EP3642894A1 - Elektrodenherstellungsverfahren mittels binderfibrillierung - Google Patents

Elektrodenherstellungsverfahren mittels binderfibrillierung

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EP3642894A1
EP3642894A1 EP18756376.2A EP18756376A EP3642894A1 EP 3642894 A1 EP3642894 A1 EP 3642894A1 EP 18756376 A EP18756376 A EP 18756376A EP 3642894 A1 EP3642894 A1 EP 3642894A1
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EP
European Patent Office
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electrode component
electrode
binder
mixing process
average particle
Prior art date
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Pending
Application number
EP18756376.2A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Harald Bauer
Bernd Reinsch
Wolfgang Weydanz
Leonore Glanz
Calin Iulius WURM
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
GS Yuasa International Ltd
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
GS Yuasa International Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Publication of EP3642894A1 publication Critical patent/EP3642894A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
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    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
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    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/021—Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing an electrode for an electrochemical cell, in particular for a battery cell, an electrode produced thereby and an electrochemical cell equipped with such an electrode.
  • Batteries for example based on lithium cells or sodium cells, such as lithium-ion cells or sodium-ion cells, offer for mobile and stationary applications a very high potential for energy saving and local avoidance of emissions.
  • Electrode components mixed with at least one solvent to a (viscous) liquid slurry or slurry, from which then, for example by means of a slot die, a doctor blade or a roller application, a layer or coating is formed.
  • the layers or coatings In order to remove the at least one solvent, the layers or coatings must be dried slowly and controlled in long drying tunnels. However, this leads to a long
  • Electrodes with a limited layer thickness for example of up to 100 ⁇ m, can be produced by wet coating methods. However, for large batteries, such as those needed in electric vehicles, thicker electrodes would be desirable.
  • US 3,898,099 and US 6,335,857 Bl relate to processes for making electrodes.
  • the present invention relates to a method for producing an electrode, for example an anode and / or a cathode, for an electrochemical cell.
  • the method can be used in particular for producing an electrode, for example an anode and / or a cathode, for a battery cell, in particular for a lithium cell or for a sodium cell or for a metal-air cell, for example for a lithium cell.
  • an anode and / or a cathode for a lithium cell, for example, for a lithium-ion cell and / or lithium-metal cell designed.
  • the mixture containing the fibrillated binder is (in particular)
  • Process step a) at least one further electrode component mixed by a mixing process with a low shear stress.
  • a shear stress By the mixing process with a high shear stress, in particular a shear stress can be realized, which is higher than that through the
  • Blending process with a low shear stress is realized shear stress and by which a fibrillation of the at least one binder can be achieved. Therefore, the mixing process with a high shear stress
  • the mixing process with a low shear stress in particular a shear stress can be realized, which is lower than the shear stress realized by the mixing process with a high shear stress. Therefore, the mixing process with a low shear stress can be referred to in particular as a mixing process with a lower shear stress.
  • a mixing process with a high shear stress can in particular be understood as a mixing process in which particles are moved relative to each other, in particular without lubricant, such as liquid, in particular high shear stresses at high velocity gradients of particles to each other and / or from particles to a wall of the mixer occur.
  • the particles can under high shear loads
  • a mixing process with a high shear stress can be done by
  • Blasting method in particular by a jet mill, and / or carried out by a three-roll chair and / or by a two-screw extruder.
  • a mixing process in which material flows are entangled with each other, in particular wherein between the particles to each other and / or of particles to a wall of the mixer only small
  • the particles can receive their shape under low shearing loads in particular and / or only rubbed off.
  • a low shear mixing process by a ploughshare and / or paddle mixer also called a paddle mixer, and / or by a static mixer, for example, based on expansive flows - zi -
  • Example by a sequence of extensions and constrictions in a channel system, and / or performed by a free-fall mixer.
  • the at least one binder By the mixing process with a high shear load, for example by a jet mill (Jet Mill), the at least one binder, for example by relative movement and / or impact / shooting on particles of at least one electrode component, be fibrillated.
  • the at least one binder in particular to long fibrils (binder threads) are formed.
  • the fibrils (binder threads) of the at least one fibrillated binder can then be applied to the surface of the at least one
  • Electrode component to be connected distributed. This allows an electrode to dry from the resulting mixture
  • Manufacturing process ie a manufacturing process, such as a
  • Coating process which / s uses no solvent, for example by dry coating, form. This allows electrodes with a
  • the at least one electrode component Due to the mixing process with a high shear stress, however, the at least one electrode component is heavily mechanically stressed.
  • Anode-active, brittle and / or brittle storage alloys such as silicon and / or tin alloys, and / or coated anode components serving as anode active material or cathode active material, for example in the form of particles having a particle core and a particle shell surrounding the particle core (core shell Particles), and / or in the form of
  • Gradient material particles are affected and / or changed by the mechanical forces acting on it.
  • Under gradient material particles can be understood in particular particles which are within the particle and / or from the surface
  • soft, brittle and / or brittle electrode components can be comminuted and / or ground, which results in a reduction of their average
  • Particle shape can result.
  • Graphite particles are converted properties such as the morphology of the electrode, for example, their porosity, and thus, among other things, for example, their wetting behavior, current carrying capacity and / or capacity and their surface structure and reactivity are adversely affected.
  • coated electrode components for example in the form of particles having a particle core and a particle shell surrounding the particle core (core
  • Shell particles and / or gradient material particles are destroyed. This can likewise lead to a reduction in their reversible storage capacity and / or to an increase in irreversible losses due to, in particular reinforced, surface layer formations, for example due to binding of lithium on their surface, during the first startup of the cell and a negative
  • Dividing into at least two separate mixing stages advantageously makes it possible for the individual in the individual mixing stages
  • Electrode components according to their properties and / or their functionality. For example, mechanically stable
  • Electrode components and / or serving as a conductive additive or conductive agent electrode components whose functionality even with small average particle sizes still given and may be particularly advantageous in the mixing process with a high shear stress and / or mechanically sensitive electrode components and / or as
  • Electrode active electrode components whose functionality may be affected by comminution, be used in the mixing process with low shear stress.
  • the fibrillation of the at least one binder can also advantageously be effected by a material which fulfills a function in the electrode to be produced, which can advantageously affect the specific energy density.
  • a homogeneous mixture can be produced, in particular in which of the at least one binder, for example all, particles of the at least one electrode component and the at least one other
  • Electrode component from which, for example, by a dry manufacturing process and / or by coating, for example by dry coating, for example a Stromableiters or a carrier substrate, an electrode, for example an anode or a cathode, with improved properties and / or (also) with a layer thickness of significantly more than 100 ⁇ m, for example for vehicle batteries,
  • the at least one electrode component and / or the at least one further electrode component may, for example, at least one conductive additive, in particular for improving the electrical conductivity, and / or at least one electrode active material, in particular for energy storage, for example for the storage of lithium, and / or surface-coated particles and / or gradient material particles include or be formed therefrom.
  • the at least one electrode component and / or the at least one further electrode component at least one
  • Conducting carbon for example Leitgraphit and / or at least one amorphous lead carbon, in particular in the form of non-porous carbon particles such as Leitruß, and / or carbon fibers (English: Carbon Fibers) and / or
  • Carbons and / or soft carbon, and / or at least one memory alloy for example at least one lithium memory alloy, for example a silicon and / or tin alloy, in particular as anode active material, and / or at least one metal oxide and / or phosphate, for example
  • Silica in particular for the formation of an anode active material or as
  • Cathode active material and / or at least one Leitzusatz- electrode active material composite, for example at least one Leitzusatz -
  • Anode active material composite or conductive additive cathode active material composite for example at least one carbon electrode active material composite, for example at least one carbon anode active material composite or at least one carbon cathode active material composite, for example at least one carbon metal phosphate composite, for example in the form of conductive coated, for example carbon coated,
  • Electrode active material particles in particular anode active material particles or cathode active material particles, for example in the form of
  • Surface-coated particles for example particles with a particle core and a particle shell surrounding the particle core, so-called core-shell particles, and / or gradient material particles comprise or be formed therefrom.
  • Expanded graphite may, in particular, be understood as meaning a material which is produced by expansion of graphite and serves to provide graphene and / or comprises graphene.
  • a recombination material may, in particular, be understood to mean an active material whose mode of action is based on a recombination and / or phase conversion reaction, such as, for example, Li + Al-> LiAl.
  • insertion and / or hard carbon can be used
  • intercalation capable, in particular more stable, amorphous carbons are understood, in particular which are non-graphitizable and as
  • Anode active material can be used.
  • intercalation capable, in particular more stable, amorphous carbons are understood, in particular which are graphitizable and can be used as anode active material.
  • Process step a in particular by a jet mill (English: Jet Mill) and / or by a three-roll chair and / or by a two-screw extruder and / or by a fluidized bed counter-jet mill and / or a ball mill and / or a Mortar mill and / or a rolling mill (so-called rolling) and / or a tablet press done
  • the high shear forces can be achieved, for example, by a relative movement of the at least one
  • Electrode component against the at least one fibril forming, in particular polymeric binder are formed.
  • the relative movement of the materials to each other can be realized by a rolling mill and / or a tablet press.
  • the at least one electrode component may have a larger average particle size than the at least one binder.
  • the mixing process takes place at a high shear rate, in particular in process step a), by a jet mill (English: Jet Mill) or is thereby carried out.
  • a jet mill can advantageously achieve a homogeneous distribution of the at least one binder on the at least one electrode component in a particularly simple and time-saving manner.
  • a jet mill in particular a gas, for example air, with a very high
  • the jet mill is preferably operated in such a way that the at least one electrode material is not or at least minimally or possibly only controlled damaged.
  • the jet mill can be operated with a minimum necessary speed and / or residence time for application of the at least one binder.
  • the operating conditions for the jet mill can be determined, for example, by test series.
  • the nature of the at least one electrode component can be investigated, for example, by means of scanning electron microscopy (SEM).
  • At least one electrode component for fibrillation of the at least one binder can be used, which, in particular in the mixing process with a high shear stress or under the conditions of
  • Shear load to be mixed, at least one further electrode component Shear load to be mixed, at least one further electrode component.
  • mechanical stressing or comminution of the at least one electrode component in the mixing process with a high shear stress can be tolerated in particular and / or the at least one electrode component can serve as sacrificial material.
  • Shear stress can then be at least one further electrode component, which - for example due to their mechanical stability and / or a sensitive coating - less mechanically stable or more sensitive / sensitive than those in the mixing process with a high
  • Shear stress mixed at least one electrode component is homogeneously incorporated with a lower mechanical stress in the mixture containing the fibrillated binder.
  • Electrode component especially in the mixing process with a high shear stress or under the conditions of the mixing process with a high shear stress, mechanically stable than the at least one further electrode component and / or the functionality of the at least one electrode component less, in particular by the mixing process with a high shear stress or under the conditions of the mixing process with a high shear stress and / or by a mechanical load, for example comminution, impaired as the functionality of the at least one further electrode component.
  • the individual electrode components can be advantageously used according to their properties and / or their functionality.
  • a higher mechanical stability and / or a smaller impairment of the functionality of the at least one electrode component with respect to the at least one further electrode component can be realized in various ways.
  • the at least one electrode component for example in the case of spherical particles, has an average particle size, in particular primary particle size, of
  • the at least one electrode component may have an average particle size, in particular primary particle size, of ⁇ 8 ⁇ m, in particular of ⁇ 6 ⁇ m, and / or an average particle length, for example average fiber length and / or tube length, of ⁇ 8 ⁇ m, in particular of ⁇ 6 ⁇ m. and / or an average particle diameter of ⁇ 8 ⁇ m, in particular of
  • Tube length, or particle diameter are in this range, thereby - in particular from the physical boundary conditions of the mixer, such as the mill, and the material properties - are not further crushed.
  • Particle length for example average fiber length and / or
  • Tube length or an average
  • Particle diameter of ⁇ 10 ⁇ for example, of ⁇ 8 ⁇ , in particular of ⁇ 6 ⁇
  • Particle diameter of ⁇ 10 ⁇ can be reduced by the mixing process with a high shear stress acting crushing effect, since the particles then usually only on an average particle size or on an average Particle length, for example, average fiber length and / or tube length, or to an average particle diameter, for example in a range of> 4 ⁇ to ⁇ 6 ⁇ , crushed.
  • Mixing process can be achieved with a high shear stress.
  • Electrode component has an average particle size in a range of> 0.01 ⁇ to ⁇ 6 ⁇ , for example in a range of> 4 ⁇ to ⁇ 6 ⁇ , and / or an average particle length, for example average fiber length and / or tube length, in a range of > 0.01 ⁇ to ⁇ 6 ⁇ , for example in a range of> 4 ⁇ to ⁇ 6 ⁇ , and / or an average particle diameter in a range of> 0.01 ⁇ to ⁇ 6 ⁇ , for example in a range of> 4 ⁇ to ⁇ 6 ⁇ , on or is used with a / such. So can the through the mixing process with a high shear stress acting on crushing effect minimized and high mechanical stability of the at least one electrode component can be achieved in the mixing process with a high shear stress.
  • the at least one further electrode component for example in the case of spherical particles, has a larger average particle size, in particular primary particle size, and / or, for example in the case of fibrous and / or tubular particles, a larger average particle length, for example a larger one average fiber length and / or tube length, and / or, for example, in the case of platelet-shaped particles, a larger average particle diameter than the at least one
  • the at least one electrode component has a smaller average particle size and / or a smaller average particle length, for example a smaller average fiber length and / or tube length, and / or a smaller average one
  • Electrode component, the at least one electrode component with respect to the at least one further electrode component may be mechanically stable in the mixing process with a high shear rate.
  • the at least one further electrode component may have an average particle size, in particular primary particle size, and / or an average particle length, for example an average fiber length and / or tube length, and / or an average particle size
  • the at least one further electrode component may have an average
  • the at least one further electrode component is used in the mixing process with a low shear stress
  • the at least one further electrode component for example against strong mechanical loads or comminution effects, in particular by the mixing process with a high shear stress, can be spared, which makes it possible even more sensitive or mechanically less stable materials, such as relatively soft, ply
  • Intercalation graphite and / or coated particles such as core-shell particles, and / or gradient material particles, as material-friendly process.
  • Electrode component based on their average particle size, particle length, such as fiber length and / or tube length, and / or particle diameter, the at least one electrode component in view of a smaller impairment of their functionality by the
  • Blending process can be selected with a high shear stress with respect to the at least one further electrode component.
  • the at least one electrode component comprises at least one conductive additive, in particular for improving the electrical conductivity, or is formed therefrom.
  • the at least one electrode component may comprise or be formed from at least one conductive carbon and / or at least one conductive metal.
  • conductive additives in particular for improving the electrical conductivity, for example of conductive carbon, for example Leitgraphit and / or amorphous Leitkohlenstoffen such Leitruß, and / or
  • Carbon fibers (English: Carbon Fibers) and / or carbon nanotubes (CNT) and / or graphene and / or expanded
  • Graphite, and / or lead metals is characterized by a high mechanical load and / or by comminution usually significantly less impaired than, for example, the functionality of electrode active materials,
  • energy storage for example for the storage of lithium, for example of anode active materials and / or
  • Cathode active materials for example intercalation and / or insertion and / or recombination materials, such as intercalated graphite and / or insertable and / or intercalatable amorphous carbons, such as hard carbon and / or soft carbon, and / or memory alloys.
  • intercalation and / or insertion and / or recombination materials such as intercalated graphite and / or insertable and / or intercalatable amorphous carbons, such as hard carbon and / or soft carbon, and / or memory alloys.
  • conductive additives such as conductive carbon, such as lead graphite and / or Leitruß
  • Fibrillation of at least one binder can be supported advantageously.
  • the at least one electrode component comprises conductive graphite or is formed therefrom.
  • Lead graphite has a smaller average particle size, for example, in one
  • the at least one electrode component used in the highly mechanically stressing process step, in particular in process step a) can be, for example, a lead graphite which is marketed under the trade name KS4 and / or KS6 by Imerys (Timcal) or under another name
  • the at least one electrode component comprises amorphous conductive carbon, in particular in the form of nonporous carbon particles, or is formed therefrom.
  • the at least one electrode component comprises amorphous conductive carbon, in particular in the form of nonporous carbon particles, or is formed therefrom.
  • Electrode component while Leitruß comprise or be formed therefrom.
  • the at least one electrode component comprises
  • Carbon fibers (English: carbon fibers) and / or carbon nanotubes
  • Carbon fibers and / or carbon nanotubes are advantageously particularly well suited for fibrillation of the at least one binder.
  • Carbon fibers and / or carbon nanotubes are advantageously particularly well suited for fibrillation of the at least one binder.
  • carbon fibers and / or carbon nanotubes in the mixing process with a high shear load carbon fibers and / or carbon nanotubes particularly well dispersed and - possibly occurring in other mixing processes, in particular with a low shear stress - problems in the dispersion or in the homogeneous mixing of Carbon fibers and / or carbon nanotubes are dissolved.
  • Carbon nanotubes are particularly easy mixed or dispersed.
  • Diameter of ⁇ 1 ⁇ usually of ⁇ 200 nm and / or with an average particle length, such as fiber length and / or
  • Tube length in a range of> 2 ⁇ to ⁇ 200 ⁇ , for example from> 2 ⁇ to ⁇ 20 ⁇ , and / or carbon nanotubes with a
  • average diameter of ⁇ 50 nm for example in a range of> 0.3 nm to ⁇ 50 nm, and / or with an average particle length, for example with an average fiber length and / or tube length, in a range of> 10 nm to ⁇ 50 cm, for example, from> 10 nm to ⁇ 20 ⁇ , include or be formed from.
  • Electrode component for example, carbon fibers with a
  • average particle length for example, with an average fiber length and / or tube length, in a range of> 2 ⁇ to ⁇ 10 ⁇ or ⁇ 8 ⁇ or ⁇ 6 ⁇ and / or carbon nanotubes with a
  • the at least one electrode component comprises graphene and / or expanded graphite or is formed therefrom.
  • the at least one electrode component comprises at least one Leitzusatz- electrode active material composite, for example, at least one Leitzusatz anode active material composite or at least one Leitzusatz- cathode active material composite, for example at least one carbon electrode active material composite, such as at least one
  • conductive coated anode active material particles or in the form of conductive coated cathode active material particles for example in the form of carbon coated electrode active material particles, in the form of carbon coated anode active material particles or in the form of carbon coated cathode active material particles, for example in the form of carbon coated metal phosphate particles, in particular with an average particle size of ⁇ 10 ⁇ m, for example ⁇ 8 pm or ⁇ 6 pm, for example ⁇ 4 pm or ⁇ 2 pm or ⁇ 1 pm.
  • Such composites can be processed as Leitzusatz, partially serve as active material and be mechanically stable.
  • the at least one electrode component comprises at least one conductive metal, for example silicon and / or tin and / or another metal and / or an alloy, for example in the form of a metallic powder, or is formed therefrom ,
  • the at least one further electrode component comprises at least one electrode active material, in particular for energy storage, for example for the storage of lithium.
  • the at least one more electrode active material in particular for energy storage, for example for the storage of lithium.
  • Electrode component at least one anode active material and / or Cathode-active material, for example at least one Interkalationsmaterial and / or insertion material and / or recombination material, for example, at least one lithium or sodium intercalation and / or -Insertions- and / or -Rekombinationsmaterial, include or be formed therefrom.
  • the at least one further electrode component comprises intercalation graphite and / or amorphous carbon capable of insertion and / or intercalation, for example hard carbon and / or soft carbon, in particular as anode active material, or is formed therefrom.
  • intercalation graphite and / or amorphous carbon capable of insertion and / or intercalation, for example hard carbon and / or soft carbon, in particular as anode active material, or is formed therefrom.
  • the at least one further electrode component comprises a memory alloy or is formed therefrom.
  • the at least one further electrode component may comprise or be formed from a lithium memory alloy, for example a silicon and / or tin alloy.
  • the at least one further electrode component comprises at least one metal oxide and / or phosphate or is formed therefrom.
  • the at least one further electrode component is configured to be configured to be configured to be configured to be configured to be configured to be configured to be configured to be configured to be configured to be configured to be configured to be configured to be configured to be configured to be configured to be configured to be configured to be configured to be configured to be configured to be configured to be configured to be configured to be configured to be configured to be configured to be configured to be configured to be configured to be configured to be configured to be configured to be configured to be configured to be configured of the at least one further electrode component
  • Silica in particular for the formation of an anode active material or as
  • Anode-active material, and / or at least one metal oxide, in particular at least one layer oxide and / or at least one spinel, for example at least one nickel and / or cobalt and / or manganese oxide, for example lithium-nickel and / or cobalt and / or manganese oxide, and / or at least one metal phosphate, for example at least one iron and / or manganese and / or cobalt phosphate, for example at least one lithium iron and / or manganese and / or cobalt phosphate, for example based on the formula: L1MPO4 with M Fe, Mn and / or Co, in particular as
  • Cathode active material include or be formed from.
  • the at least one electrode component and / or the at least one further electrode component can be spherical and / or
  • Aspherical particles include or be formed from.
  • Particle shape can be adjusted.
  • the at least one electrode component comprises spherical particles or is formed therefrom.
  • the at least one electrode component can comprise or be formed from stable and / or compact, spherical particles.
  • Spherical particles such as MCMB (English: MesoCarbon MicroBeads)
  • aspheric particles such as platelet-shaped graphites, such as intercalated graphites.
  • the at least one further electrode component accordingly comprises, for example, insofar as aspheric particles are to be used in the method - in particular due to the lower one already explained
  • the at least one electrode component is therefore free of
  • the at least one electrode component may be free of particles having a particle core and a particle shell surrounding the particle core, so-called core-shell particles, and / or free of gradient material particles. This can be applied in particular if the
  • Gradient material particles are known to have lower mechanical stability.
  • Gradient material particles are damaged and / or destroyed. Therefore, it may be advantageous to mix them in the mixing process with a low shear stress.
  • the at least one further electrode component comprises
  • surface-coated particles for example particles having a particle core and a particle shell surrounding the particle core, so-called core-shell particles, and / or gradient material particles.
  • the at least one electrode component is free of electrode active materials, in particular for energy storage, for example for the storage of lithium, for example free of anode active materials and / or free of
  • Functional impairment of electrode active materials may, however, optionally - as already explained - by a small average particle size and / or a small average particle length,
  • conductive additive electrode active material composites for example, a small average fiber length and / or tube length, and / or a low average particle diameter, in particular of ⁇ 10 pm, for example of ⁇ 8 pm, for example of ⁇ 6 pm, counteracted.
  • conductive additive electrode active material composites in particular in the form of
  • Carbon-metal phosphate composites for example in the form of
  • carbon-coated metal phosphate particles with an average particle size of ⁇ 10 pm, for example of ⁇ 6 pm, in particular of ⁇ 4 pm or ⁇ 2 pm or ⁇ 1 pm, to be mechanically stable in high-shear mixing processes.
  • Functionality impairment of the at least one electrode component with respect to the at least one further electrode component by means of average particle size and / or average particle length, for example average fiber length and / or tube length, and / or average particle diameter and / or function as Leitzusatz or as electrode active material and / or by
  • Particle shape and / or by means of particle structure can - especially in
  • Electrode components which have one or more of the above
  • Electrode components can be difficult and can, for example, in particular only, on the basis of series of experiments with the graded electrode components and with the respective types of mixer to be used with a high shear load, for example with a jet mill or other mixer with a high shear stress, and by examining under comparable Mixing conditions produced mixtures,
  • SEM scanning electron microscopy
  • the at least one, in particular polymeric, binder may for example be at least one polymer which conducts lithium ions or conducts lithium ions, for example at least one polyalkylene oxide, for example polyethylene oxide (PEO), and / or at least one polyester and / or at least one
  • Polyacrylate and / or at least one polymethacrylate for example Polymethyl methacrylate (PMMA), and / or at least one polyacrylonitrile and / or at least one fluorinated and / or unfluorinated polyolefin, for example polyvinylidene difluoride (PvdF) and / or polytetrafluoroethylene (PTFE, Teflon) and / or polyethylene (PE) and / or polypropylene (PP ), and / or a copolymer thereof, for example polyethylene oxide-polystyrene copolymer (PEO-PS)
  • PMMA Polymethyl methacrylate
  • PEO-PS polyacrylonitrile
  • fluorinated and / or unfluorinated polyolefin for example polyvinylidene difluoride (PvdF) and / or polytetrafluoroethylene (PTFE, Teflon) and / or polyethylene (PE) and / or poly
  • ABS acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer
  • the at least one, in particular polymeric, binder comprises at least one polymer which conducts lithium ions or conducts lithium ions and / or a polymer
  • the at least one binder at least one polyalkylene oxide, for example polyethylene oxide, and / or at least one polyester and / or at least one polyacrylate and / or at least one polymethacrylate, for example polymethyl methacrylate, and / or at least one polyacrylonitrile and / or a Copolymer thereof, for example polyethylene oxide-polystyrene (PEO-PS copolymer) and / or acrylonitrile-butadiene
  • PEO-PS copolymer polyethylene oxide-polystyrene
  • Styrene copolymer include or be formed from.
  • the at least one, in particular polymeric, binder may comprise or be formed from at least one polyalkylene oxide, in particular polyethylene oxide, and / or a copolymer thereof.
  • the at least one binder can be used in particular in an amount which ensures that the at least one binder can bind to all particles of the at least one electrode component and the at least one further electrode component equally. In particular, a complete covering of the surface of the particles of the at least one electrode component and the at least one further electrode component can be avoided. Preferably, only point contacts between the at least one binder and particles of the at least one electrode component and the at least one further electrode component are formed. Thus, the largest possible surface active for the actual storage reaction can be achieved.
  • ⁇ 30 wt .-% for example> 0.25 wt .-% to ⁇ 20 wt .-%, for example> 0.5 wt .-% to ⁇ 15 wt .-% or ⁇ 10 wt .-% or ⁇ 5 wt .-%, of the at least one electrode component used.
  • ⁇ 90% by weight for example> 0.1% by weight to ⁇ 80% by weight, of the at least one further electrode component used.
  • the at least one binder In the process, for example, the at least one binder,
  • first a first binder and then one or more further binders are added and mixed with the at least one electrode component and / or to the at least one binder first, a first electrode component of the at least one electrode component and then a second electrode component are added and mixed by the at least one electrode component.
  • a first mixing process with a high
  • Shear stress at least a second binder and (the) at least one electrode component which may be, for example, equal to or different from the at least one electrode component used in the first mixing process, mixed to at least a second mixture containing fibrillated binder. This may be beneficial to the binder fibrillation and / or the
  • Binder electrode component mixing effect
  • step a) by a first mixing process with a high shear stress, at least one binder, optionally at least one first binder, and a first electrode component from the at least one electrode component to a first , fibrillated binder-containing mixture and by at least one second mixing process with a high shear stress (der) at least one binder which, for example, equal to or different from the at least one used in the first mixing process
  • Binder for example, at least a second binder, and a second electrode component of the at least one electrode component to at least a second, fibrillated binder-containing mixture mixed. This can have an advantageous effect on binder-electrode component mixing and / or binder fibrillation.
  • the first and second mixture containing fibrillated binder can then be used, in particular
  • Process step b) are mixed with (the) at least one further electrode component by the mixing process with a low shear stress.
  • the method for producing an anode is designed. It can be at least one more
  • Electrode component in particular at least one anode active material, such as intercalation graphite and / or insertion and / or
  • Intercalation capable, amorphous carbon, for example hard carbon and / or soft carbon, and / or a memory alloy, for example a lithium memory alloy, for example a silicon and / or tin alloy, and / or a metal oxide, in particular silicon oxide, include or be formed from. Based on the total weight of
  • Electrode components of the anode for example,> 80 wt .-%, optionally> 90 wt .-%, of the at least one anode active material can be used.
  • the total weight of the electrode components of the anode in particular in the form of the at least one electrode component,> 5% by weight to ⁇ 10% by weight of the at least one conducting carbon, for example amorphous
  • Guide carbon in particular Leitruß, and / or Leitgraphit and / or
  • the at least one binder and the at least one conducting carbon may contain a first fibrillated binder mixture and in a second mixing process with a high shear stress the at least one binder and the at least one Lead metal are mixed to a second mixture containing fibrillated binder.
  • the first fibrillated binder-containing mixture and the second fibrillated binder-containing mixture may then be blended by the low shear mixing process with the at least one anode active material, for example, intercalated graphite and / or insertable and / or intercalatable amorphous carbon, for example, hard carbon and / or soft carbon, and / or with a storage alloy, for example with a lithium storage alloy, for example with a silicon and / or - tin alloy, and / or with a metal oxide, in particular silicon oxide.
  • the method for producing a cathode is designed.
  • Cathode active material used.
  • Electrode component in particular the at least one
  • Cathode active material for example, an average
  • Particle size for example, primary particle size, in a range of> 10 ⁇ to ⁇ 20 ⁇ have.
  • the at least one electrode component may comprise or be at least one conductive carbon, for example conductive graphite and / or conductive carbon black.
  • wt .-% based on the total weight of the electrode components of the cathode,> 0.25 wt .-% to ⁇ 20 wt .-%, for example> 0.5 wt .-% to ⁇ 10 wt .-%, in particular
  • the at least one electrode component for example of the at least one lead carbon, for example
  • Lead graphite and / or Leitruß used.
  • the at least one further electrode component in particular the at least one cathode active material, comprises at least one metal oxide
  • At least one layer oxide and / or at least one spinel for example at least one nickel and / or cobalt and / or manganese oxide, for example lithium-nickel and / or cobalt and / or manganese oxide, or is formed out of it.
  • this can be at least one more
  • Electrode component in particular the at least one
  • Cathode active material for example, an average particle size, for example, primary particle size, in a range of> 10 ⁇ to ⁇ 20 ⁇ have. Based on the total weight of the electrode components of
  • Cathode for example,> 50 wt .-%, for example> 70 wt .-% or> 80 wt .-% or> 85 wt .-%, optionally> 90 wt .-%, of the at least one further electrode component, for example of which at least one metal oxide is used.
  • Electrode component at least one Leitzusatz, for example, at least one lead carbon, for example Leitgraphit and / or Leitruß, and / or at least one metal phosphate, for example at least one iron and / or
  • Leitzusatz- cathode active material composite for example at least one carbon cathode active material composite, for example at least one carbon-metal phosphate composite, for example in the form of conductive coated, for example carbon-coated, cathode active material particles, to the
  • Example in the form of carbon-coated metal phosphate particles for example, with an average particle size of ⁇ 10 ⁇ or
  • ⁇ 8 ⁇ or ⁇ 6 ⁇ for example, of ⁇ 4 ⁇ or ⁇ 2 ⁇ or ⁇ 1 ⁇ , or be formed therefrom.
  • the at least one electrode component for example of the at least one conductive additive, for example conductive carbon, for example Leitgraphit and / or Leitruß and / or of the at least one metal phosphate and / or from the combination thereof, in particular from the at least one
  • Conductive additive cathode active material composite for example of the at least one carbon cathode active material composite, for example of the at least one carbon metal phosphate composite, for example in the form of conductive coating, for example carbon-coated,
  • Cathode active material particles for example in the form of
  • carbon-coated metal phosphate particles for example with an average particle size of ⁇ 10 ⁇ m or ⁇ 8 ⁇ m or ⁇ 6 ⁇ m, for example of ⁇ 4 ⁇ m, in particular of ⁇ 2 ⁇ m or ⁇ 1 ⁇ m.
  • the premixing process can be carried out in particular in a method step aO) preceding process step a).
  • the mixing process takes place with a low shear load and / or the premixing process with a low shear load by a free-fall mixer and / or by a mixer based on the principle of turbulence, for example by expansion flows and / or pipe extensions. or by a kneader and / or by an extruder and / or by a ploughshare and / or paddle mixer (paddle mixer) and / or by a drum mixer or is carried out with it.
  • Such mixing units can advantageously have a low shear load, for example a lower shear load than a jet mill and / or a three-roller chair and / or a two-screw extruder, in particular a smaller one
  • Contact Mixing takes place.
  • Dry coating such as a current collector or a
  • an electrode in particular an anode and / or cathode formed. From this mixture, for example, an electrode, for example in the form of a film, for example, with a defined porosity and / or thickness defined, are formed.
  • the current collector may be, for example, a metallic arrester foil or other type of current arrester, for example an expanded metal, a mesh, a metal braid, a metallized fabric and / or a perforated or pierced or otherwise suitably prepared foil.
  • Another object of the invention is an electrode, for example an anode and / or cathode, which is produced by a method according to the invention.
  • An electrode produced by the method according to the invention for example anode and / or cathode, can be, for example, by means of
  • SEM Scanning electron microscopy
  • the invention relates to an electrochemical cell, in particular a battery cell, for example a lithium cell or a sodium cell or a metal-air cell, for example a lithium-ion cell and / or lithium-metal
  • Cell or a sodium-ion cell in particular a lithium cell, for example a lithium-ion cell and / or lithium-metal cell, which comprises at least one electrode according to the invention or produced according to the invention.
  • a lithium cell for example a lithium-ion cell and / or lithium-metal cell, which comprises at least one electrode according to the invention or produced according to the invention.
  • FIG. 1 is a schematic flowchart for illustrating a
  • FIG. 1 illustrates an embodiment of the invention
  • FIG. 1 shows that optionally in an optional upstream process step aO) in a premixing process with a small amount
  • Electrode component E1 are mixed to a premix B + E1.
  • the at least one binder B may, for example, at least one lithium ion conductive or lithium ion conductive polymer, such as polyethylene oxide (PEO) and / or polymethyl methacrylate (PMMA), and / or at least one fluorinated and / or unfluorinated polyolefin, such as polyvinylidene difluoride (PVDF) and / or polytetrafluoroethylene (PTFE ) and / or polyethylene (PE) and / or
  • PVDF polyvinylidene difluoride
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • PE polyethylene
  • Polypropylene (PP), and / or a copolymer thereof are examples of polypropylene (PP), and / or a copolymer thereof.
  • FIG. 1 further shows that in a process step a) the at least one binder B and the at least one electrode component E1, optionally in the form of the premix from the optional upstream process step aO), in a mixing process with a high shear stress to a mixture containing fibrillated binder fB + E1 are mixed.
  • the mixing process with a high shear rate can be done for example by a jet mill.
  • FIG. 1 shows that, in a method step b), at least one further electrode component E2 is admixed to the mixture fB + E1 comprising the fibrillated binder from method step a) by a mixing process with a low shear load.
  • the at least one electrode component E1 can, in particular in the
  • Functionality of the at least one electrode component El can be achieved by the mixing process with a high shear load and / or by a
  • the at least one electrode component E1 may have an average particle size or an average particle size
  • Particle diameter of ⁇ 10 ⁇ for example in a range of> 4 ⁇ to ⁇ 6 ⁇ have. It has been found that such small particles in a mixing process with a high shear stress, for example, in a jet mill, little or no further comminuted and thus are virtually mechanically stable in this.
  • electrode component E2 can have a larger average Particle size or a larger average particle length or a larger average particle diameter, for example, of> 10 ⁇ , for example in a range of> 10 ⁇ to ⁇ 20 ⁇ , and thus in a mixing process with a high
  • the at least one electrode component E1 may comprise at least one conductive additive, for example at least one conductive carbon, such as conductive graphite and / or amorphous conductive carbon, such as conductive carbon black, and / or
  • the functionality of conductive additives is reduced by comminution in a mixing process with a high
  • Electrode active materials such as anode active materials or cathode active materials, for example intercalation materials and / or
  • Insertion materials and / or recombination materials are Insertion materials and / or recombination materials.
  • the at least one electrode component E1 can be free of surface-coated particles and / or free of gradient material particles, for example, whereas the at least one further electrode component E2 can comprise surface-coated particles and / or gradient material particles.
  • Surface coating of surface-coated particles may be damaged and / or destroyed, which may affect their functionality.
  • FIG. 1 shows that in a method step c) from the mixture fB + E1 + E2 from method step b), which contains the at least one fibrillated binder fB, which contains at least one electrode component E1 and the at least one further electrode component E2, for example by a dry manufacturing process and / or by coating, for example by dry coating, an electrode E is formed.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode (E) für eine elektrochemische Zelle, insbesondere für eine Batteriezelle, beispielsweise für eine Lithium-Zelle. Um eine homogene Mischung zu erzeugen, aus welcher, beispielsweise durch Trockenbeschichten, eine Elektrode (E) mit verbesserten Eigenschaften und/oder mit einer Schichtdicke von deutlich mehr als 100 μm, zum Beispiel für Fahrzeugbatterien, beispielsweise für Elektro- und/oder Hybridfahrzeuge, auf zeitsparende und kostengünstige Weise hergestellt werden kann, wird in dem Verfahren mindestens ein Binder (B) und mindestens eine Elektrodenkomponente (E1) durch einen Mischprozess mit einer hohen Scherbelastung zu einer fibrillierten Binder enthaltenden Mischung (fB+E1) vermischt und zu der den fibrillierten Binder enthaltenden Mischung (fB+E1) mindestens eine weitere Elektrodenkomponente (E2) durch einen Mischprozess mit einer geringen Scherbelastung zugemischt. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein derartig hergestellte Elektrode (E) und eine mit einer derartigen Elektrode (E) ausgestattete Zelle.

Description

Beschreibung
Titel
Elektrodenherstellungsverfahren mittels Binderfibrillierung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für eine elektrochemische Zelle, insbesondere für eine Batteriezelle, eine dadurch hergestellte Elektrode und eine mit einer derartigen Elektrode ausgestattete elektrochemische Zelle.
Stand der Technik
Batterien, beispielsweise auf der Basis von Lithium-Zellen oder Natrium-Zellen, wie Lithium-Ionen-Zellen oder Natrium-Ionen Zellen, bieten für mobile und stationäre Anwendungen ein sehr hohes Potential zur Energieeinsparung und lokalen Vermeidung von Emissionen.
Herkömmlicherweise werden die Elektroden von Lithium-Zellen durch
Nassbeschichtungsverfahren hergestellt. Dabei werden in der Regel die
Elektrodenkomponenten mit mindestens einem Lösungsmittel zu einem (zäh-) flüssigen Schlicker beziehungsweise Slurry vermischt, aus welchem dann, beispielsweise mittels einer Schlitzdüse, eines Rakel oder eines Walzenauftrags, eine Schicht beziehungsweise Beschichtung ausgebildet wird.
Um das mindestens eine Lösungsmittel wieder zu entfernen, müssen die Schichten beziehungsweise Beschichtungen in langen Trockentunneln langsam und kontrolliert getrocknet werden. Dies führt jedoch zu einer lange
Herstellungsdauer und hohen Herstellungskosten, beispielsweise in Form von Energiekosten für die Trocknung sowie Bereitstellung, Rückgewinnung und/oder katalytische Verbrennung des mindestens einen Lösungsmittels. Zudem können durch Nassbeschichtungsverfahren lediglich Elektroden mit einer begrenzten Schichtdicke, beispielsweise von bis zu 100 μηη, hergestellt werden. Für große Batterien, wie sie in Elektrofahrzeugen benötigt werden, wären jedoch dickere Elektroden wünschenswert.
Die Druckschriften US 2015/0303481 AI, WO 2005/008807 A2 (EP 1 644 136 A2), WO 2005/049700 AI, US 4,556,618, US 4,379,772, US 4,354,958,
US 3,898,099 und US 6,335,857 Bl, betreffen Verfahren zur Herstellung von Elektroden.
Offenbarung der Erfindung
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode, beispielsweise einer Anode und/oder einer Kathode, für eine elektrochemische Zelle. Dabei kann das Verfahren insbesondere zur Herstellung einer Elektrode, beispielsweise einer Anode und/oder einer Kathode, für eine Batteriezelle, insbesondere für eine Lithium-Zelle oder für eine Natrium-Zelle oder für eine Metall-Luft-Zelle, zum Beispiel für eine Lithium-Ionen-Zelle und/oder Lithium-Metall-Zelle oder für eine Natrium-Ionen-Zelle, ausgelegt sein.
Insbesondere kann das Verfahren zur Herstellung einer Elektrode,
beispielsweise einer Anode und/oder einer Kathode, für eine Lithium-Zelle, beispielsweise für eine Lithium-Ionen-Zelle und/oder Lithium-Metall-Zelle, ausgelegt sein.
In dem Verfahren wird, insbesondere in einem Verfahrensschritt a), mindestens ein, insbesondere polymerer, Binder und mindestens eine
Elektrodenkomponente durch einen Mischprozess mit einer hohen
Scherbelastung zu einer fibrillierten Binder enthaltenden Mischung vermischt.
In dem Verfahren wird (dann), insbesondere in einem Verfahrensschritt b), zu der den fibrillierten Binder enthaltenden Mischung, insbesondere aus
Verfahrensschritt a), mindestens eine weitere Elektrodenkomponente durch einen Mischprozess mit einer geringen Scherbelastung zugemischt. Durch den Mischprozess mit einer hohen Scherbelastung kann insbesondere eine Scherbelastung realisiert werden, welche höher als die durch den
Mischprozess mit einer geringen Scherbelastung realisierte Scherbelastung ist und durch welche eine Fibrillierung des mindestens einen Binders erzielt werden kann. Daher kann der Mischprozess mit einer hohen Scherbelastung
insbesondere auch als Mischprozess mit einer höheren Scherbelastung bezeichnet werden.
Durch den Mischprozess mit einer geringen Scherbelastung kann insbesondere eine Scherbelastung realisiert werden, welche geringer als die durch den Mischprozess mit einer hohen Scherbelastung realisierte Scherbelastung ist. Daher kann der Mischprozess mit einer geringen Scherbelastung insbesondere auch als Mischprozess mit einer geringeren Scherbelastung bezeichnet werden.
Unter einem Mischprozess mit einer hohen Scherbelastung kann insbesondere ein Mischprozess verstanden werden, in welchem Partikel - insbesondere ohne Schmiermittel, wie Flüssigkeit - relativ zueinander bewegt werden, insbesondere wobei hohe Scherbelastungen bei großen Geschwindigkeitsgradienten von Partikeln zueinander und/oder von Partikeln zu einer Wand des Mischers auftreten. Dabei können die Partikel unter hohen Scherbelastungen
insbesondere durchbrechen, zum Beispiel gerade durchbrechen. Zum Beispiel kann ein Mischprozess mit einer hohen Scherbelastung durch ein
Strahlverfahren, insbesondere durch eine Strahlmühle, und/oder durch einen Drei-Walzen-Stuhl und/oder durch einen Zwei-Schnecken-Extruder durchgeführt werden.
Unter einem Mischprozess mit einer geringen Scherbelastung kann
insbesondere ein Mischprozess verstanden werden, in welchem Stoffströme miteinander verschränkt werden, insbesondere wobei zwischen den Partikeln zueinander und/oder von Partikeln zu einer Wand des Mischer lediglich geringe
Geschwindigkeitsgradienten und damit geringe Scherbelastungen auftreten. Dabei können die Partikel unter geringen Scherbelastungen insbesondere ihre Form erhalten und/oder lediglich abgerieben werden. Zum Beispiel kann ein Mischprozess mit einer geringen Scherbelastung durch einen Pflugschar- und/oder Schaufelmischer, auch Paddelmischer genannt, und/oder durch einen statischen Mischer, beispielsweise auf der Basis von Dehnströmungen, zum - zi -
Beispiel durch eine Abfolge von Erweiterungen und Verengungen in einem Kanalsystem, und/oder durch einen Freifallmischer durchgeführt werden.
Durch den Mischprozess mit einer hohen Scherbelastung, beispielsweise durch eine Strahlmühle (Englisch: Jet Mill), kann der mindestens eine Binder, beispielsweise durch Relativbewegung und/oder Aufprall/Aufschießen auf Partikel der mindestens einen Elektrodenkomponente, fibrilliert werden. Dabei kann der mindestens eine Binder insbesondere zu langen Fibrillen (Binderfäden) ausgeformt werden. Die Fibrillen (Binderfäden) des mindestens einen fibrillierten Binders können dann auf der Oberfläche der mindestens einen
Elektrodenkomponente verteilt angebunden werden. Dies ermöglicht es aus der resultierenden Mischung eine Elektrode durch einen trockenen
Herstellungsprozess, also einen Herstellungsprozess, beispielsweise ein
Beschichtungsverfahren, welcher/s ohne Lösungsmittel auskommt, zum Beispiel durch Trockenbeschichten, auszubilden. Dadurch können Elektroden mit einer
Schichtdicke von deutlich mehr als 100 pm, zum Beispiel für Fahrzeugbatterien, beispielsweise für Elektrofahrzeuge und/oder Hybridfahrzeuge und/oder Plug-In- Hybridfahrzeuge, und/oder für stationäre Speicherbatterien, auf zeitsparende und kostengünstige Weise - und insbesondere ohne die Verwendung von
brennbaren, toxischen und/oder krebserregenden Lösungsmitteln - hergestellt werden.
Durch den Mischprozess mit einer hohen Scherbelastung wird die mindestens eine Elektrodenkomponente jedoch stark mechanisch belastet.
Zum Beispiel können bei Mischprozessen mit hohen Scherbelastungen, beispielsweise durch eine Strahlmühle (Englisch: Jet Mill), weiche, spröde, brüchige und beschichtete Elektrodenkomponenten, wie als Anodenaktivmaterial dienender, relativ weicher, lagiger Interkalationsgraphit und/oder als
Anodenaktivmaterial dienende, spröde und/oder brüchige Speicherlegierungen, wie Silizium- und/oder Zinn-Legierungen, und/oder als Anodenaktivmaterial oder Kathodenaktivmaterial dienende beschichtete Elektrodenkomponenten, zum Beispiel in Form von Partikeln mit einem Partikelkern und einer den Partikelkern umgebenden Partikelschale (Core-Shell-Partikel), und/oder in Form von
Gradientenmaterialpartikeln durch darauf einwirkende mechanische Kräfte beeinträchtigt und/oder verändert werden. Unter Gradientenmaterialpartikeln können insbesondere Partikel verstanden werden, welche innerhalb des Partikels und/oder von der Oberfläche
beziehungsweise vom Rand des Partikels zum Kern des Partikels variierende Eigenschaften und/oder einen Materialgradienten aufweisen.
Durch Mischprozesse mit hohen Scherbelastungen können zum Beispiel weiche, spröde und/oder brüchige Elektrodenkomponenten zerkleinert und/oder gemahlen werden, was eine Reduzierung von deren durchschnittlicher
Partikelgröße und/oder gegebenenfalls auch eine Veränderung von deren
Partikelform zur Folge haben kann.
Dies kann wiederum zum Einen, beispielsweise im Fall von Interkalationsgraphit und/oder Speicherlegierungen, zu einer Verringerung von deren reversibler Speicherkapazität und/oder zu einer Erhöhung von irreversiblen Verlusten durch, insbesondere verstärkte, Deckschichtbildungen, beispielsweise durch Bindung von Lithium an deren Oberfläche, bei der ersten Inbetriebnahme der Zelle führen.
Zum Anderen können durch eine Schaffung von kleinteiligen Partikeln und/oder eine Änderung der Partikelform, zum Beispiel in dem kugelige Graphitpartikel durch Scherung entlang der Graphitgleitebenen in plättchenförmige
Graphitpartikel umgewandelt werden, Eigenschaften, wie die Morphologie der Elektrode, zum Beispiel deren Porosität, und damit unter anderem beispielsweise deren Benetzungsverhalten, Stromtragfähigkeit und/oder Kapazität sowie deren Oberflächenstruktur und -reaktivität negativ beeinflusst werden.
Darüber hinaus können durch Mischprozesse mit hohen Scherbelastungen zum Beispiel funktionale und/oder schützende Partikel-Deckschichten von
beschichteten Elektrodenkomponenten, beispielsweise in Form von Partikeln mit einem Partikelkern und einer den Partikelkern umgebenden Partikelschale (Core-
Shell-Partikel), und/oder Gradientenmaterialpartikel zerstört werden. Dies kann ebenfalls zu einer Verringerung von deren reversibler Speicherkapazität und/oder zu einer Erhöhung von irreversiblen Verlusten durch, insbesondere verstärkte, Deckschichtbildungen, beispielsweise durch Bindung von Lithium an deren Oberfläche, bei der ersten Inbetriebnahme der Zelle führen und einen negativen
Einfluss auf die Langzeitstabilität haben. Das Unterteilen in mindestens zwei separate Mischstufen ermöglicht es vorteilhafterweise in den einzelnen Mischstufen die einzelnen
Elektrodenkomponenten entsprechend ihren Eigenschaften und/oder ihrer Funktionalität einzusetzen. Zum Beispiel können mechanisch stabile
Elektrodenkomponenten und/oder als Leitzusatz beziehungsweise Leitmittel dienende Elektrodenkomponenten, deren Funktionalität auch bei kleinen durchschnittlichen Partikelgrößen noch gegeben und insbesondere vorteilhaft sein kann, im Mischprozess mit einer hohen Scherbelastung und/oder mechanisch empfindliche Elektrodenkomponenten und/oder als
Elektrodenaktivmaterial dienende Elektrodenkomponenten, deren Funktionalität durch eine Zerkleinerung beeinträchtigt werden kann, im Mischprozess mit geringer Scherbelastung eingesetzt werden.
Dadurch, dass in dem Mischprozess mit einer hohen Scherbelastung mindestens eine Elektrodenkomponente eingesetzt wird, kann zudem vorteilhafterweise die Fibrillierung des mindestens einen Binders durch ein Material bewirkt werden, welches in der herzustellenden Elektrode eine Funktion erfüllt, was sich vorteilhaft auf die spezifische Energiedichte auswirken kann.
So kann eine homogene Mischung erzeugt werden, insbesondere in welcher der mindestens eine Binder an, beispielsweise alle, Partikel der mindestens einen Elektrodenkomponente und der mindestens einen weiteren
Elektrodenkomponente gleichermaßen anbindet, aus welcher, beispielsweise durch einen trockenen Herstellungsprozess und/oder durch Beschichten, beispielsweise durch Trockenbeschichten, zum Beispiel eines Stromableiters oder eines Trägersubstrats, eine Elektrode, zum Beispiel eine Anode oder eine Kathode, mit verbesserten Eigenschaften und/oder (auch) mit einer Schichtdicke von deutlich mehr als 100 μηη, zum Beispiel für Fahrzeugbatterien,
beispielsweise für Elektrofahrzeuge und/oder Hybridfahrzeuge und/oder Plug-In- Hybridfahrzeuge, und/oder für stationäre Speicherbatterien, auf zeitsparende und kostengünstige Weise hergestellt werden kann.
Die mindestens eine Elektrodenkomponente und/oder die mindestens eine weitere Elektrodenkomponente kann zum Beispiel mindestens einen Leitzusatz, insbesondere zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit, und/oder mindestens ein Elektrodenaktivmaterial, insbesondere zur Energiespeicherung, beispielsweise zur Speicherung von Lithium, und/oder oberflächenbeschichtete Partikel und/oder Gradientenmaterialpartikel umfassen oder daraus ausgebildet sein.
Beispielsweise kann die mindestens eine Elektrodenkomponente und/oder die mindestens eine weitere Elektrodenkomponente mindestens einen
Leitkohlenstoff, zum Beispiel Leitgraphit und/oder mindestens einen amorphen Leitkohlenstoff, insbesondere in Form von unporösen Kohlenstoffpartikeln, wie Leitruß, und/oder Kohlenstofffasern (Englisch: Carbon Fibres) und/oder
Kohlenstoffnanoröhren (Englisch: Carbon Nano Tubes, CNT) und/oder Graphen und/oder expandierten Graphit, und/oder mindestens ein Leitmetall, zum Beispiel Silicium und/oder Zinn und/oder ein anderes Metall und/oder eine Legierung, beispielsweise in Form eines metallischen Pulvers, und/oder mindestens ein Anodenaktivmaterial und/oder mindestens ein Kathodenaktivmaterial, beispielsweise mindestens ein Interkalationsmaterial und/oder Insertionsmaterial und/oder Rekombinationsmaterial, insbesondere mindestens ein Lithium- oder Natrium-Interkalations- und/oder -Insertions- und/oder -Rekombinationsmaterial, zum Beispiel Interkalationsgraphit und/oder mindestens einen insertions- und/oder interkalationsfähigen, amorphen Kohlenstoff, beispielsweise Hard
Carbons und/oder Soft Carbons, und/oder mindestens eine Speicherlegierung, beispielsweise mindestens eine Lithium-Speicherlegierung, zum Beispiel eine Silicium- und/oder Zinn-Legierung, insbesondere als Anodenaktivmaterial, und/oder mindestens ein Metalloxid und/oder -Phosphat, zum Beispiel
Siliciumoxid, insbesondere zur Ausbildung eines Anodenaktivmaterials oder als
Anodenaktivmaterial, und/oder mindestens ein Metalloxid, zum Beispiel mindestens ein Schichtoxid und/oder mindestens ein Spinell, beispielsweise mindestens ein Nickel- und/oder -Cobalt- und/oder -Mangan-Oxid, zum Beispiel Lithium-Nickel- und/oder -Cobalt- und/oder Mangan-Oxid, und/oder mindestens ein Metallphosphat, beispielsweise mindestens ein Eisen- und/oder -Mangan- und/oder -Cobalt-Phosphat, zum Beispiel mindestens ein Lithium-Eisen- und/oder -Mangan- und/oder -Cobalt-Phosphat, beispielsweise basierend auf der Formel: LiMP04 mit M = Fe, Mn und/oder Co, insbesondere als
Kathodenaktivmaterial, und/oder mindestens einen Leitzusatz- Elektrodenaktivmaterial- Komposit, beispielsweise mindestens einen Leitzusatz -
Anodenaktivmaterial- Komposit oder Leitzusatz- Kathodenaktivmaterial- Komposit, zum Beispiel mindestens einen Kohlenstoff- Elektrodenaktivmaterial-Komposit, beispielsweise mindestens einen Kohlenstoff- Anodenaktivmaterial-Komposit oder mindestens einen Kohlenstoff- Kathodenaktivmaterial-Komposit, zum Beispiel mindestens einen Kohlenstoff- Metallphosphat- Komposit, beispielsweise in Form von leitzusatzbeschichteten, zum Beispiel kohlenstoffbeschichteten,
Elektrodenaktivmaterialpartikeln, insbesondere Anodenaktivmaterialpartikeln oder Kathodenaktivmaterialpartikeln, zum Beispiel in Form von
kohlenstoffbeschichteten Metallphosphatpartikeln, und/oder
oberflächenbeschichtete Partikel, beispielsweise Partikel mit einem Partikelkern und einer den Partikelkern umgebenden Partikelschale, so genannte Core-Shell- Partikel, und/oder Gradientenmaterialpartikel umfassen oder daraus ausgebildet sein.
Unter expandiertem Graphit kann insbesondere ein Material verstanden werden, welches durch Expansion von Graphit hergestellt wird und zur Bereitstellung von Graphen dient und/oder Graphen umfasst.
Unter einem Rekombinationsmaterial kann insbesondere ein Aktivmaterial verstanden werden, dessen Wirkungsweise auf einer Rekombinations- und/oder Phasenumwandlungsreaktion, wie zum Beispiel Li + AI— > LiAl, basiert.
Unter Hard Carbons können insbesondere insertions- und/oder
interkalationsfähige, insbesondere stabilere, amorphe Kohlenstoffe verstanden werden, insbesondere welche nicht-graphitierbar sind und als
Anodenaktivmaterial eingesetzt werden können.
Unter Soft Carbons können insbesondere insertions- und/oder
interkalationsfähige, insbesondere stabilere, amorphe Kohlenstoffe verstanden werden, insbesondere welche graphitierbar sind und als Anodenaktivmaterial eingesetzt werden können.
Der Mischprozess mit einer hohen Scherbelastung, insbesondere in
Verfahrensschritt a), kann insbesondere durch eine Strahlmühle (Englisch: Jet Mill) und/oder durch einen Drei-Walzen-Stuhl und/oder durch einen Zwei- Schnecken-Extruder und/oder durch eine Fließbettgegenstrahlmühle und/oder eine Kugelmühle und/oder eine Mörsermühle und/oder ein Walzwerk (sogenanntes Ausrollen) und/oder eine Tablettenpresse erfolgen
beziehungsweise durchgeführt werden. Die hohen Scherkräfte können dabei beispielsweise durch eine Relativbewegung der mindestens einen
Elektrodenkomponente gegen den mindestens einen Fibrillen bildenden, insbesondere polymeren, Binder ausgebildet werden. Besonders einfach kann die Relativbewegung der Materialien zueinander dabei durch ein Walzwerk und/oder eine Tablettenpresse realisiert werden.
Bei dem Mischprozess mit einer hohen Scherrate, insbesondere in
Verfahrensschritt a), kann die Verwendung einer geeigneten
Partikelgrößenverteilung des mindestens einen Binders und der einzelnen Elektrodenkomponenten von Vorteil sein. Insbesondere kann die mindestens eine Elektrodenkomponente eine größere durchschnittliche Partikelgröße als der mindestens eine Binder aufweisen.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform erfolgt der Mischprozess mit einer hohen Scherrate, insbesondere in Verfahrensschritt a), durch eine Strahlmühle (Englisch: Jet Mill) beziehungsweise wird dadurch durchgeführt. Durch eine Strahlmühle kann vorteilhafterweise eine homogene Verteilung des mindestens einen Binders auf der mindestens einen Elektrodenkomponente auf besonders einfache und zeitsparende Weise erzielt werden. Bei einer Strahlmühle wird insbesondere ein Gas, beispielsweise Luft, mit einer sehr hohen
Geschwindigkeit, welche bis hin zur Schallgeschwindigkeit reichen kann, zum Mischen von Komponenten verwendet. Der eigentliche Mischprozess kann dabei vorteilhafterweise lediglich etwa 1-2 Sekunden dauern und sehr hohe Scherkräfte und damit eine sehr hohe Scherbelastung zur Folge haben. Dadurch kann vorteilhafterweise eine sehr gute und schnelle Fibrillierung des mindestens einen Binders erzielt werden. Aufgrund von mit den sehr hohen Scherbelastung einhergehenden sehr hohen mechanischen Belastungen und beispielsweise Zerstörungseffekten, sind bei einem Einsatz einer Strahlmühle für den
Mischprozess mit einer hohen Scherbelastung, die vor- und nachstehend erläuterten Ausführungsformen im Hinblick auf den Einsatz von mindestens einer Elektrodenkomponente, beispielsweise mit einer hohen mechanisch Stabilität und/oder einer möglichst zerkleinerungsunabhängigen Funktionalität, im
Mischprozess mit einer hohen Scherbelastung und von mindestens einer weiteren Elektrodenkomponente, beispielsweise mit einer größeren Empfindlichkeit und/oder einer zerkleinerungsabhängigen Funktionalität, im Mischprozess mit einer geringen Scherbelastung von besonderem Interesse.
Die Strahlmühle wird vorzugsweise derart betrieben, dass das mindestens eine Elektrodenmaterial nicht oder zumindest möglichst wenig oder gegebenenfalls nur kontrolliert geschädigt wird. Beispielsweise kann die Strahlmühle mit einer minimal nötigen Geschwindigkeit und/oder Verweilzeit zur Aufbringung des mindestens einen Binders betrieben werden. Die Betriebsbedingungen für die Strahlmühle können beispielsweise durch Versuchsreihen ermittelt werden. Dabei kann die Beschaffenheit der mindestens einen Elektrodenkomponente beispielsweise mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM) untersucht werden.
In dem Mischprozess mit einer hohen Scherbelastung kann insbesondere mindestens eine Elektrodenkomponente zur Fibrillierung des mindestens einen Binders eingesetzt werden, welche, insbesondere in dem Mischprozess mit einer hohen Scherbelastung beziehungsweise unter den Bedingungen des
Mischprozesses mit einer hohen Scherbelastung, mechanisch stabiler als die, insbesondere in dem Mischprozess mit einer geringen Scherbelastung zu mischende, mindestens eine weitere Elektrodenkomponente ist und/oder deren mechanische Belastung und beispielsweise Zerkleinerung keine oder weniger nachteilige Auswirkungen auf die Funktionsfähigkeit einer damit ausgestatteten Elektrode als die, insbesondere in dem Mischprozess mit einer geringen
Scherbelastung zu mischende, mindestens eine weitere Elektrodenkomponente hat. Dabei kann eine mechanische Belastung beziehungsweise Zerkleinerung der mindestens einen Elektrodenkomponente in dem Mischprozess mit einer hohen Scherbelastung insbesondere toleriert werden und/oder die mindestens eine Elektrodenkomponente als Opfermaterial dienen.
In dem nachfolgenden separaten Mischprozess mit einer geringen
Scherbelastung kann dann die mindestens eine weitere Elektrodenkomponente, welche - beispielsweise aufgrund ihrer mechanischen Stabilität und/oder einer empfindlichen Beschichtung - weniger mechanisch stabil beziehungsweise empfindlicher/sensibler als die in dem Mischprozess mit einer hohen
Scherbelastung gemischte mindestens eine Elektrodenkomponente ist, mit einer geringeren mechanischen Belastung homogen in die den fibrillierten Binder enthaltende Mischung eingearbeitet werden. Im Rahmen einer Ausführungsform ist die mindestens eine
Elektrodenkomponente, insbesondere in dem Mischprozess mit einer hohen Scherbelastung beziehungsweise unter den Bedingungen des Misch prozesses mit einer hohen Scherbelastung, mechanisch stabiler als die mindestens eine weitere Elektrodenkomponente und/oder wird die Funktionalität der mindestens einen Elektrodenkomponente weniger, insbesondere durch den Mischprozess mit einer hohen Scherbelastung beziehungsweise unter den Bedingungen des Mischprozesses mit einer hohen Scherbelastung und/oder durch eine mechanische Belastung, beispielsweise Zerkleinerung, beeinträchtigt als die Funktionalität der mindestens einen weiteren Elektrodenkomponente. So können die einzelnen Elektrodenkomponenten entsprechend ihren Eigenschaften und/oder ihrer Funktionalität vorteilhaft eingesetzt werden.
Eine höhere mechanische Stabilität und/oder eine geringere Beeinträchtigung der Funktionalität der mindestens einen Elektrodenkomponente bezüglich der mindestens einen weiteren Elektrodenkomponente kann auf verschiedene Weisen realisiert werden.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform weist zum Beispiel die mindestens eine Elektrodenkomponente, beispielsweise im Fall von sphärischen Partikeln, eine durchschnittliche Partikelgröße, insbesondere Primärpartikelgröße, von
< 10 μηη und/oder, beispielsweise im Fall von faserförmigen und/oder röhrenförmigen Partikeln, eine durchschnittliche Partikellänge, beispielsweise durchschnittliche Faserlänge und/oder Röhrenlänge, von < 10 μηη und/oder, beispielsweise im Fall von plättchenförmigen Partikeln, einen durchschnittlichen Partikelebenendurchmesser von < 10 μηη auf beziehungsweise wird mit einer/einem solchen eingesetzt. Beispielsweise kann die mindestens eine Elektrodenkomponente eine durchschnittliche Partikelgröße, insbesondere Primärpartikelgröße, von < 8 μηη, insbesondere von < 6 μηη, und/oder eine durchschnittliche Partikellänge, beispielsweise durchschnittliche Faserlänge und/oder Röhrenlänge, von < 8 μηη, insbesondere von < 6 μηη, und/oder einen durchschnittlichen Partikelebenendurchmesser von < 8 μηη, insbesondere von
< 6 μηη, aufweisen beziehungsweise mit einer/einem solchen eingesetzt werden. Experimentelle Untersuchungen haben ergeben, dass Mischprozesse mit einer hohen Scherbelastung, beispielsweise durch eine Strahlmühle, zu einer kleinsten erzielbaren und damit stabilen durchschnittlichen Partikelgröße beziehungsweise Partikellänge, beispielsweise Faserlänge und/oder Röhrenlänge,
beziehungsweise Partikelebenendurchmesser, insbesondere in einem Bereich von > 4 μηη bis < 6 μηη, führen und dass Partikel, deren Partikelgröße
beziehungsweise Partikellänge, beispielsweise Faserlänge und/oder
Röhrenlänge, beziehungsweise Partikelebenendurchmesser in diesem Bereich liegen, dabei - insbesondere aus den physikalischen Randbedingungen des Mischers, beispielsweise der Mühle, und den Materialeigenschaften - nicht weiter zerkleinert werden.
Dadurch, dass die mindestens eine Elektrodenkomponente eine
durchschnittliche Partikelgröße beziehungsweise eine durchschnittliche
Partikellänge, beispielsweise durchschnittliche Faserlänge und/oder
Röhrenlänge, beziehungsweise einen durchschnittlichen
Partikelebenendurchmesser von < 10 μηη, beispielsweise von < 8 μηη, insbesondere von < 6 μηη, aufweist, kann der durch den Mischprozess mit einer hohen Scherbelastung darauf einwirkende zerkleinernde Effekt reduziert werden, da die Partikel dann meist lediglich auf eine durchschnittliche Partikelgröße beziehungsweise auf eine durchschnittliche Partikellänge, beispielsweise auf durchschnittliche Faserlänge und/oder Röhrenlänge, beziehungsweise auf einen durchschnittlichen Partikelebenendurchmesser, beispielsweise in einem Bereich von > 4 μηη bis < 6 μηη, zerkleinert werden. Auf diese Weise kann eine mechanische Stabilität der mindestens einen Elektrodenkomponente in dem
Mischprozess mit einer hohen Scherbelastung erzielt werden.
Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung weist die mindestens eine
Elektrodenkomponente eine durchschnittliche Partikelgröße in einem Bereich von > 0,01 μηη bis < 6 μηη, beispielsweise in einem Bereich von > 4 μηη bis < 6 μηη, und/oder eine durchschnittliche Partikellänge, beispielsweise durchschnittliche Faserlänge und/oder Röhrenlänge, in einem Bereich von > 0,01 μηη bis < 6 μηη, beispielsweise in einem Bereich von > 4 μηη bis < 6 μηη, und/oder einen durchschnittlichen Partikelebenendurchmesser in einem Bereich von > 0,01 μηη bis < 6 μηη, beispielsweise in einem Bereich von > 4 μηη bis < 6 μηη, auf beziehungsweise wird mit einer/einem solchen eingesetzt. So kann der durch den Mischprozess mit einer hohen Scherbelastung darauf einwirkende zerkleinernde Effekt minimiert und eine hohe mechanische Stabilität der mindestens einen Elektrodenkomponente in dem Mischprozess mit einer hohen Scherbelastung erzielt werden.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform weist die mindestens eine weitere Elektrodenkomponente, beispielsweise im Fall von sphärischen Partikeln, eine größere durchschnittliche Partikelgröße, insbesondere Primärpartikelgröße, und/oder, beispielsweise im Fall von faserförmigen und/oder röhrenförmigen Partikeln, eine größere durchschnittliche Partikellänge, beispielsweise eine größere durchschnittliche Faserlänge und/oder Röhrenlänge, und/oder, beispielsweise im Fall von plättchenförmigen Partikeln, einen größeren durchschnittlichen Partikelebenendurchmesser als die mindestens eine
Elektrodenkomponente auf beziehungsweise wird mit einer/einem solchen eingesetzt. Dadurch, dass die mindestens eine Elektrodenkomponente eine kleinere durchschnittliche Partikelgröße und/oder eine kleinere durchschnittliche Partikellänge, beispielsweise eine kleinere durchschnittliche Faserlänge und/oder Röhrenlänge, und/oder einen kleineren durchschnittlichen
Partikelebenendurchmesser aufweist als die mindestens eine weitere
Elektrodenkomponente kann die mindestens eine Elektrodenkomponente bezüglich der mindestens einen weiteren Elektrodenkomponente mechanisch stabiler in dem Mischprozess mit einer hohen Scherrate sein.
Zum Beispiel kann die mindestens eine weitere Elektrodenkomponente eine durchschnittliche Partikelgröße, insbesondere Primärpartikelgröße, und/oder eine durchschnittliche Partikellänge, beispielsweise eine durchschnittliche Faserlänge und/oder Röhrenlänge, und/oder einen durchschnittlichen
Partikelebenendurchmesser von > 10 μηη oder > 8 μηη oder > 6 μηη aufweisen beziehungsweise mit einer/einem solchen eingesetzt werden. Beispielsweise kann die mindestens eine weitere Elektrodenkomponente eine durchschnittliche
Partikelgröße, insbesondere Primärpartikelgröße, von > 10 μηη oder > 12 μηη oder > 15 μηη, zum Beispiel in einem Bereich von > 10 μηη bis < 20 μηη, und/oder eine durchschnittliche Partikellänge, beispielsweise eine durchschnittliche Faserlänge und/oder Röhrenlänge, von > 10 μηη oder > 12 μηη oder > 15 μηη, zum Beispiel in einem Bereich von > 10 μηη bis < 20 μηη, und/oder einen durchschnittlichen Partikelebenendurchmesser von > 10 μηη oder > 12 μηη oder > 15 μηι, zum Beispiel in einem Bereich von > 10 pm bis < 20 μm, aufweisen beziehungsweise mit einer/einem solchen eingesetzt werden.
Dadurch, dass die mindestens eine weitere Elektrodenkomponente in dem Mischprozess mit einer geringen Scherbelastung eingesetzt wird, kann die mindestens eine weitere Elektrodenkomponente, beispielsweise vor starken mechanischen Belastungen beziehungsweise Zerkleinerungseffekten, insbesondere durch den Mischprozess mit einer hohen Scherbelastung, verschont werden, was es ermöglicht auch empfindlichere beziehungsweise mechanisch weniger stabile Materialen, wie relativ weichen, lagigen
Interkalationsgraphit und/oder beschichtete Partikel, wie Core-Shell-Partikel, und/oder Gradientenmaterialpartikel, möglichst materialschonend zu verarbeiten.
Alternativ oder zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen Abstufung im
Hinblick auf die mechanischen Stabilität zwischen der mindestens einen
Elektrodenkomponente und der mindestens einen weiteren
Elektrodenkomponente auf Basis von deren durchschnittlicher Partikelgröße, Partikellänge, beispielsweise Faserlänge und/oder Röhrenlänge, und/oder Partikelebenendurchmesser, kann die mindestens eine Elektrodenkomponente im Hinblick auf eine geringere Beeinträchtigung ihrer Funktionalität durch den
Mischprozess mit einer hohen Scherbelastung bezüglich der mindestens einen weiteren Elektrodenkomponente ausgewählt werden.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst zum Beispiel die mindestens eine Elektrodenkomponente mindestens einen Leitzusatz, insbesondere zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit, oder ist daraus ausgebildet. Insbesondere kann die mindestens eine Elektrodenkomponente mindestens einen Leitkohlenstoff und/oder mindestens ein Leitmetall umfassen oder daraus ausgebildet sein.
Die Funktionalität von Leitzusätzen, insbesondere zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit, beispielsweise von Leitkohlenstoffen, zum Beispiel Leitgraphit und/oder amorphen Leitkohlenstoffen, wie Leitruß, und/oder
Kohlenstofffasern (Englisch: Carbon Fibres) und/oder Kohlenstoffnanoröhren (Englisch: Carbon Nano Tubes, CNT) und/oder Graphen und/oder expandiertem
Graphit, und/oder Leitmetallen, wird durch eine hohe mechanische Belastung und/oder durch eine Zerkleinerung in der Regel deutlich weniger beeinträchtigt als beispielsweise die Funktionalität von Elektrodenaktivmaterialien,
insbesondere zur Energiespeicherung, beispielsweise zur Speicherung von Lithium, zum Beispiel von Anodenaktivmaterialien und/oder
Kathodenaktivmaterialien, zum Beispiel von Interkalations- und/oder Insertions- und/oder Rekombinationsmaterialien, wie Interkalationsgraphit und/oder insertions- und/oder interkalationsfähigen, amorphen Kohlenstoffen, wie Hard Carbons und/oder Soft Carbons, und/oder Speicherlegierungen. Zudem kann durch eine Anlagerung von Leitzusätzen, beispielsweise von Leitkohlenstoffen, wie Leitgraphit und/oder Leitruß, eine Deagglomeration und die nachfolgende
Fibrillierung des mindestens einen Binders vorteilhaft unterstützt werden.
Im Rahmen einer Ausgestaltung dieser Ausführungsform umfasst die mindestens eine Elektrodenkomponente Leitgraphit oder ist daraus ausgebildet. Leitgraphit weist eine geringere durchschnittliche Partikelgröße, beispielsweise in einem
Bereich von > 4 μηη bis < 10 μηη, sowie eine geringere reversible
Speicherkapazität und/oder eine höhere reaktive Oberfläche und damit einen höheren irreversiblen Kapazitätsverlust bei der ersten Lithiierung
beziehungsweise bei der Inbetriebnahme der Zelle als zum Beispiel
Interkalationsgraphit auf und ist da daher zur Interkalation von Lithium nicht optimal. Die in dem stark mechanisch belastenden Prozessschritt, insbesondere in Verfahrensschritt a), verwendete mindestens eine Elektrodenkomponente kann zum Beispiel ein Leitgraphit sein, welcher unter dem Handelsnamen KS4 und/oder KS6 von der Firma Imerys (Timcal) oder unter einem anderen
Handelsnamen von einem anderen Hersteller vertrieben wird.
Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung dieser Ausführungsform umfasst die mindestens eine Elektrodenkomponente amorphen Leitkohlenstoff, insbesondere in Form von unporösen Kohlenstoffpartikeln, oder ist daraus ausgebildet. Beispielsweise kann die mindestens eine
Elektrodenkomponente dabei Leitruß umfassen oder daraus ausgebildet sein.
Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung dieser Ausführungsform umfasst die mindestens eine Elektrodenkomponente
Kohlenstofffasern (Englisch: Carbon Fibres) und/oder Kohlenstoffnanoröhren
(Englisch: Carbon Nano Tubes, CNT) oder ist daraus ausgebildet. Kohlenstofffasern und/oder Kohlenstoffnanorohren eignen sich vorteilhafterweise besonders gut zur Fibrillierung des mindestens einen Binders. Zudem können durch eine Verwendung von Kohlenstofffasern und/oder Kohlenstoffnanorohren in dem Mischprozess mit einer hohen Scherbelastung Kohlenstofffasern und/oder Kohlenstoffnanorohren besonders gut dispergiert und - gegebenenfalls bei anderen Mischprozessen, insbesondere mit einer geringen Scherbelastung, auftretende - Probleme bei der Dispersion beziehungsweise beim homogenen Einmischen von Kohlenstofffasern und/oder Kohlenstoffnanorohren gelöst werden. Durch eine Strahlmühle können Kohlenstofffasern und/oder
Kohlenstoffnanorohren besonders einfach eingemischt beziehungsweise dispergiert werden. Zum Beispiel kann die mindestens eine
Elektrodenkomponente Kohlenstofffasern mit einem durchschnittlichen
Durchmesser von << 1 μηη, üblicherweise von < 200 nm und/oder mit einer durchschnittlichen Partikellänge, beispielsweise Faserlänge und/oder
Röhrenlänge, in einem Bereich von > 2 μηη bis < 200 μηη, zum Beispiel von > 2 μηη bis < 20 μηη, und/oder Kohlenstoffnanorohren mit einem
durchschnittlichen Durchmesser von < 50 nm, beispielsweise in einem Bereich von > 0,3 nm bis < 50 nm, und/oder mit einer durchschnittlichen Partikellänge, beispielsweise mit einer durchschnittlichen Faserlänge und/oder Röhrenlänge, in einem Bereich von > 10 nm bis < 50 cm, zum Beispiel von > 10 nm bis < 20 μηη, umfassen oder daraus ausgebildet sein.
Insofern zusätzlich der bereits beschriebene mechanisch stabilisierende Effekt durch eine geringe durchschnittliche Partikellänge, beispielsweise Faserlänge und/oder Röhrenlänge, erzielt werden soll, kann die mindestens eine
Elektrodenkomponente beispielsweise Kohlenstofffasern mit einer
durchschnittlichen Partikellänge, beispielsweise mit einer durchschnittlichen Faserlänge und/oder Röhrenlänge, in einem Bereich von > 2 μηη bis < 10 μηη oder < 8 μηη oder < 6 μηη und/oder Kohlenstoffnanorohren mit einer
durchschnittlichen Partikellänge, beispielsweise mit einer durchschnittlichen Faserlänge und/oder Röhrenlänge, in einem Bereich von > 10 nm bis < 10 μηη oder < 8 μηη oder < 6 μηη umfassen beziehungsweise mit einer solchen eingesetzt werden. Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung dieser Ausführungsform umfasst die mindestens eine Elektrodenkomponente Graphen und/oder expandierten Graphit oder ist daraus ausgebildet. Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung dieser
Ausführungsform umfasst die mindestens eine Elektrodenkomponente mindestens einen Leitzusatz- Elektrodenaktivmaterial-Komposit, beispielsweise mindestens einen Leitzusatz-Anodenaktivmaterial-Komposit oder mindestes einen Leitzusatz- Kathodenaktivmaterial-Komposit, zum Beispiel mindestens einen Kohlenstoff- Elektrodenaktivmaterial-Komposit, wie mindestens einen
Kohlenstoff- Anodenaktivmaterial-Komposit oder mindestens einen Kohlenstoff- Kathodenaktivmaterial-Komposit, zum Beispiel mindestens einen Kohlenstoff- Metallphosphat- Komposit, insbesondere in Form von leitzusatzbeschichteten Elektrodenaktivmaterialpartikeln, beispielsweise in Form von
leitzusatzbeschichteten Anodenaktivmaterialpartikeln oder in Form von leitzusatzbeschichteten Kathodenaktivmaterialpartikeln, zum Beispiel in Form von kohlenstoffbeschichteten Elektrodenaktivmaterialpartikeln, wie in Form von kohlenstoffbeschichteten Anodenaktivmaterialpartikeln oder in Form von kohlenstoffbeschichteten Kathodenaktivmaterialpartikeln, zum Beispiel in Form von kohlenstoffbeschichteten Metallphosphatpartikeln, insbesondere mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von < 10 pm, beispielsweise von < 8 pm oder < 6 pm, zum Beispiel von < 4 pm oder < 2 pm oder < 1 pm. Derartige Komposite können als Leitzusatz verarbeitet werden, partiell als Aktivmaterial dienen und mechanisch stabil sein.
Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung dieser Ausführungsform umfasst die mindestens eine Elektrodenkomponente mindestens ein Leitmetall, zum Beispiel Silicium und/oder Zinn und/oder ein anderes Metall und/oder eine Legierung, beispielsweise in Form eines metallischen Pulvers, oder ist daraus ausgebildet.
Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform umfasst die mindestens eine weitere Elektrodenkomponente mindestens ein Elektrodenaktivmaterial, insbesondere zur Energiespeicherung, beispielsweise zur Speicherung von Lithium. Beispielsweise kann die mindestens eine weitere
Elektrodenkomponente mindestens ein Anodenaktivmaterial und/oder Kathodenaktivmaterial, zum Beispiel mindestens ein Interkalationsmaterial und/oder Insertionsmaterial und/oder Rekombinationsmaterial, beispielsweise mindestens ein Lithium- oder Natrium-Interkalations- und/oder -Insertions- und/oder -Rekombinationsmaterial, umfassen oder daraus ausgebildet sein.
Im Rahmen einer Ausgestaltung dieser Ausführungsform umfasst die mindestens eine weitere Elektrodenkomponente Interkalationsgraphit und/oder insertions- und/oder interkalationsfähigen, amorphen Kohlenstoff, beispielsweise Hard Carbons und/oder Soft Carbons, insbesondere als Anodenaktivmaterial, oder ist daraus ausgebildet. Dadurch, dass der relativ weiche, lagige Interkalationsgraphit in dem Misch prozess mit einer geringen Scherbelastung - und insbesondere nicht in dem Mischprozess mit einer hohen Scherbelastung - zugemischt wird, kann vorteilhafterweise verhindert werden, dass in dem Mischprozess mit einer hohen Scherbelastung, zum Beispiel durch eine Strahlmühle, die Partikelgröße des Interkalationsgraphits stark verkleinert und/oder der Interkalationsgraphit, zum Beispiel durch ein Auseinandergleiten von dessen Lagen, stark geschädigt wird.
Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung dieser Ausführungsform umfasst die mindestens eine weitere Elektrodenkomponente eine Speicherlegierung oder ist daraus ausgebildet. Insbesondere kann die mindestens eine weitere Elektrodenkomponente eine Lithium-Speicherlegierung, beispielsweise eine Silicium- und/oder Zinn-Legierung, umfassen oder daraus ausgebildet sein.
Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung dieser Ausführungsform umfasst die mindestens eine weitere Elektrodenkomponente mindestens ein Metalloxid und/oder -Phosphat oder ist daraus ausgebildet.
Beispielsweise kann die mindestens eine weitere Elektrodenkomponente
Siliciumoxid, insbesondere zur Ausbildung eines Anodenaktivmaterials oder als
Anodenaktivmaterial, und/oder mindestens ein Metalloxid, insbesondere mindestens ein Schichtoxid und/oder mindestens ein Spinell, beispielsweise mindestens ein Nickel- und/oder -Cobalt- und/oder -Mangan-Oxid, zum Beispiel Lithium-Nickel- und/oder -Cobalt- und/oder Mangan-Oxid, und/oder mindestens ein Metallphosphat, beispielsweise mindestens ein Eisen- und/oder -Mangan- und/oder -Cobalt-Phosphat, zum Beispiel mindestens ein Lithium-Eisen- und/oder -Mangan- und/oder -Cobalt-Phosphat, beispielsweise basierend auf der Formel: L1MPO4 mit M = Fe, Mn und/oder Co, insbesondere als
Kathodenaktivmaterial, umfassen oder daraus ausgebildet sein.
Grundsätzlich können die mindestens eine Elektrodenkomponente und/oder die mindestens eine weitere Elektrodenkomponente sphärische und/oder
asphärische Partikel umfassen oder daraus ausgebildet sein.
Alternativ oder zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Maßnahmen kann eine höhere mechanische Stabilität und/oder eine geringere Beeinträchtigung der Funktionalität der mindestens einen Elektrodenkomponente bezüglich der mindestens einen weiteren Elektrodenkomponente durch die jeweilige
Partikelform eingestellt werden.
Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform umfasst die mindestens eine Elektrodenkomponente sphärische Partikel beziehungsweise ist daraus ausgebildet. Beispielsweise kann die mindestens eine Elektrodenkomponente stabile und/oder kompakte, sphärische Partikel umfassen beziehungsweise daraus ausgebildet sein. Sphärische Partikel, wie zum Beispiel MCMB (Englisch: MesoCarbon MicroBeads), können eine höhere mechanische Stabilität als asphärische Partikel, beispielsweise plättchenförmige Graphite, wie Interkalationsgraphite, aufweisen.
Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform umfasst die mindestens eine weitere Elektrodenkomponente dementsprechend - beispielsweise insofern asphärische Partikel in dem Verfahren verwendet werden sollen - insbesondere aufgrund der wie bereits erläutert geringeren
mechanischen Belastung in dem Mischprozess mit einer geringen
Scherbelastung, asphärische Partikel.
Alternativ oder zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Maßnahmen kann eine höhere mechanische Stabilität und/oder eine geringere Beeinträchtigung der Funktionalität der mindestens einen Elektrodenkomponente bezüglich der mindestens einen weiteren Elektrodenkomponente durch den jeweiligen
Partikelaufbau eingestellt werden. Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform ist die mindestens eine Elektrodenkomponente daher frei von
oberflächenbeschichteten Partikeln und/oder Gradientenmaterialpartikeln. Zum Beispiel kann die mindestens eine Elektrodenkomponente frei von Partikeln mit einem Partikelkern und einer den Partikelkern umgebenden Partikelschale, so genannten Core-Shell-Partikeln, und/oder frei von Gradientenmaterialpartikeln sein. Dies kann insbesondere angewendet werden, wenn die
oberflächenbeschichteten Partikeln beziehungsweise die
Gradientenmaterialpartikel bekanntermaßen eine geringere mechanische Stabilität aufweisen. In dem Mischprozess mit einer hohen Scherbelastung können Oberflächenbeschichtungen auf Partikeln und/oder
Gradientenmaterialpartikel beschädigt und/oder zerstört werden. Daher kann es vorteilhaft sein, diese in dem Mischprozess mit einer geringen Scherbelastung einzumischen.
Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform umfasst daher die mindestens eine weitere Elektrodenkomponente
oberflächenbeschichtete Partikel, beispielsweise Partikel mit einem Partikelkern und einer den Partikelkern umgebenden Partikelschale, so genannte Core-Shell- Partikel, und/oder Gradientenmaterialpartikel.
Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform ist die mindestens eine Elektrodenkomponente frei von Elektrodenaktivmaterialien, insbesondere zur Energiespeicherung, beispielsweise zur Speicherung von Lithium, beispielsweise frei von Anodenaktivmaterialien und/oder frei von
Kathodenaktivmaterialien. Wie bereits erläutert wird in der Regel die
Funktionalität von Elektrodenaktivmaterialien durch eine hohe mechanische Belastung und/oder durch eine Zerkleinerung stärker beeinträchtigt als die Funktionalität von Leitzusätzen.
Einer Beschädigung und/oder Zerstörung von Oberflächenbeschichtungen auf Partikeln und/oder Gradientenmaterialpartikel und/oder einer
Funktionsbeeinträchtigung von Elektrodenaktivmaterialien kann jedoch gegebenenfalls - wie bereits erläutert - durch eine geringe durchschnittliche Partikelgröße und/oder eine geringe durchschnittliche Partikellänge,
beispielsweise eine geringe durchschnittliche Faserlänge und/oder Röhrenlänge, und/oder einen geringen durchschnittlichen Partikelebenendurchmesser, insbesondere von < 10 pm, beispielsweise von < 8 pm, zum Beispiel von < 6 pm, entgegen gewirkt werden. So können zum Beispiel gegebenenfalls Leitzusatz- Elektrodenaktivmaterial-Komposite, insbesondere in Form von
leitzusatzbeschichteten Elektrodenaktivmaterialpartikeln, zum Beispiel
Kohlenstoff- Metallphosphat- Komposite, beispielsweise in Form von
kohlenstoffbeschichteten Metallphosphatpartikeln, mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von < 10 pm, beispielsweise von < 6 pm, insbesondere von < 4 pm oder < 2 pm oder < 1 pm, in Mischprozessen mit einer hohen Scherbelastung mechanisch stabil sein.
Abgesehen von einer Abstufung der mechanischen Stabilität und/oder
Funktionalitätsbeeinträchtigung der mindestens einen Elektrodenkomponente bezüglich der mindestens einen weiteren Elektrodenkomponente mittels durchschnittlicher Partikelgröße und/oder durchschnittlicher Partikellänge, beispielsweise durchschnittlicher Faserlänge und/oder Röhrenlänge, und/oder durchschnittlichem Partikelebenendurchmesser und/oder mittels Funktion als Leitzusatz beziehungsweise als Elektrodenaktivmaterial und/oder mittels
Partikelform und/oder mittels Partikelaufbau kann - insbesondere bei
Elektrodenkomponenten welche eine oder mehrere gleiche der vorstehenden
Eigenschaften aufweisen - eine Abstufung der mechanischen Stabilität und/oder der Funktionalitätsbeeinträchtigung von unterschiedlichen
Elektrodenkomponenten schwierig sein und kann zum Beispiel, insbesondere lediglich, anhand von Versuchsreihen mit den zueinander abzustufenden Elektrodenkomponenten und mit den jeweilig einzusetzenden Mischertypen mit einer hohen Scherbelastung, zum Beispiel mit einer Strahlmühle oder einen anderen Mischer mit einer hohen Scherbelastung, und durch Untersuchung von unter vergleichbaren Mischbedingungen hergestellten Mischungen,
beispielsweise mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM) und/oder
Zellfunktionstests, ermittelt werden.
Der mindestens eine, insbesondere polymere, Binder kann beispielsweise mindestens ein lithiumionenleitfähiges oder lithiumionenleitendes Polymer, beispielsweise mindestens ein Polyalkylenoxid, zum Beispiel Polyethylenoxid (PEO), und/oder mindestens einen Polyester und/oder mindestens ein
Polyacrylat und/oder mindestens ein Polymethacrylat, beispielsweise Polymethylmethacrylat (PMMA), und/oder mindestens ein Polyacrylnitril und/oder mindestens ein fluoriertes und/oder unfluoriertes Polyolefin, beispielsweise Polyvinylidendifluorid (PvdF) und/oder Polytetrafluorethylen (PTFE, Teflon) und/oder Polyethylen (PE) und/oder Polypropylen (PP), und/oder ein Copolymer davon, beispielsweise Polyethylenoxid-Polystyrol-Copolymer (PEO-PS-
Copolymer) und/oder Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS), umfassen oder daraus ausgebildet sein.
Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform umfasst der mindestens eine, insbesondere polymere, Binder mindestens ein lithiumionenleitfähiges oder lithiumionenleitendes Polymer und/oder ein
Copolymer davon oder ist daraus ausgebildet. So kann vorteilhafterweise zusätzlich zu den bindenden Eigenschaften eine Lithiumionenleitfähigkeit innerhalb der Elektrode durch den mindestens einen Binder bereitgestellt werden. Zum Beispiel kann der mindestens eine, insbesondere polymere, Binder mindestens ein Polyalkylenoxid, beispielsweise Polyethylenoxid, und/oder mindestens einen Polyester und/oder mindestens ein Polyacrylat und/oder mindestens ein Polymethacrylat, beispielsweise Polymethylmethacrylat, und/oder mindestens ein Polyacrylnitril und/oder ein Copolymer davon, beispielsweise Polyethylenoxid-Polystyrol (PEO-PS-Copolymer) und/oder Acrylnitril-Butadien-
Styrol-Copolymer (ABS), umfassen oder daraus ausgebildet sein. Zum Beispiel kann der mindestens eine, insbesondere polymere, Binder mindestens ein Polyalkylenoxid, insbesondere Polyethylenoxid, und/oder ein Copolymer davon umfassen oder daraus ausgebildet sein.
Der mindestens eine Binder kann insbesondere in einer Menge eingesetzt werden, welche es gewährleistet, dass der mindestens eine Binder an alle Partikel der mindestens einen Elektrodenkomponente und der mindestens einen weiteren Elektrodenkomponente gleichermaßen anbinden kann. Dabei kann insbesondere eine komplette Bedeckung der Oberfläche der Partikel der mindestens einen Elektrodenkomponente und der mindestens einen weiteren Elektrodenkomponente vermieden werden. Vorzugsweise werden lediglich Punktkontakte zwischen dem mindestens einen Binder und Partikel der mindestens einen Elektrodenkomponente und der mindestens einen weiteren Elektrodenkomponente ausgebildet. So kann eine möglichst große für die eigentliche Speicherreaktion aktive Oberfläche erzielt werden. lm Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform werden, bezogen auf das Gesamtgewicht der Elektrodenkomponenten der Elektrode, > 0,1 Gew.-% bis < 10 Gew.-%, beispielsweise > 0,2 Gew.-% bis < 5 Gew.-%, von dem mindestens einen Binder eingesetzt. Dies hat sich zum
Erzielen einer gleichmäßigen Anbindung des mindestens einen Binders an alle Partikel der Elektrodenkomponenten in Form von Punktkontakten und damit zum Erzielen einer möglichst großen für die eigentliche Speicherreaktion aktiven Oberfläche als vorteilhaft erwiesen.
Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform werden, bezogen auf das Gesamtgewicht der Elektrodenkomponenten der Elektrode, > 0,1 Gew.-% bis < 50 Gew.-%, zum Beispiel > 0,1 Gew.-% bis
< 30 Gew.-%, beispielsweise > 0,25 Gew.-% bis < 20 Gew.-%, zum Beispiel > 0,5 Gew.-% bis < 15 Gew.-% oder < 10 Gew.-% oder < 5 Gew.-%, von der mindestens einen Elektrodenkomponente eingesetzt.
Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform werden, bezogen auf das Gesamtgewicht der Elektrodenkomponenten der Elektrode, > 0,1 Gew.-% bis < 98 Gew.-%, zum Beispiel > 0,1 Gew.-% bis
< 90 Gew.-%, beispielsweise > 0,1 Gew.-% bis < 80 Gew.-%, von der mindestens einen weiteren Elektrodenkomponente eingesetzt.
In dem Verfahren kann beispielsweise der mindestens eine Binder,
beispielsweise insofern zwei oder mehr verschiedene Binder eingesetzt werden sollen, und/oder die mindestens eine Elektrodenkomponente, beispielsweise insofern zwei oder mehr Elektrodenkomponenten in dem Mischprozess mit einer hohen Scherbelastung eingesetzt werden sollen, in mehreren Stufen zugegeben werden. Zum Beispiel kann in dem Mischprozess mit einer hohen
Scherbelastung, insbesondere in Verfahrensschritt a), zuerst ein erster Binder und dann ein oder mehr weitere Binder zugegeben und mit der mindestens einen Elektrodenkomponente vermischt werden und/oder zu dem mindestens einen Binder zuerst eine erste Elektrodenkomponente von der mindestens einen Elektrodenkomponente und dann eine zweite Elektrodenkomponente von der mindestens einen Elektrodenkomponente zugegeben und vermischt werden. lm Rahmen einer weiteren Ausführungsform wird jedoch, insbesondere in Verfahrensschritt a), durch einen ersten Mischprozess mit einer hohen
Scherbelastung mindestens ein erster Binder und (die) mindestens eine
Elektrodenkomponente zu einer ersten, fibrillierten Binder enthaltenden
Mischung und durch zumindest einen zweiten Mischprozess mit einer hohen
Scherbelastung mindestens ein zweiter Binder und (die) mindestens eine Elektrodenkomponente, welche beispielsweise gleich oder unterschiedlich zu der im ersten Mischprozess verwendeten mindestens einen Elektrodenkomponente sein kann, zu zumindest einer zweiten, fibrillierten Binder enthaltenden Mischung vermischt. Dies kann sich vorteilhaft auf die Binder- Fibrillierung und/oder die
Binder- Elektrodenkomponenten-Durchmischung auswirken.
Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform wird, insbesondere in Verfahrensschritt a), durch einen ersten Mischprozess mit einer hohen Scherbelastung (der) mindestens ein Binder, gegebenenfalls mindestens ein erster Binder, und eine erste Elektrodenkomponente von der mindestens einen Elektrodenkomponente zu einer ersten, fibrillierten Binder enthaltenden Mischung und durch zumindest einen zweiten Mischprozess mit einer hohen Scherbelastung (der) mindestens ein Binder, welcher beispielsweise gleich oder unterschiedlich zu dem im ersten Mischprozess verwendeten mindestens einen
Binder sein kann, zum Beispiel mindestens ein zweiter Binder, und eine zweite Elektrodenkomponente von der mindestens einen Elektrodenkomponente zu zumindest einer zweiten, fibrillierten Binder enthaltenden Mischung vermischt. Dies kann sich vorteilhaft auf die Binder-Elektrodenkomponenten-Durchmischung und/oder die Binder- Fibrillierung auswirken.
Im Rahmen der vorstehenden Ausführungsformen können dann die erste und zweite, fibrillierten Binder enthaltende Mischung, insbesondere in
Verfahrensschritt b), mit (der) mindestens einen weiteren Elektrodenkomponente durch den Mischprozess mit einer geringen Scherbelastung vermischt werden.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist das Verfahren zur Herstellung einer Anode ausgelegt. Dabei kann die mindestens eine weitere
Elektrodenkomponente insbesondere mindestens ein Anodenaktivmaterial, beispielsweise Interkalationsgraphit und/oder insertions- und/oder
interkalationsfähigen, amorphen Kohlenstoff, beispielsweise Hard Carbons und/oder Soft Carbons, und/oder eine Speicherlegierung, zum Beispiel eine Lithium-Speicherlegierung, beispielsweise eine Silicium- und/oder -Zinn- Legierung, und/oder ein Metalloxid, insbesondere Siliciumoxid, umfassen oder daraus ausgebildet sein. Bezogen auf das Gesamtgewicht der
Elektrodenkomponenten der Anode, können beispielsweise > 80 Gew.-%, gegebenenfalls > 90 Gew.-%, von dem mindestens einen Anodenaktivmaterial eingesetzt werden.
Im Rahmen einer Ausgestaltung dieser Ausführungsform werden, bezogen auf das Gesamtgewicht der Elektrodenkomponenten der Anode, insbesondere in Form der mindestens einen Elektrodenkomponente, > 5 Gew.-% bis < 10 Gew.- % von dem mindestens einen Leitkohlenstoff, beispielsweise amorphem
Leitkohlenstoff, insbesondere Leitruß, und/oder Leitgraphit und/oder
Kohlenstofffasern und/oder Kohlenstoffnanoröhren und/oder Graphen und/oder expandiertem Graphit, und/oder > 5 Gew.-% bis < 10 Gew.-% von dem mindestens einen Leitmetall eingesetzt.
Dabei können in einem ersten Mischprozess mit einer hohen Scherbelastung der mindestens eine Binder und der mindestens eine Leitkohlenstoff, beispielsweise in Form von Leitruß, zu einer ersten fibrillierten Binder enthaltenden Mischung und in einem zweiten Mischprozess mit einer hohen Scherbelastung der mindestens eine Binder und das mindestens eine Leitmetall zu einer zweiten fibrillierten Binder enthaltenden Mischung vermischt werden.
Die erste fibrillierten Binder enthaltende Mischung und die zweite fibrillierten Binder enthaltende Mischung können dann durch den Mischprozess mit einer geringen Scherbelastung mit dem mindestens einen Anodenaktivmaterial, beispielsweise mit Interkalationsgraphit und/oder mit insertions- und/oder interkalationsfahigem, amorphem Kohlenstoff, beispielsweise mit Hard Carbons und/oder Soft Carbons, und/oder mit einer Speicherlegierung, zum Beispiel mit einer Lithium-Speicherlegierung, beispielsweise mit einer Silicium- und/oder - Zinn-Legierung, und/oder mit einem Metalloxid, insbesondere Siliciumoxid, vermischt werden. Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist das Verfahren zur Herstellung einer Kathode ausgelegt. Dabei kann die mindestens eine weitere Elektrodenkomponente insbesondere mindestens ein Kathodenaktivmaterial, beispielsweise mindestens ein Metalloxid und/oder -Phosphat, zum Beispiel mindestens ein Metalloxid, insbesondere mindestens ein Schichtoxid und/oder mindestens ein Spinell, beispielsweise mindestens ein Nickel- und/oder -Cobalt- und/oder -Mangan-Oxid, zum Beispiel Lithium-Nickel- und/oder -Cobalt- und/oder Mangan-Oxid, und/oder mindestens ein Metallphosphat, beispielsweise mindestens ein Eisen- und/oder -Mangan- und/oder -Cobalt-Phosphat, zum Beispiel mindestens ein Lithium-Eisen- und/oder -Mangan- und/oder -Cobalt- Phosphat, beispielsweise basierend auf der Formel: L1M PO4 mit M = Fe, Mn und/oder Co, umfassen oder daraus ausgebildet sein. Bezogen auf das
Gesamtgewicht der Elektrodenkomponenten der Kathode, können beispielsweise
> 80 Gew.-%, gegebenenfalls > 90 Gew.-%, von der mindestens einen weiteren Elektrodenkomponente, insbesondere von dem mindestens einen
Kathodenaktivmaterial, eingesetzt werden. Die mindestens eine weitere
Elektrodenkomponente, insbesondere das mindestens eine
Kathodenaktivmaterial, kann dabei beispielsweise eine durchschnittliche
Partikelgröße, beispielsweise Primärpartikelgröße, in einem Bereich von > 10 μηη bis < 20 μηη, aufweisen.
Die mindestens eine Elektrodenkomponente kann dabei beispielsweise mindestens einen Leitkohlenstoff, zum Beispiel Leitgraphit und/oder Leitruß, umfassen oder sein.
Im Rahmen einer Ausgestaltung dieser Ausführungsform werden, bezogen auf das Gesamtgewicht der Elektrodenkomponenten der Kathode, > 0,25 Gew.-% bis < 20 Gew.-%, beispielsweise > 0,5 Gew.-% bis < 10 Gew.-%, insbesondere
> 0,5 Gew.-% bis < 5 Gew.-%, von der mindestens einen Elektrodenkomponente, beispielsweise von dem mindestens einen Leitkohlenstoff, zum Beispiel
Leitgraphit und/oder Leitruß, eingesetzt.
Im Rahmen einer weiteren, speziellen Ausgestaltung dieser Ausführungsform umfasst die mindestens eine weitere Elektrodenkomponente, insbesondere das mindestens eine Kathodenaktivmaterial, mindestens ein Metalloxid,
beispielsweise mindestens ein Schichtoxid und/oder mindestens ein Spinell, zum Beispiel mindestens ein Nickel- und/oder -Cobalt- und/oder -Mangan-Oxid, beispielsweise Lithium-Nickel- und/oder -Cobalt- und/oder Mangan-Oxid, oder ist daraus ausgebildet. Auch hierbei kann die mindestens eine weitere
Elektrodenkomponente, insbesondere das mindestens eine
Kathodenaktivmaterial, beispielsweise eine durchschnittliche Partikelgröße, beispielsweise Primärpartikelgröße, in einem Bereich von > 10 μηη bis < 20 μηη, aufweisen. Bezogen auf das Gesamtgewicht der Elektrodenkomponenten der
Kathode, können zum Beispiel > 50 Gew.-%, beispielsweise > 70 Gew.-% oder > 80 Gew.-% oder > 85 Gew.-%, gegebenenfalls > 90 Gew.-%, von der mindestens einen weiteren Elektrodenkomponente, beispielsweise von dem mindestens einen Metalloxid, eingesetzt werden.
Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen, speziellen
Ausgestaltung dieser Ausführungsform umfasst die mindestens eine
Elektrodenkomponente mindestens einen Leitzusatz, beispielsweise mindestens einen Leitkohlenstoff, zum Beispiel Leitgraphit und/oder Leitruß, und/oder mindestens ein Metallphosphat, beispielsweise mindestens ein Eisen- und/oder -
Mangan- und/oder -Cobalt-Phosphat, zum Beispiel mindestens ein Lithium- Eisen- und/oder -Mangan- und/oder -Cobalt-Phosphat, beispielsweise basierend auf der Formel: LiMPC mit M = Fe, Mn und/oder Co, beispielsweise mit einer durchschnittlichen Partikelgröße, beispielsweise Primärpartikelgröße, von < 10 μηη oder < 8 μηη oder < 6 μηη, beispielsweise von < 4 μηη, zum Beispiel von
< 2 μηη oder < 1 μηη, und/oder mindestens einen Leitzusatz- Kathodenaktivmaterial-Komposit, beispielsweise mindestens einen Kohlenstoff- Kathodenaktivmaterial-Komposit, zum Beispiel mindestens einen Kohlenstoff- Metallphosphat- Komposit, beispielsweise in Form von leitzusatzbeschichteten, zum Beispiel kohlenstoffbeschichteten, Kathodenaktivmaterialpartikeln, zum
Beispiel in Form von kohlenstoffbeschichteten Metallphosphatpartikeln, beispielsweise mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von < 10 μηη oder
< 8 μηη oder < 6 μηη, zum Beispiel von < 4 μηη oder < 2 μηη oder < 1 μηη, oder ist daraus ausgebildet sein.
Bezogen auf das Gesamtgewicht der Elektrodenkomponenten der Kathode, können zum Beispiel > 0,1 Gew.-% bis < 50 Gew.-%, beispielsweise > 0,1 Gew.- % bis < 30 Gew.-%, insbesondere > 0,5 Gew.-% bis < 15 Gew.-%, von der mindestens einen Elektrodenkomponente, beispielsweise von dem mindestens einen Leitzusatz, beispielsweise Leitkohlenstoff, zum Beispiel Leitgraphit und/oder Leitruß und/oder von dem mindestens einen Metallphosphat und/oder von der Kombination daraus, insbesondere von dem mindestens einen
Leitzusatz- Kathodenaktivmaterial-Komposit, beispielsweise von dem mindestens einen Kohlenstoff- Kathodenaktivmaterial-Komposit, zum Beispiel von dem mindestens einen Kohlenstoff- Metallphosphat- Komposit, beispielsweise in Form von leitzusatzbeschichteten, zum Beispiel kohlenstoffbeschichteten,
Kathodenaktivmaterialpartikeln, zum Beispiel in Form von
kohlenstoffbeschichteten Metallphosphatpartikeln, beispielsweise mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von < 10 μηη oder < 8 μηη oder < 6 μηη, beispielsweise von < 4 μηη, insbesondere von < 2 μηη oder < 1 μηη, eingesetzt werden.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform werden in einem, dem
Mischprozess mit einer hohen Scherbelastung vorgeschalteten Vormischprozess mit einer geringen Scherbelastung der mindestens eine Binder und die mindestens eine Elektrodenkomponente zu einer Vormischung vermischt, welche dann in dem Mischprozess mit einer hohen Scherbelastung, insbesondere in Verfahrensschritt a), zu der den fibrillierten Binder enthaltenden Mischung vermischt werden. Der Vormischprozess kann insbesondere in einem, dem Verfahrensschritt a) vorgeschalteten Verfahrensschritt aO) durchgeführt werden.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform erfolgt der Mischprozess mit einer geringen Scherbelastung und/oder der Vormischprozess mit einer geringen Scherbelastung durch einen Freifall-Mischer und/oder durch einen auf dem Prinzip von, beispielsweise durch Dehnströmungen und/oder Rohrerweiterungen verursachten, Turbulenzen basierenden Mischer und/oder durch einen Kneter und/oder durch einen Extruder und/oder durch einen Pflugschar- und/oder Schaufelmischer (Paddel-Mischer) und/oder durch einen Trommelmischer beziehungsweise wird damit durchgeführt. Derartige Mischaggregate können vorteilhafterweise eine geringe Scherbelastung, beispielsweise eine geringere Scherbelastung als eine Strahlmühle und/oder ein Drei-Walzen-Stuhl und/oder durch ein Zwei-Schnecken-Extruder, insbesondere eine geringere
Scherbelastung als eine Strahlmühle, auf die Elektrodenkomponenten ausüben. Speziell bei auf dem Prinzip von Turbulenzen basierenden Mischern kann vorteilhafterweise lediglich eine geringe Materialbelastung auftreten,
beispielsweise da keine Einbauten erforderlich sind und/oder keine
„Kontaktmischung" stattfindet. lm Rahmen einer weiteren Ausführungsform wird, beispielsweise in einem dem Verfahrensschritt b) nachgeschalteten Verfahrensschritt c), aus der Mischung, insbesondere aus Verfahrensschritt b), welche den mindestens einen fibrillierten Binder, die mindestens eine Elektrodenkomponente und die mindestens eine weitere Elektrodenkomponente enthält, beispielsweise durch einen trockenen Herstellungsprozess und/oder durch Beschichten, zum Beispiel durch
Trockenbeschichten, beispielsweise eines Stromableiters oder eines
Trägersubstrats, eine Elektrode, insbesondere eine Anode und/oder Kathode, ausgebildet. Aus dieser Mischung kann beispielsweise eine Elektrode, zum Beispiel in Form eines Films, beispielsweise mit definierter Porosität und/oder definierter Dicke, ausgebildet werden. Der Stromableiter kann beispielsweise eine metallische Ableiterfolie oder ein anders gearteter Stromableiter, zum Beispiel ein Streckmetall, ein Netz, ein Metallgeflecht, ein metallisiertes Gewebe und/oder eine gelochte oder gestochene oder in anderer Weise geeignet vorbereitete Folie, sein.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Elektrode, der erfindungsgemäßen Zelle sowie auf die Figur und die Figurenbeschreibung verwiesen.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Elektrode, beispielsweise eine Anode und/oder Kathode, welche durch ein erfindungsgemäßes Verfahren hergestellt ist.
Eine mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Elektrode, beispielsweise Anode und/oder Kathode, kann zum Beispiel mittels
Rasterelektronenmikroskopie (REM) untersucht und beispielsweise anhand einer Schädigung der einzelnen Komponenten nachgewiesen werden.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Elektrode wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, der erfindungsgemäßen Zelle sowie auf die Figur und die Figurenbeschreibung verwiesen. Ferner betrifft die Erfindung eine elektrochemische Zelle, insbesondere eine Batteriezelle, beispielsweise eine Lithium-Zelle oder eine Natrium-Zelle oder eine Metall- Luft-Zelle, zum Beispiel eine Lithium-Ionen-Zelle und/oder Lithium-Metall-
Zelle oder eine Natrium-Ionen-Zelle, insbesondere eine Lithium-Zelle, zum Beispiel eine Lithium-Ionen-Zelle und/oder Lithium-Metall-Zelle, welche mindestens eine erfindungsgemäße beziehungsweise erfindungsgemäß hergestellte Elektrode umfasst.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Zelle wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, der erfindungsgemäßen Elektrode sowie auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.
Zeichnung
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnung veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnung nur beschreibenden Charakter hat und nicht dazu gedacht ist, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigt Fig. 1 ein schematisches Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens.
Figur 1 veranschaulicht eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens zur Herstellung einer Elektrode, insbesondere einer Anode oder einer Kathode, für eine elektrochemische Zelle, insbesondere für eine Batteriezelle, beispielsweise für eine Lithium-Zelle.
Figur 1 zeigt, dass gegebenenfalls zunächst in einem optionalen vorgeschalteten Verfahrensschritt aO) in einem Vormischprozess mit einer geringen
Scherbelastung mindestens ein Binder B und mindestens eine
Elektrodenkomponente E1 zu einer Vormischung B+E1 vermischt werden. Der mindestens eine Binder B kann zum Beispiel mindestens ein lithiumionenleitfähiges oder lithiumionenleitendes Polymer, wie Polyethylenoxid (PEO) und/oder Polymethylmethacrylat (PMMA), und/oder mindestens ein fluoriertes und/oder unfluoriertes Polyolefin, wie Polyvinylidendifluorid (PVDF) und/oder Polytetrafluorethylen (PTFE) und/oder Polyethylen (PE) und/oder
Polypropylen (PP), und/oder ein Copolymer davon umfassen.
Fig. 1 zeigt weiterhin, dass in einem Verfahrensschritt a) der mindestens eine Binder B und die mindestens eine Elektrodenkomponente E1 , gegebenenfalls in Form der Vormischung aus dem optionalen vorgeschalteten Verfahrensschritt aO), in einem Mischprozess mit einer hohen Scherbelastung zu einer fibrillierten Binder enthaltenden Mischung fB+E1 vermischt werden. Der Mischprozess mit einer hohen Scherrate kann beispielsweise durch eine Strahlmühle erfolgen. Darüber hinaus zeigt Figur 1, dass in einem Verfahrensschritt b) zu der den fibrillierten Binder enthaltenden Mischung fB+E1 aus Verfahrensschritt a) mindestens eine weitere Elektrodenkomponente E2 durch einen Mischprozess mit einer geringen Scherbelastung zugemischt wird. Die mindestens eine Elektrodenkomponente E1 kann, insbesondere in dem
Mischprozess mit einer hohen Scherbelastung, mechanisch stabiler als die mindestens eine weitere Elektrodenkomponente E2 sein und/oder die
Funktionalität der mindestens einen Elektrodenkomponente El kann durch den Mischprozess mit einer hohen Scherbelastung und/oder durch eine
Zerkleinerung weniger beeinträchtigt werden als die Funktionalität der mindestens einen weiteren Elektrodenkomponente E2.
Zum Beispiel kann die mindestens eine Elektrodenkomponente E1 eine durchschnittliche Partikelgröße beziehungsweise eine durchschnittliche
Partikellänge beziehungsweise einen durchschnittlichen
Partikelebenendurchmesser von < 10 μηη, beispielsweise in einem Bereich von > 4 μηη bis < 6 μηη, aufweisen. Es hat sich herausgestellt, dass derartig kleine Partikel in einem Mischprozess mit einer hohen Scherbelastung, beispielsweise in einer Strahlmühle, nur wenig beziehungsweise nicht weiter zerkleinert werden und somit in diesem quasi mechanisch stabil sind. Die mindestens eine weitere
Elektrodenkomponente E2 kann demgegenüber eine größere durchschnittliche Partikelgröße beziehungsweise eine größere durchschnittliche Partikellänge beziehungsweise einen größeren durchschnittlichen Partikelebenendurchmesser, beispielsweise von > 10 μηη, zum Beispiel in einem Bereich von > 10 μηη bis < 20 μηη, aufweisen und damit in einem Mischprozess mit einer hohen
Scherbelastung, beispielsweise in einer Strahlmühle, vergleichsweise
mechanisch empfindlich beziehungsweise instabil sein.
Oder zum Beispiel kann die mindestens eine Elektrodenkomponente E1 mindestens einen Leitzusatz, beispielsweise mindestens einen Leitkohlenstoff, wie Leitgraphit und/oder amorphen Leitkohlenstoff, wie Leitruß, und/oder
Kohlenstofffasern und/oder Kohlenstoffnanoröhren und/oder Graphen und/oder expandierten Graphit, und/oder mindestens ein Leitmetall, und die mindestens eine weitere Elektrodenkomponente E2 mindestens ein Elektrodenaktivmaterial, beispielsweise mindestens ein Anodenaktivmaterial, oder Kathodenaktivmaterial, zum Beispiel mindestens ein Interkalationsmaterial und/oder Insertionsmaterial und/oder Rekombinationsmaterial, umfassen. Die Funktionalität von Leitzusätzen wird durch eine Zerkleinerung in einem Mischprozess mit einer hohen
Scherbelastung deutlich weniger beeinträchtigt als beispielsweise die
Funktionalität von Elektrodenaktivmaterialien, wie Anodenaktivmaterialien oder Kathodenaktivmaterialien, zum Beispiel Interkalationsmaterialien und/oder
Insertionsmaterialien und/oder Rekombinationsmaterialien.
Oder die mindestens eine Elektrodenkomponente E1 kann zum Beispiel frei von oberflächenbeschichteten Partikel und/oder frei von Gradientenmaterialpartikeln sein, wohingegen die mindestens eine weitere Elektrodenkomponente E2 oberflächenbeschichtete Partikel und/oder Gradientenmaterialpartikel umfassen kann. In einem Mischprozess mit einer hohen Scherbelastung, beispielsweise in einer Strahlmühle, können Gradientenmaterialpartikel und/oder die
Oberflächenbeschichtung von oberflächenbeschichteten Partikeln beschädigt und/oder zerstört werden, wodurch deren Funktionalität beeinträchtigt werden kann.
Ferner zeigt Figur 1, dass in einem Verfahrensschritt c) aus der Mischung fB+E1 +E2 aus Verfahrensschritt b), welche den mindestens einen fibrillierten Binder fB, die mindestens eine Elektrodenkomponente E1 und die mindestens eine weitere Elektrodenkomponente E2 enthält, beispielsweise durch einen trockenen Herstellungsprozess und/oder durch Beschichten, zum Beispiel durch Trockenbeschichten, eine Elektrode E ausgebildet wird.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Elektrode (E) für eine elektrochemische Zelle, insbesondere für eine Batteriezelle, beispielsweise für eine Lithium- Zelle, in dem
- mindestens ein Binder (B) und mindestens eine Elektrodenkomponente (E1 ) durch einen Mischprozess mit einer hohen Scherbelastung zu einer fibrillierten Binder enthaltenden Mischung (fB+E1 ) vermischt werden, und
- zu der den fibrillierten Binder enthaltenden Mischung (fB+E1 ) mindestens eine weitere Elektrodenkomponente (E2) durch einen Mischprozess mit einer geringen Scherbelastung zugemischt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die mindestens eine
Elektrodenkomponente (E1 ), insbesondere in dem Mischprozess mit einer hohen Scherbelastung, mechanisch stabiler als die mindestens eine weitere Elektrodenkomponente (E2) ist und/oder wobei die Funktionalität der mindestens einen Elektrodenkomponente (El) durch den Mischprozess mit einer hohen Scherbelastung und/oder durch Zerkleinerung weniger beeinträchtigt wird als die Funktionalität der mindestens einen weiteren Elektrodenkomponente (E2).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mindestens eine
Elektrodenkomponente (E1 ) mit einer durchschnittlichen Partikelgröße oder mit einer durchschnittlichen Partikellänge oder mit einem durchschnittlichen Partikelebenendurchmesser von < 10 μηη, insbesondere von < 6 μηη, eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die mindestens eine Elektrodenkomponente (E1 ) mit einer durchschnittlichen Partikelgröße oder mit einer durchschnittliche Partikellänge oder mit einem durchschnittlichen Partikelebenendurchmesser in einem Bereich von > 0,01 μηη bis < 6 μηη, insbesondere in einem Bereich von > 4 μηη bis < 6 μηη, eingesetzt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die mindestens eine weitere Elektrodenkomponente (E2) mit einer größeren durchschnittlichen Partikelgröße oder mit einer größeren durchschnittliche Partikellänge oder mit einem größeren durchschnittlichen Partikelebenendurchmesser als die mindestens eine Elektrodenkomponente (E1 ) eingesetzt wird,
insbesondere wobei die mindestens eine weitere Elektrodenkomponente (E2) mit einer durchschnittlichen Partikelgröße oder mit einer
durchschnittlichen Partikellänge oder mit einem durchschnittlichen
Partikelebenendurchmesser von > 10 μηη oder > 6 μηη eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die mindestens eine Elektrodenkomponente (E1 ) mindestens einen Leitzusatz, insbesondere mindestens einen Leitkohlenstoff und/oder mindestens ein Leitmetall, umfasst oder daraus ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die mindestens eine Elektrodenkomponente (E1 )
- Leitgraphit und/oder
- amorphen Leitkohlenstoff in Form von unporösen Kohlenstoffpartikeln, insbesondere Leitruß, und/oder
- Kohlenstofffasern, und/oder
- Kohlenstoffnanoröhren, und/oder
- Graphen und/oder expandierten Graphit und/oder
- mindestens ein Leitmetall, und/oder
- mindestens einen Leitzusatz- Elektrodenaktivmaterial- Komposit, insbesondere mindestens einen Kohlenstoff- Metallphosphat- Komposit, umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die mindestens eine weitere Elektrodenkomponente (E2) mindestens ein
Elektrodenaktivmaterial, insbesondere mindestens ein Anodenaktivmaterial oder mindestens ein Kathodenaktivmaterial, beispielsweise mindestens ein Interkalationsmaterial und/oder Insertionsmaterial und/oder
Rekombinationsmaterial, umfasst. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die mindestens eine weitere Elektrodenkomponente (E2)
- Interkalationsgraphit und/oder insertions- und/oder interkalationsfähigen, amorphen Kohlenstoff, insbesondere Hard Carbons und/oder Soft Carbons, und/oder
- mindestens eine Speicherlegierung, und/oder
- mindestens ein Metalloxid und/oder -Phosphat, insbesondere
Siliciumoxid und/oder mindestens ein Schichtoxid und/oder mindestens einen Spinell und/oder mindestens ein Metallphosphat,
umfasst.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die mindestens eine Elektrodenkomponente (E1 ) sphärische Partikel umfasst. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
wobei die mindestens eine Elektrodenkomponente (E1 ) frei von
Elektrodenaktivmaterialien, insbesondere frei von Anodenaktivmaterialien oder frei von Kathodenaktivmaterialien, und/oder frei von
oberflächenbeschichteten Partikeln und/oder frei von
Gradientenmaterialpartikeln ist, und/oder
wobei die mindestens eine weitere Elektrodenkomponente (E2)
oberflächenbeschichtete Partikel und/oder Gradientenmaterialpartikel umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , wobei der Mischprozess mit einer hohen Scherrate durch eine Strahlmühle durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der mindestens eine Binder (B) mindestens ein lithiumionenleitfähiges oder
lithiumionenleitendes Polymer und/oder ein Copolymer davon,
insbesondere Polyethylenoxid und/oder ein Copolymer davon, umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei, bezogen auf das Gesamtgewicht der Elektrodenkomponenten (E1,E2) der Elektrode, - > 0,1 Gew.-% bis < 10 Gew.-% von dem mindestens einen Binder (B), und/oder - > 0,1 Gew.-% bis < 50 Gew.-% von der mindestens einen
Elektrodenkomponente (E1 ), und/oder
- > 0,1 Gew.-% bis < 98 Gew.-% von der mindestens einen weiteren
Elektrodenkomponente (E2),
eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei
- durch einen ersten Mischprozess mit einer hohen Scherbelastung mindestens ein erster Binder und mindestens eine Elektrodenkomponente zu einer ersten, fibrillierten Binder enthaltenden Mischung vermischt werden und
- durch zumindest einen zweiten Mischprozess mit einer hohen Scherbelastung mindestens ein zweiter Binder und mindestens eine Elektrodenkomponente zu zumindest einer zweiten, fibrillierten Binder enthaltenden Mischung vermischt werden, und/oder
- durch einen ersten Mischprozess mit einer hohen Scherbelastung mindestens ein Binder und eine erste Elektrodenkomponente von der mindestens einen Elektrodenkomponente zu einer ersten, fibrillierten Binder enthaltenden Mischung vermischt werden und
- durch zumindest einen zweiten Mischprozess mit einer hohen Scherbelastung mindestens ein Binder und eine zweite Elektrodenkomponente von der mindestens einen Elektrodenkomponente zu zumindest einer zweiten, fibrillierten Binder enthaltenden Mischung vermischt werden, und
- die erste und zweite, fibrillierten Binder enthaltende Mischung mit der mindestens einen weiteren Elektrodenkomponente durch den Mischprozess mit einer geringen Scherbelastung vermischt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das Verfahren zur Herstellung einer Anode ausgelegt ist, wobei die mindestens eine weitere Elektrodenkomponente (E2) mindestens ein Anodenaktivmaterial, insbesondere Interkalationsgraphit und/oder insertions- und/oder interkalationsfähigen, amorphen Kohlenstoff, insbesondere Hard Carbons und/oder Soft Carbons, und/oder eine Speicherlegierung und/oder ein Metalloxid, insbesondere Siliciumoxid, umfasst.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei das Verfahren zur Herstellung einer Kathode ausgelegt ist, wobei die mindestens eine weitere Elektrodenkomponente (E2) mindestens ein Kathodenaktivmaterial, insbesondere mindestens ein Metalloxid und/oder -Phosphat, insbesondere mindestens ein Schichtoxid und/oder mindestens einen Spinell und/oder mindestens ein Metallphosphat, umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei in einem, dem Mischprozess mit einer hohen Scherbelastung vorgeschalteten
Vormischprozess mit einer geringen Scherbelastung der mindestens eine Binder (B) und die mindestens eine Elektrodenkomponente (E1 ) zu einer Vormischung (B+E1 ) vermischt werden, welche (B+E1 ) dann in dem Mischprozess mit einer hohen Scherbelastung zu der den fibrillierten Binder enthaltenden Mischung (fB+E1 ) vermischt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei der Mischprozess mit einer geringen Scherbelastung und/oder der Vormischprozess mit einer geringen Scherbelastung durch einen Freifall-Mischer und/oder durch einen auf dem Prinzip von Turbulenzen basierenden Mischer und/oder durch einen Kneter und/oder durch einen Extruder und/oder durch einen
Pflugschar- und/oder Schaufelmischer und/oder durch einen
Trommelmischer durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei aus der Mischung (fB+E1 +E2), welche den mindestens einen fibrillierten Binder, die mindestens eine Elektrodenkomponente (E1 ) und die mindestens eine weitere Elektrodenkomponente (E2) enthält, insbesondere durch einen trockenen Herstellungsprozess und/oder durch Beschichten, beispielsweise durch Trockenbeschichten, eine Elektrode (E) ausgebildet wird.
Elektrode, insbesondere Anode oder Kathode, hergestellt durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20.
22. Elektrochemische Zelle, insbesondere Batteriezelle, beispielsweise
Lithium-Zelle, umfassend mindestens eine Elektrode nach Anspruch 21.
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