst das positive Polstück in diesem Vergleichsbeispiel keine Lithium-Ergänzungsbeschichtung.
Das andere ähnelt dem Ausführungsbeispiel 1, und wird hier nicht nochmals beschrieben.
Vergleichsbeispiel 2
Im Gegensatz zu Ausführungsbeispiel 1 umfasst das positive Polstück in diesem Vergleichsbeispiel ein Lithium-Ergänzungsmaterial, wobei das Lithium-Ergänzungsmaterial zuerst mit der Anodenaufschlämmung vermischt und dann aufgetragen wird.
Das andere ähnelt dem Ausführungsbeispiel 1 und wird hier nicht nochmals beschrieben.

Insbesondere sind die relevanten Einstellungen und die Ergebnisse der Leistungstest unter den gleichen Bedingungen für die Ausführungsbeispiele 1-20 und die Vergleichsbeispiele 1-2 in der folgenden Tabelle 1 aufgeführt. Eine Beziehung 1 bezieht sich auf

100 * (M3*D50) / (M1*B1*M2* \sqrt{B 2}) .

Tabelle 1

Nr.	Anod enma terial	Gehalt von Lithium-Er gänzungs material	Bezieh ung 1	Kathoden material	Aufladen in der ersten Woche (Gramm-spezifische Kapazität, mAh/g)	Entladen in der ersten Woche (Gramm-spezifische Kapazität, mAh/g)	Effizienz in der ersten Woche
Vergleichsbeispiel 1	LFP	/	/	Graphit	158,2	144,1	91,09%
Vergleichsbeispiel 2	LFP	85%	/	Graphit	157,9	144,3	91,12%
Ausführungsbeispiel 1	LFP	70%	56	Graphit	155,5	141,2	91,23%
Ausführungsbeispiel 2	LFP	70%	436	Graphit	156,2	145,9	93,46%
Ausführungsbeispiel 3	LFP	70%	3326	Graphit	157,2	148,8	94,21 %
Ausführungsbeispiel 4	LFP	70%	6102	Graphit	159,3	154,8	95,57%
Ausführungsbeispiel 5	LFP	70%	9113	Graphit	158,6	149,6	95,05%

Ausführungsbeispiel 6	LFP	80%	59	Graphit	155,6	142,6	91,30%
Ausführungsbeispiel 7	LFP	80%	648	Graphit	156,5	146.3	94,01%
Ausführungsbeispiel 8	LFP	80%	3158	Graphit	157,1	148,2	94,63%
Ausführungsbeispiel 9	LFP	80%	6284	Graphit	159,5	155,1	97,03%
Ausführungsbeispiel 10	LFP	80%	9058	Graphit	158,6	151	95,20%
Ausführungsbeispiel 11	LFP	85%	45	Graphit	156,5	142,9	91,31%
Ausführungsbeispiel 12	LFP	85%	531	Graphit	156,1	146,8	94,04%
Ausführungsbeispiel 13	LFP	85%	3642	Graphit	157,6	149,6	94,92%

Ausführungsbeispiel 14	LFP	85%	5984	Graphit	159,7	154,9	96%
Ausführungsbeispiel 15	LFP	85%	8932	Graphit	158,9	151,2	95,15%
Ausführungsbeispiel 16	LFP	90%	33	Graphit	155,9	145,4	93,26%
Ausführungsbeispiel 17	LFP	90%	762	Graphit	157,3	149,3	94,91 %
Ausführungsbeispiel 18	LFP	90%	2986	Graphit	159,8	155,3	97,18%
Ausführungsbeispiel 19	LFP	90%	6372	Graphit	159	155,8	97,99%
Ausführungsbeispiel 20	LFP	90%	9238	Graphit	157,5	150,3	95,43%

Ausführungsbeispiel 21
Eine Lithium-Ionen-Batterie umfasst ein positives Polstück, ein negatives Polstück und einen Trennfilm zwischen dem positiven Polstück und dem negativen Polstück. Beim positiven Polstück wird ein ternäres Material als aktives Anodenmaterial zur Herstellung der Anodenbeschichtung verwendet. Anschließend wird die o. g. Lithium-Ergänzungsaufschlämmung gepresst und auf die Anodenbeschichtung aufgetragen, um eine Lithium-Ergänzungsbeschichtung zu erhalten. Das Verhältnis der Dicke der Lithium-Ergänzungsbeschichtung zur Dicke der Anodenbeschichtung wird auf 1/5 eingestellt. Beim negativen Polstück wird Siliziumoxid mit 650 mAh/g als aktives Kathodenmaterial verwendet. Anschließend wird die Lithium-Ionen-Leistungsbatterie zusammengebaut.
Ebenso werden die Lithium-Ionen-Leistungsbatterien der Ausführungsbeispielen 22-25 gemäß den Einstellungen des Ausführungsbeispiels 21 vorbereitet.
Vergleichsbeispiel 3
Im Gegensatz zu Ausführungsbeispiel 21 umfasst das positive Polstück in diesem Vergleichsbeispiel keine Lithium-Ergänzungsbeschichtung.
Das andere ähnelt dem Ausführungsbeispiel 21 und wird hier nicht nochmals beschrieben.
Vergleichsbeispiel 4
Im Gegensatz zu Ausführungsbeispiel 21 umfasst das positive Polstück in diesem Vergleichsbeispiel ein Lithium-Ergänzungsmaterial, wobei das Lithium-Ergänzungsmaterial zuerst mit der Anodenaufschlämmung vermischt und dann aufgetragen wird.
Das andere ähnelt dem Ausführungsbeispiel 21, und wird hier nicht nochmals beschrieben.

Insbesondere sind die relevanten Einstellungen und die Leistungstestergebnisse unter den gleichen Bedingungen für Ausführungsbeispiele 21-35 und Vergleichsbeispiele 3-4 in der folgenden Tabelle 2 aufgeführt. Eine Beziehung 1 bezieht sich auf

100 * (M 3 *D 50) / (M 1 *B 1 *M 2 * \sqrt{B 2}) .

Tabelle 2

Nr.	Anod enma terial	Gehalt von Lithium-Er gänzungs material	Bezieh ung 1	Kathodenmat erial	Aufladen in der ersten Woche (Gramm-spezifis che Kapazität, mAh/g)	Entladen in der ersten Woche (Gramm-spezifis che Kapazität, mAh/g)	Effizienz in der ersten Woche
Vergleichsbeispiel 3	NCM	/	/	Siliziumoxid	194,8	143,5	73,67%
Vergleichsbeispiel 4	NCM	85%	/	Siliziumoxid	194,6	144,8	74,82%
Ausführungsbeispiel 21	NCM	75%	37	Siliziumoxid	194,2	151,8	78,59%
Ausführungsbeispiel 22	NCM	75%	894	Siliziumoxid	195,1	157,8	80,36%
Ausführungsbeispiel 23	NCM	75%	2941	Siliziumoxid	195,2	161,7	83,49%
Ausführungsbeispiel 24	NCM	75%	5367	Siliziumoxid	195,3	168,9	87,59%
Ausführungsbeispiel 25	NCM	75%	8147	Siliziumoxid	195,0	169,7	86,89%
Ausführungsbeispiel 26	NCM	85%	51	Siliziumoxid	194,4	154,6	79,53%
Ausführungsbeispiel 27	NCM	85%	999	Siliziumoxid	195,3	159,2	81,52%
Ausführungsbeispiel 28	NCM	85%	2763	Siliziumoxid	195	164,3	84,26%
Ausführungsbeispiel 29	NCM	85%	5123	Siliziumoxid	195,2	171,8	88,01%
Ausführungsbeispiel 30	NCM	85%	8241	Siliziumoxid	194,9	170,4	87,43%
Ausführungsbeispiel 31	NCM	90%	28	Siliziumoxid	195,4	155,7	79,68%
Ausführungsbeispiel 32	NCM	90%	1112	Siliziumoxid	194,7	162,4	83,41%
Ausführungsbeispiel 33	NCM	90%	3268	Siliziumoxid	194,3	167,1	86,00%
Ausführungsbeispiel 34	NCM	90%	5347	Siliziumoxid	195,1	173,3	88,83%
Ausführungsbeispiel 35	NCM	90%	9104	Siliziumoxid	193,9	171,1	88,24%

Aus dem Vergleich der Ausführungsbeispiele 1-35 mit den Vergleichsbeispielen 1-4 ist es ersichtlich, dass durch die Zugabe des Lithium-Ergänzungsmaterials gemäß der Beziehung der vorliegenden Erfindung die Entladekapazität und die Effizienz der erhaltenen Lithium-Ionen-Batterie in der ersten Woche effektiv verbessert werden. Dies beweist eine bessere Verbindung der Lithium-Ergänzungsbeschichtung der Erfindung mit der Anodenbeschichtung, und beweist eine höhere Ausnutzungsrate des Lithium-Ergänzungsmaterials und eine höhereLithium-Ergänzungseffizienz. Das Lithium-Ergänzungsmaterial ist nicht auf Lithiumoxalat beschränkt und hat somit ein breiteres Anwendungspotenzial. Beispielsweise beträgt in den Ausführungsbeispielen 1-20 und den Vergleichsbeispielen 1-2 der Wirkungsgrad einer Batterie aus einem Lithium-Eisenphosphat- und Graphitsystem in der ersten Woche 91,1 % ohne Zugabe der Lithium-Ergänzungsaufschlämmung. Nach der Zugabe der Lithium-Ergänzungsaufschlämmung kann der maximale Wirkungsgrad in der ersten Woche jedoch auf 97,9 % erhöht werden, was nahe an einem Ersteffektwert des Lithium-Eisenphosphat-Materials liegt. Ebenso beträgt der Wirkungsgrad einer Batterie aus einem ternären NCM523-Material und einem Siliziumoxid-Kathodensystem in der ersten Woche 73,6 % ohne Zugabe der Lithium-Ergänzungsaufschlämmung. Nach der Zugabe der Lithium-Ergänzungsaufschlämmung kann der maximale Wirkungsgrad in der ersten Woche auf 88,83 % erhöht werden, was nahe an einem Ersteffektwert des ternären NCM523-Materials liegt.
Weiterhin ist es aus den Ausführungsbeispielen 1-35 ersichtlich, dass bei gleichem Gehalt des Lithium-Ergänzungsmaterials, mit der Änderung vom Gehalt des leitfähigen Mittels, des Bindemittels und des Dispergiermittels, unter die Beziehung der vorliegenden Erfindung, nach dem Anstieg der aktuellen Beziehung die Lithium-Ergänzung der Lithium-Ionen-Batterie eine Tendenz zeigt, die zunächst zunimmt und dann abnimmt. Dies liegt vor allem daran, dass die Lithium-Ergänzung von einer Vielzahl von Faktoren beeinflusst wird. Die spezifische Oberfläche des Lithium-Ergänzungsmaterials, die Partikelgröße des Lithium-Ergänzungsmaterials, die Zugabemenge des Lithium-Ergänzungsmaterials, die spezifische Oberfläche des leitfähigen Mittels, die Zugabemenge des leitfähigen Mittels und die Zugabemenge des Bindemittels usw. können die Lithium-Ergänzung beeinflussen. Nur durch eine synchrone Steuerung dieser Faktoren kann der Ersteffektwert maximiert werden. Ferner zeigt die Lithium-Ergänzung der Lithium-Ionen-Batterie mit zunehmendem Gehalt an Lithium-Ergänzungsmaterials auch eine Tendenz, die zuerst zunimmt und dann abnimmt, was ebenfalls auf das Zusammenwirken der oben genannten verschiedenen Faktoren zurückführen ist.
Ausgehend von der obigen Analyse kann gemäß der vorliegenden Erfindung durch die Zugabe des Lithium-Ergänzungsmaterials, des leitfähigen Mittels, des Bindemittels und des Dispergiermittels eine bessere Dispersion erreicht werden. Nach dem Auftragen der Lithium-Ergänzungsaufschlämmung auf eine Anodenbeschichtung weist das resultierende positive Polstück eine niedrigere Impedanz und eine bessere Lithium-Ergänzung auf, sodass die Effizienz des ersten Zyklus derart effektiv verbessert werden kann, dass sie nahe an einem Ersteffektwert des Anodenmaterials liegt.
Anhand der Offenlegung und Beschreibung der obigen Beschreibung können Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung ferner die oben beschriebenen Ausführungsformen verändern und überarbeiten. Daher ist die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen konkreten Ausführungsformen beschränkt. Alle offensichtlichen Verbesserungen, Ersetzungen oder Variationen, die Fachleute auf dem Gebiet basierend auf der vorliegenden Erfindung vornehmen, fallen in den Schutzbereich der Erfindung. Außerdem werden in der vorliegenden Beschreibung zwar bestimmte Fachbegriffe verwendet, aber diese Fachbegriffe dienen nur der Erleichterung der Beschreibung und stellen keinerlei Einschränkung der Erfindung dar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

CN 202110514352 [0001]
CN 110838573 A [0005, 0028]

Claims

Lithium-Ergänzungsaufschlämmung, dadurch gekennzeichnet, dass die Lithium-Ergänzungsaufschlämmung ein Lithium-Ergänzungsmaterial, ein leitfähiges Mittel und ein Bindemittel umfasst, wobei die folgende Beziehung erfüllt wird: $25 \leq 100 * (M 3 *D 50) / (M 1 *B 1 *M 2 * \sqrt{B 2}) \leq 10000,$
wobei D50 eine durchschnittliche Partikelgröße des Lithium-Ergänzungsmaterials ist, B1 eine spezifische Oberfläche des Lithium-Ergänzungsmaterials ist, B2 eine spezifische Oberfläche des leitfähigen Mittels ist, M1 das Verhältnis der Masse des Lithium-Ergänzungsmaterials zur Masse der festen Bestandteile in der Lithium-Ergänzungsaufschlämmung ist, M2 das Verhältnis der Masse des leitfähigen Mittels zur Masse der festen Bestandteile in der Lithium-Ergänzungsaufschlämmung ist, M3 das Verhältnis der Masse des Bindemittels zur Masse der festen Bestandteile in der Lithium-Ergänzungsaufschlämmung ist.
Lithium-Ergänzungsaufschlämmung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lithium-Ergänzungsmaterial mindestens ein lithiumhaltiges Metalloxid umfasst, das delithiiert werden kann.
Lithium-Ergänzungsaufschlämmung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn das Lithium-Ergänzungsmaterial mindestens zwei lithiumhaltige Metalloxide umfasst, werden die folgenden Beziehungen erfüllt: $M1 = M1a + M1b + M1c + \dots + M1n;$
$B1 = M1a*B1a + M1b*B1b + \dots + M1n*B1n;$
und $D50 = M1a*D50a + M1b*D50b + \dots + M1n*D50n;$
wobei jeweils die Verhältnisse ihrer Massen zur Masse der festen Bestandteile in der Lithium-Ergänzungsaufschlämmung durch M1a, M1b, M1c, ..., M1n bezeichnet werden, ihre spezifischen Oberflächen durch B1a, B1b, B1c, ..., B1n und ihre durchschnittliche Partikelgrößen durch D50a, D50b, D50c, ..., D50n bezeichnet sind.
Lithium-Ergänzungsaufschlämmung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die spezifische Oberfläche B1 des Lithium-Ergänzungsmaterials 0,3-15 m²/g beträgt; die durchschnittliche Partikelgröße D50 des Lithium-Ergänzungsmaterials 0,5-12 µm beträgt; und das Verhältnis M1 der Masse des Lithium-Ergänzungsmaterials zur Masse der festen Bestandteile in der Lithium-Ergänzungsaufschlämmung 70-95 % beträgt.
Lithium-Ergänzungsaufschlämmung nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, dass das lithiumhaltige Metalloxid eines der folgenden ist: Lithiumphosphat, Dilithiumhydrogenphosphat, Lithiumsulfat, Lithiumsulfit, Lithiummolybdat, Lithiumoxalat, Lithiumtitanat, Lithiumtetraborat, Lithiummetasilikat, Lithiummanganmetamanganat, Lithiumtartrat, Trilithiumcitrat.
Lithium-Ergänzungsaufschlämmung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das leitfähige Mittel aus mindestens einem leitfähigen Mittel besteht; und dass, wenn das leitfähige Mittel aus einer Mischung von mindestens zwei leitfähigen Mitteln besteht, werden die folgenden Beziehungen erfüllt: $M2 = M2a + M2b + M2c + \dots + M2n;$
und $B2 = M2a*B2a + M2b*B2b + \dots + M2n*B2n;$
wobei jeweils die Verhältnisse ihrer Massen zur Masse der festen Bestandteile in der Lithium-Ergänzungsaufschlämmung durch M2a, M2b, M2c, ..., M2n und ihre spezifische Oberfläche durch B2a, B2b, B2c, ..., B2n bezeichnet wird.
Lithium-Ergänzungsaufschlämmung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die spezifische Oberfläche B2 des leitfähigen Mittels 20-300 m²/g beträgt; das Verhältnis M2 der Masse des leitfähigen Mittels zur Masse der festen Bestandteile in der Lithium-Ergänzungsaufschlämmung 0,1-15 % beträgt.
Lithium-Ergänzungsaufschlämmung nach einem der Ansprüche 1-4, 6-7, dadurch gekennzeichnet, dass das leitfähige Mittel mindestens eines von den folgenden umfasst: leitfähiger Ruß, leitfähiger Graphit KS-6, leitfähiger Graphit SFG-6, Ketjen-Schwarz EC300J, Ketjen-Schwarz ECP, Ketjen-Schwarz ECP-600JD, Kohlenstofffaser, Kohlenstoffnanoröhrchen, Graphen, Graphenoxid oder dampfgewachsener Kohlenstofffaser.
Lithium-Ergänzungsaufschlämmung nach einem der Ansprüche 1-4, 6-7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel mindestens eines von den folgenden ist: Polyvinylpyrrolidon, Polyvinylidenfluorid, Polyethylenoxid, Teflon, Natriumcarboxymethylcellulose oder einem Copolymer aus Styrol und Butadien, und dass das Verhältnis M3 der Masse des Bindemittels zur Masse der festen Bestandteile in der Lithium-Ergänzungsaufschlämmung 0,1-20 % beträgt.
Lithium-Ergänzungsaufschlämmung nach einem der Ansprüche 1-4, 6-7, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner ein Dispergiermittel enthält, wobei das Verhältnis der Masse des Dispergiermittels zur Masse der festen Bestandteile in der Lithium-Ergänzungsaufschlämmung 0,1-10 % beträgt, und das Dispergiermittel Polyoxyethylendioleat und/oder Polytetraethylenglykolmonostearat ist.
Lithium-Ergänzungsaufschlämmung nach einem der Ansprüche 1-4, 6-7, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner ein Lösungsmittel enthält, wobei das Verhältnis der Masse des Lösungsmittels zur Masse der Lithium-Ergänzungsaufschlämmung 20-50 % beträgt, und das Lösungsmittel mindestens eines von den folgenden ist: Wasser, N-Methyl-2-pyrrolidon, Tetrahydrofuran, N,N-Dimethylformamid oder Ethanol.
Positives Polstück, dadurch gekennzeichnet, dass das positive Polstück eine Anodenbeschichtung und eine Lithium-Ergänzungsbeschichtung, die auf der Anodenbeschichtung aufgetragen ist, umfasst, wobei die Lithium-Ergänzungsbeschichtung durch die Lithium-Ergänzungsaufschlämmung nach einem der Ansprüche 1-11 hergestellt wird.
Positives Polstück nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Anodenbeschichtung und die Dicke der Lithium-Ergänzungsbeschichtung die folgende Beziehung erfüllen: 1/10 < die Dicke der Lithium-Ergänzungsbeschichtung/die Dicke der Anodenbeschichtung < 1/3.
Positives Polstück nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Lithium-Ergänzungsbeschichtung 5-100 µm beträgt und die Dicke der Anodenbeschichtung 50-300 µm beträgt.
Lithium-Ionen-Batterie, dadurch gekennzeichnet, dass sie das positive Polstück nach einem der Ansprüche 12 bis 14 umfasst.