EP4402732A1 - Verfahren zur herstellung einer elektrode einer festkörper-batteriezelle - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer elektrode einer festkörper-batteriezelle

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EP4402732A1
EP4402732A1 EP22789875.6A EP22789875A EP4402732A1 EP 4402732 A1 EP4402732 A1 EP 4402732A1 EP 22789875 A EP22789875 A EP 22789875A EP 4402732 A1 EP4402732 A1 EP 4402732A1
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EP
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electrode
base body
copolymer
battery cell
active material
Prior art date
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Application number
EP22789875.6A
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English (en)
French (fr)
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Sven Schopf
Kartik Jamadar
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Powerco SE
Original Assignee
Volkswagen AG
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Publication date
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the invention relates to a method for producing an electrode of a solid-state battery cell.
  • the term solid-state battery cell is also included below by the term battery cell.
  • Batteries in particular lithium-ion batteries, are increasingly being used to drive motor vehicles.
  • a motor vehicle has an electric machine for driving the motor vehicle, wherein the electric machine can be driven by the electrical energy stored in the battery cell.
  • Batteries are typically assembled from battery cells, each battery cell having a stack of anode, cathode and separator sheets. At least some of the anode and cathode sheets are designed as current collectors to divert the current provided by the cell to a consumer arranged outside the cell.
  • Battery cells with liquid or solid electrolytes (solid-state battery) are known.
  • the electrode described here is used in a solid-state battery cell (ASS battery cell; all-solid-state battery cell and polymer gel battery cell), which therefore only comprises solid components (semisolid electrolytes included, e.g. polymers, i.e. also a solid or gel-like electrolytes and therefore no liquid electrolytes).
  • solid or gel-like electrolytes are arranged both as ion-conducting separators between the electrodes and for ion conduction within the electrodes.
  • These separators usually consist of ceramic materials or polymer, glass or
  • a solid-state battery cell comprises, in particular, a gas-tight housing and arranged therein at least one stack of electrode foils or layers arranged one on top of the other, also referred to as electrodes.
  • the housing can be designed as a dimensionally stable housing (prismatic cell) or at least partially made of an elastically deformable film material (pouch cell). A combination of both housing types is also possible.
  • a carrier material in particular a strip-shaped carrier material, e.g. B. a carrier film, coated on one side or both sides at least partially with an active material (in particular additionally comprising the solid electrolyte, a gel-like electrolyte is optionally provided later).
  • the current conductors (conductor lugs) formed on the electrode are formed in particular by uncoated areas of the carrier material.
  • the carrier material includes z. B.
  • Copper a copper alloy, aluminum or an aluminum alloy.
  • the coating of active material produced in this way is initially porous.
  • the porosity is reduced by calendering because the coating is compressed here. Compression is necessary in order to increase specific capacity (based on volume) and electrical conductivity, or to ensure charge transport through materials in the active material that are in contact with one another.
  • the active material of a solid-state battery cell is compressed during calendering to a porosity of less than 1%, with gel-type electrolytes in particular a greater porosity is reserved.
  • the porosity is reduced by between 20% and 50% as a result of the calendering.
  • the calendering process is similar to the rolling process.
  • the active material is subjected to a calendering force and compressed in a deformation zone.
  • a calender comprises a plurality of rolls which form at least one gap through which the electrode is conveyed along a conveying direction.
  • Polymer electrolytes intended for lithium cell applications can be divided into two main categories:
  • the first-mentioned polymer electrolytes are usually referred to as solid polymer electrolytes (SPE), the second as gel polymer electrolytes (GPE - gel polymer electrolytes). Because of the poor ionic conductivity at room temperature, SPEs have little prospect of application. GPEs, on the other hand, have proven to be proven to be much more practicable, and second-generation lithium-ion cells (like all-solid-state batteries) are already being manufactured with these novel electrolytes.
  • SPE solid polymer electrolytes
  • GPE - gel polymer electrolytes gel polymer electrolytes
  • GPEs are mainly used within the cathode in solid-state batteries and are therefore also referred to as catholytes.
  • a hot polymer solution (approx. 90 °C [degrees Celsius]) made of a polymer (e.g. based on poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), i.e. PVdF-HFP) is used, which is mixed with a convection electrolyte such as propylene carbonate (PC), dimethylene carbonate (DMC) and lithium salts such as lithium hexafluorophosphate (LiPF6) or new lithium salts such as lithium bis(fluorosulfonyl)imide (LiFSi).
  • PC propylene carbonate
  • DMC dimethylene carbonate
  • LiPF6 lithium hexafluorophosphate
  • LiFSi lithium bis(fluorosulfonyl)imide
  • GPE is hot applied after calendering with an excess amount of conventional electrolytes to reduce its viscosity and increase wetting of the porous electrode structure; after cooling, the GPE-coated electrode with its gel-like behavior makes it difficult to stack the cathode with the anode and separator; due to the sticky nature of the gel-like coating, it is difficult to handle the cathode for further work.
  • the liquid electrolyte has to be heated together with the polymer to form the gel, due to the thermal instability of the lithium salt (LiPF6 or LiBF4) and the volatility of the solvents (DMC, EMC, etc.). can cause the resulting GPE to deviate from the desired composition or even degrade;
  • conventional electrolytes such.
  • LiPF6 / EC (ethylene carbonate) / DMC, are not used, since e.g. B. the lithium salt LiPF6 is not stable at temperatures above 55 °C. DMC also begins to boil at 90 °C; consequently, one has to use expensive lithium salts such as lithium bis(fluorosulfonyl)imide (LiFSi), which are more thermally stable at this temperature.
  • LiPF6 forms hydrofluoric acid (HF) very quickly in the presence of even small amounts of moisture, which is why the entire process must be carried out in a dry room after inserting the GPEs on the cathode; this increases the cost of manufacture.
  • the current method of introducing GPE into and onto the cathode surface is not an efficient method.
  • LiFSi lithium bis(fluorosulfonyl)imide
  • a gel-like surface of the cathode leads to problems with handling later in the process, such as cutting and stacking of the electrodes.
  • a method for producing a lithium polymer battery is known from DE 100 20 031 A1.
  • the polymer gel electrolyte is laminated onto an endless collector foil together with the active material for the anode and the active material for the cathode.
  • a method for producing a lithium polymer battery is known from WO 01/82403 A1.
  • a method for producing a laminated component of a battery cell is known from WO 02/19450 A1.
  • the laminated component includes a layer of gel polymer electrolyte and a layer of active material.
  • the object of the present invention is to at least partially solve the problems cited with reference to the prior art.
  • a method for producing an electrode of a solid-state battery cell is to be proposed, with which in particular the cutting and/or stacking of the individual electrodes is simplified.
  • a method for producing a first electrode of a solid-state battery cell (hereinafter referred to as battery cell) is proposed.
  • the method comprises at least the following steps: a) producing a base body of the first electrode, at least comprising an active material of the electrode and a copolymer; b) wetting the base body with a liquid electrolyte and forming a gel polymer electrolyte by reacting the copolymer with the liquid electrolyte and forming the first electrode.
  • the known method for producing a homogeneous GPE coating on an electrode is not efficient and is being replaced in particular by a two-stage method in which a base body of an electrode is first provided which only has a copolymer as the starting material for the gel polymer electrolyte. At least the cutting of the electrode material to the geometry of the electrode present in a solid-state battery cell takes place in this state. Only then, preferably only after the electrodes have been stacked on top of one another to form a stack and the stack has been arranged in a housing of the solid-state battery cell, is an electrolyte added and the gel polymer electrolyte formed.
  • the active material is provided and optionally arranged on a carrier material.
  • a carrier material in particular a strip-shaped carrier material, z. B. a carrier film, be at least partially coated on one side or both sides with an active material.
  • the current conductors (conductor lugs) formed on the electrode are formed in particular by uncoated areas of the carrier material.
  • the carrier material includes z. B. copper or a copper alloy for the anode and aluminum or an aluminum alloy for the cathode.
  • the base body can therefore have the active material, the carrier material and the copolymer.
  • the copolymer is mixed with the active material to form a material mixture in step a) and the material mixture is arranged on a carrier material.
  • the copolymer is distributed essentially uniformly in the material mixture. If the gel polymer electrolyte is then formed as part of step b), the gel polymer electrolyte is also distributed uniformly in the material mixture of the first electrode then formed.
  • this mixing of the copolymer can possibly have disadvantages.
  • NMP N-methyl-2-pyrrolidone; a solvent for producing the active material-containing coating composition of the first electrode
  • a reaction of NMP (N-methyl-2-pyrrolidone; a solvent for producing the active material-containing coating composition of the first electrode) with the copolymer can lead to thickening and thus to an increase in the viscosity of the coating composition.
  • This can lead to problems when coating a carrier material (e.g. an aluminium and/or copper substrate) of the first electrode with the coating composition or irreversibly damage the copolymer of the subsequent gel polymer electrolyte.
  • the gel polymer electrolytes have better contact with the solid electrolyte separator used in the battery cell. This facilitates the ion transfer.
  • this gel polymer electrolyte layer on the surface of the first electrode cannot be produced if the copolymer is mixed with the active material to form the material mixture.
  • the copolymer is therefore preferably applied as a coating to the active material in a step a1) carried out during step a).
  • the copolymer is additionally arranged in the active material in the form of a material mixture.
  • the copolymer is exclusively located in the coating.
  • both the cathode and the cathode can be coated with gel polymer electrolytes. Since both the cathode and anode composites are coated on their substrates with the same copolymer (e.g.
  • the anode when a lithium metal is used as the anode, only the base body designed as the cathode is to be charged with the liquid electrolyte to form the gel polymer electrolyte from the reaction of the copolymer with the liquid electrolyte. If the battery cell is made without lithium metal, one can use the same process for the anode and also apply the liquid electrolyte to the anode to form the gel polymer electrolyte.
  • the first electrode is in particular a cathode.
  • the first electrode can also be designed as an anode.
  • a copolymer e.g. B. PVdF-HFP
  • a (first) calendering of an active material as a microporous coating on the active material.
  • the calendering can be carried out as a two-stage calendering process with an integrated coating.
  • the copolymer (e.g. PVdF-HFP) can be applied as a coating in different ways.
  • the copolymer may have a, e.g. B. Venturi-based nozzle on the surface of the base body (ie only the active material) are sprayed (also referred to as high-speed blasting or blasting method).
  • the nozzle is subjected to dry air under high pressure (approx. 6 bar).
  • the copolymer particles enter the nozzle.
  • the high air pressure is converted into a high air speed.
  • the high-velocity air (maximum Mach 0.3 to 4) takes the copolymer particles with it and bombards them onto the surface of the base body, which in particular has already been calendered. In this way, a thin coating with a thickness of a few ⁇ m can be produced.
  • the copolymer particles are picked up by separator rollers and pressed onto the surface of the base body, which in particular has already been calendered.
  • a thin microporous layer of PVdF-HFP the base body, at least consisting of the active material and the copolymer, is calendered before step b) in a step a2), in particular calendered (a second time).
  • the copolymer coating is pressed onto the base body, in particular onto the active material, so that it adheres well to the surface of the base body.
  • the density of the (PVdF-HFP) coating is not significantly increased.
  • the copolymer (PVdF-HFP) adheres strongly to the surface of the base body and also has sufficient porosity. This porosity is important for the formation of the gel polymer electrolyte carried out in step b).
  • the active material is calendered during step a) and before step a1) in a step aO). Calendering has already been explained at the outset.
  • the calendering process is the Similar rolling process.
  • the active material i.e. possibly without a copolymer
  • the active material is subjected to a calendering force and compressed in a deformation zone.
  • a calender comprises a plurality of rollers that form at least one gap through which the base body of the first electrode (here in particular only the active material and possibly also the carrier material coated with the active material) is conveyed along a conveying direction.
  • the active material is wetted with a pore-forming material during step a) and before or during step aO).
  • the coating is wetted with a pore-forming material during step a).
  • the pore-forming material can evaporate at a specific temperature and can thus be expelled from the base body, ie from the coating and/or the active material or the material mixture, by heating the base body.
  • pores are formed in the base body during the evaporation.
  • the space occupied by this pore-forming material in the base body is now empty after this pore-forming material, which boils in particular at low temperatures, has evaporated. In this way, the porosity required for the formation of the gel polymer electrolyte can be maintained.
  • Another way to create porosity is to use such pore-forming materials that z. B. are soluble in DMC. These dissolve in DMC on the surface of the base body or the coating (e.g. in the micropores created by the wetting rollers). This DMC on the surface can be removed by cleaning the base body with the help of scraper rollers, so that the pore-forming agent is removed and pores are thus formed in the copolymer coating on the base body.
  • the base body is guided in particular through a tank filled with the pore-forming material.
  • the pore-forming material includes e.g. B. DMC (dimethylene carbonate).
  • the tank filled with DMC is pressurized by nitrogen gas so that outside air cannot enter.
  • a pressure roller or a wetting roller can be provided, which exerts pressure on the base body, so that more DMC gets into the active material of the base body as a result of the mechanical pressure.
  • the wetting roller causes a microstructure on the surface of the base body. In this way, more DMC will adhere to the surface of the base body in the pores or micropores.
  • stripping rollers can be provided, via which excess pore-forming material is removed from the surface of the base body.
  • the excess pore-forming material can be returned to the tank.
  • the pores of the base body are then in particular filled with the pore-forming material.
  • the base body can then be calendered, in particular in a step a2).
  • the base body can be compacted to a final density, e.g. B. to 3.6 g / cm 3 [grams / cubic centimeter] for typical NMC material (ie the material of a lithium-nickel-cobalt-manganese battery cell).
  • a final density e.g. B. to 3.6 g / cm 3 [grams / cubic centimeter] for typical NMC material (ie the material of a lithium-nickel-cobalt-manganese battery cell).
  • DMC is chosen as the pore-forming material because it has a boiling point of 90°C. This is removed from the base body again at a later point in time in the process, in particular by evaporation.
  • the microstructure created by the wetting roller contributes in particular to the subsequent copolymer coating adhering to the surface of the base body.
  • the polyurethane film can be placed on the base body before it enters the calender roll and wound back again after it has left the calender. This way the same slide can be used again.
  • the material mixture is wetted with a pore-forming material during step a).
  • the pore-forming material is at least partially removed from the base body before step b).
  • the base body at least consisting of the active material and the copolymer, is calendered in a step a2) before step b).
  • the base body is free of gel polymer electrolyte immediately before step b).
  • the first electrode is cut to a geometry predetermined for operation in a battery cell.
  • Cutting the base body which is in particular designed as an endless material, includes in particular slitting (cutting line runs along the extension, x-direction, of the endless material to divide the wide starting material of the base body into several narrower strips of endless material), notching (the arresters are cut off with the cutting line formed from the continuous material; the cutting lines run lengthwise and crosswise to the extension of the continuous material, e.g. along the y-direction and the x-direction) and/or a separation (the cutting line runs crosswise to the extension of the continuous material along the y- direction; by severing, the base bodies are cut off from the endless material and the individual layers or electrodes of the stack are formed).
  • the base body is particularly easy to handle.
  • the base body or the first electrode is dried between steps a) and b).
  • the base body is heated to a temperature of approx. 90° C. and dried in the process.
  • this pore-forming material boils and evaporates.
  • the vapor bubbles of the pore-forming material emerge from the surface of the base body, they form new pores or increase the diameter of the existing pores. This increases the porosity in the active material and in the coating that may be present.
  • the pore-forming material When the pore-forming material is located in the coating, the pore-forming material is released as a result of the heating and is removed from the coating. This increases the porosity of the coating.
  • the pore-forming material escaping from the base body or the coating during drying can be collected and possibly recycled for reuse.
  • pore-forming material still remains in the pores of the base body or the coating after heating. In particular, this is not harmful since the pore-forming material, e.g. B. DMC, possibly part of the liquid electrolyte that is used in step b) for wetting the first electrode.
  • the pore-forming material e.g. B. DMC, possibly part of the liquid electrolyte that is used in step b) for wetting the first electrode.
  • DMC or a similar suitable pore-forming material is used, which can therefore be used for pore formation and is at the same time a component of the electrolyte.
  • DMC is also harmless to health and VOC-free (free from volatile organic compounds, i.e. from volatile organic components).
  • the first electrode After trimming to the predetermined geometry, the first electrode can be arranged in particular with further electrodes to form a stack. Because there is no gel-like material on the first electrode at this time, it is easy to handle when stacking.
  • the first electrode is stacked with at least one second electrode and the electrodes form a stack.
  • the stack is arranged in a housing of the battery cell before step b).
  • the stacking can take place in particular in a known manner. It can be carried out as a Z-fold, ie with a continuous layer that has alternating folded edges, or in the pick-and-drop process, ie as separate layers in each case.
  • the pick and drop method cathode-separator-anode stacks are produced.
  • the current collectors are connected to one another or welded to one another on the anode side, in particular using nickel-based connecting elements.
  • aluminum current conductors are connected or welded to one another on the cathode side, in particular with an aluminum connecting element.
  • the stack in particular with the respectively connected current arresters, is then arranged in a housing of the battery cell.
  • the housing can be designed as a pouch cell housing or as a housing that is only plastically deformable (prismatic battery cell). If it is a pouch cell housing, the edges of the pouch cell housing are sealed in a known manner to ensure a gas-tight seal.
  • the housing has, in a known manner, a gas pocket in which the gas released during the formation of the battery cell can be collected.
  • the liquid electrolyte is then introduced into the housing.
  • a liquid electrolyte e.g. B. PC (polypropylene carbonate) and/or DMC (dimethylene carbonate) with a dissolved lithium salt (e.g. lithium hexafluorophosphate - LiPF6 or lithium bis(fluorosulfonyl)imide - LiFSi) is fed to at least the first electrode and in particular to the stack.
  • a dissolved lithium salt e.g. lithium hexafluorophosphate - LiPF6 or lithium bis(fluorosulfonyl)imide - LiFSi
  • the amount of liquid electrolyte is very, very small, since the main function of the electrolyte is to form a gel polymer electrolyte with the copolymer.
  • the housing After filling the electrolyte, the housing, z. B. the still open edge of the pouch cell housing, closed or sealed.
  • the electrolyte is filled in particular under a nitrogen atmosphere and/or vacuum so that the air can escape from the battery cell or the housing during the electrolyte filling.
  • the formation of the gel polymer electrolyte is activated at least by supplying thermal or mechanical energy.
  • the liquid electrolyte penetrates into the pores of the first electrode or the base body or the coating.
  • the liquid electrolyte reacts with the copolymer and becomes activated.
  • the z. B. can be provided by heat or by mechanical force.
  • the liquid electrolyte swells the originally microporous film (the base body and/or the coating) and finally forms a gel polymer electrolyte.
  • the wetting and activation takes place in particular by applying mechanical force to the first electrode or the stack.
  • the stack arranged in a pouch cell housing can be pressed and compressed between two rotating rollers. Due to the mechanical force, the liquid electrolyte penetrates into the pores.
  • this method could be less suitable because of the possible damage to the housing and separator.
  • the wetting and activation can also (possibly additionally) be effected by thermal energy.
  • thermal energy e.g. B. by placing in an oven.
  • At least the first electrode is heated to approx. 50 °C for this purpose.
  • heating can also take place up to 80 °C.
  • the heat energy is used by the electrolyte to penetrate the pores and activate the copolymer to produce the gel polymer electrolyte.
  • the solid state or polymer battery is ready for formation.
  • the copolymer has converted at least 90%, preferably at least 95%, particularly preferably completely, into the gel polymer electrolyte.
  • the stack can be activated by a liquid electrolyte (especially with lithium salt) during the electrolyte filling process in a similar way as a conventional polyolefin separator by a liquid electrolyte. Due to the porosity of the coating or the base body, the liquid electrolyte can penetrate into the coating or the base body. After activation, the liquid electrolyte swells the originally microporous coating or the base body and finally forms a gel polymer electrolyte with the copolymer.
  • a liquid electrolyte especially with lithium salt
  • part of the liquid electrolyte can be added, in particular before calendering.
  • the only step that needs to be performed in a humidity-controlled environment is the feeding of the liquid electrolyte to the stack.
  • both anode and cathode can be coated with gel polymer electrolytes. Since both the cathode and the anode composite materials z. B. coated with the same PVdF-HFP copolymer as a binder, the three components of the battery cell effectively fuse through the gelation after the electrolyte activation into an integrated multilayer wafer without physical boundaries, so that the interfaces between anode and electrolyte or cathode and electrolyte are wide reach into the porous structures of these electrodes. This is very similar to the interfaces that a liquid electrolyte would have access to. This increases the ionic conductivity of the gel polymer electrolytes and also the dimensional stability.
  • the method can be used both for solid state batteries and for polymer gel battery cells.
  • lithium metal is used as an anode, so that the proposed method is only used to produce the cathode.
  • the process can be used to manufacture the cathode and the anode. So if the battery cell is made without lithium metal, the process can be used for both electrodes.
  • the liquid electrolyte is applied and the first electrode is wetted, in particular before the electrodes are stacked.
  • problems can arise when the liquid electrolyte contacts the lithium metal, adhesive foil, nickel plate and copper substrate of the anode.
  • the liquid electrolyte does not adversely affect the lithium metal on the anode, then wetting of the electrode can also be performed after stacking.
  • the proposed method differs from known methods for manufacturing solid-state battery cells at least in the following points:
  • the gel polymer electrolyte is not formed immediately after calendering, but only after electrolyte filling and activation.
  • the housing is not filled with a liquid electrolyte; it is proposed herein to supply a liquid electrolyte which activates the copolymer to form gel polymer electrolytes.
  • the first electrode designed as a cathode does not have a gel-like electrolyte coating during the cutting of the electrode, the connection of the electrodes to current collector elements and the stacking process.
  • the porosity of the base body or the coating can be increased by pore-forming materials; in known methods, porosity is maintained by lower density during calendering; in the present case, in particular, the calendering of the active material is not changed; in particular, the first electrode is fully compacted to the desired density.
  • the pore-forming materials are released in particular during the drying process; they can be collected and recycled.
  • copolymers such as polyethylene oxide (PEO), polyacrylonitrile (PAN), polymethyl methacrylate (PMMA);
  • PEO polyethylene oxide
  • PAN polyacrylonitrile
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • the use of copolymers was particularly preferred as an embodiment consisting of polyvinylidene fluoride (PVdF) together with hexafluoropropylene (HFP).
  • Gel polymer electrolyte and liquid electrolyte can penetrate into the pores of the first electrode, or the base body or the coating, without having to provide excessive thermal energy (as in known methods).
  • the stack can be activated by a liquid electrolyte (especially with lithium salt) during the electrolyte filling process in a similar way to a conventional polyolefin separator by a liquid electrolyte.
  • a liquid electrolyte especially with lithium salt
  • the method is better suited for the mass production of solid-state battery cells than the currently known methods.
  • a lower temperature is required for gel polymer electrolyte production in the battery cell, so that electrolyte deterioration does not occur or occurs only to a small extent.
  • the gel polymer electrolyte can suppress dendrite formation in the lithium metal, reducing the risk of thermal runaway.
  • the first electrode can be compressed to a high density with conventional calendering; this leads to a high volumetric energy density.
  • preparing the gel polymer electrolyte in an already assembled battery cell can drastically simplify the manufacture of solid state batteries or polymer gel batteries.
  • the method is in particular by a system for data processing, z. B. a controller, feasible, wherein the system comprises means that are suitably equipped, configured or programmed to perform the steps of the method or that perform the method.
  • the system can at least regulate the device components used for the method.
  • the funds include B. a processor and a memory in which commands to be executed by the processor are stored, as well as data lines or transmission devices that enable transmission of commands, measured values, data or the like between the listed components of the device components used for the method.
  • a computer program comprising instructions which, when the program is executed by a computer, cause the computer to carry out the method described or the steps of the method described.
  • a computer-readable storage medium comprising instructions which, when executed by a computer, cause the computer to carry out the method described or the steps of the method described.
  • a battery cell is also proposed, at least comprising a housing and a stack of electrodes arranged therein, at least comprising at least one electrode which is produced in particular by the method described.
  • a battery cell comprises in particular a housing enclosing a volume and arranged in the volume at least one first electrode of a first electrode type, a second electrode of a second electrode type and a separator material or a solid (also gel-like) electrolyte arranged in between.
  • the battery cell is in particular a pouch cell (with a deformable housing consisting of a pouch film) or a prismatic cell (with a dimensionally stable housing).
  • a pouch film is a well-known deformable housing part that is used as a housing for so-called pouch cells. It is a composite material, e.g. B. comprising a plastic and aluminum.
  • the battery cell is in particular a lithium-ion battery cell.
  • the individual layers of the plurality of electrodes are arranged one on top of the other and in particular form a stack.
  • the electrodes are each associated with different types of electrodes, ie they are designed as an anode or a cathode. In this case, anodes and cathodes are arranged alternately and separated from one another by the separator material or the electrolyte.
  • a motor vehicle at least comprising a traction drive and a battery with at least one of the battery cells described, wherein the traction drive can be supplied with energy by the at least one battery cell.
  • the statements on the method can be transferred in particular to the battery cell, the motor vehicle, the data processing system and the computer-implemented method (ie the computer or the processor, the computer-readable storage medium) and vice versa.
  • indefinite articles (“a”, “an”, “an” and “an”), particularly in the claims and the description reflecting them, is to be understood as such and not as a numeral.
  • indefinite articles (“a”, “an”, “an” and “an”), particularly in the claims and the description reflecting them, is to be understood as such and not as a numeral.
  • Correspondingly introduced terms or components are to be understood in such a way that they are present at least once and in particular can also be present several times.
  • first”, “second”, ...) primarily (only) serve to distinguish between several similar objects, sizes or processes, i.e. in particular no dependency and/or sequence of these objects, sizes or make processes mandatory for each other. Should a dependency and/or order be necessary, this is explicitly stated here or it is obvious to the person skilled in the art when studying the specifically described embodiment. If a component can occur several times (“at least one”), the description of one of these components can apply equally to all or part of the majority of these components, but this is not mandatory.
  • FIG. 1 shows a sequence of a first embodiment variant of a method
  • FIG. 3 shows a sequence of a third embodiment variant of a method
  • Fig. 4 a first embodiment of a device for applying a
  • Fig. 5 a second embodiment of a device for applying a
  • FIG. 8 the battery cell according to FIG. 7 after step b);
  • FIG. 10 the wetting rollers according to FIG. 9 in a view along the conveying direction;
  • FIG. 11 the wetting rollers according to FIG. 10 in a side view
  • Fig. 12 A microstructure of the wetting rollers according to Fig. 10 and 11.
  • step a) 27 the active material 4 is provided and optionally arranged on a carrier material 9.
  • the base body 3 has the active material 4 and the carrier material 9 .
  • the active material 4 is wetted with a pore-forming material 11 before step aO) 28 .
  • the active material 4 is calendered during step a) 27 and before step a1) 29 in a step a0) 28 . Calendering has already been explained at the outset.
  • the calender 16 includes a plurality of Calender rollers 17.
  • the active material 4 is subjected to a calendering force and compressed in a deformation zone via the calender rollers 17.
  • a subsequent step a1) 29 the copolymer 5 is applied to the active material 4 as a coating 10 .
  • the coating 10 is wetted with a pore-forming material 11 during step a) 27 .
  • the coating 10 wetted with the material 11 is calendered again in a step a2) 30 .
  • the first electrode 1 is cut before step b) 31 in a step a3) 32 to a geometry 12 predetermined for operation in a battery cell 2 .
  • the cutting of the base body 3 designed as a continuous material 39 includes slitting (cutting line runs along the extension, x-direction or conveying direction 46, of the continuous material 39 for dividing the wide starting material of the base body 3 into several narrower strips of continuous material 39), notching (the current conductors 38 are formed from the continuous material 39 with the cutting line; the cutting lines run lengthwise and transversely to the extension of the continuous material 39, e.g.
  • the cutting line runs transversely to the extent of the endless material 39 along the y-direction; the base bodies 3 are cut off from the endless material 39 as a result of the detachment and the individual layers or electrodes 1, 13 of the stack 14 are formed).
  • a subsequent step a4) 33 the trimmed first electrode 1 or the base body 3 is dried.
  • the pore-forming material 11 evaporates and forms pores in the active material 4 and in the coating 10 .
  • a subsequent step a5) 34 the electrodes 1, 13 and possibly a separator 40 are stacked to form the stack 14.
  • the stack 14 is arranged in a housing 15.
  • the subsequent step b) 31 is divided into a step b1) 36, adding the liquid electrolyte 6, and a step b2) 37, forming a gel polymer electrolyte 7 by reacting the copolymer 5 with the liquid electrolyte 6 and forming the first electrode 1. It is pointed out that the addition of the pore-forming material 11 can be carried out optionally in each case.
  • the second electrode 13 is a lithium metal anode which is not intended to be acted upon by the liquid electrolyte 6 .
  • Step b) 31 therefore follows step a3) 32, the trimming.
  • the liquid electrolyte 6 is added and a gel polymer electrolyte 7 is formed by reacting the copolymer 5 with the liquid electrolyte 6 and forming the first electrode 1.
  • a subsequent step a5) 34 the electrodes 1, 13 and possibly a separator 40 are stacked to form the stack 14.
  • the stack 14 is arranged in a housing 15.
  • FIG. 3 shows a sequence of a third embodiment variant of a method. Reference is made to the statements relating to FIGS.
  • the copolymer 5 is mixed with the active material 4 to form a material mixture 8 in step a) 27 and the material mixture 8 is arranged on a carrier material 9 .
  • the copolymer 5 is distributed uniformly in the material mixture 8 . If the gel polymer electrolyte 7 is then formed as part of step b) 31, the gel polymer electrolyte 7 is also distributed uniformly in the material mixture 8 of the first electrode 1 then formed.
  • the active material 4 is wetted with a pore-forming material 11 before step aO) 28 .
  • the active material 4 is calendered during step a) 27 and before step a1) 29 in a step a0) 28 .
  • the first electrode 1 is cut before step b) 31 in a step a3) 32 to a geometry 12 predetermined for operation in a battery cell 2 .
  • the trimmed first electrode 1 or the base body 3 is dried.
  • the pore-forming material 11 evaporates and forms pores in the material mixture 8 .
  • Step b) 31 therefore follows step a3) 32, the trimming.
  • the liquid electrolyte 6 is added and a gel polymer electrolyte 7 is formed by reacting the copolymer 5 with the liquid electrolyte 6 and forming the first electrode 1.
  • a subsequent step a5) 34 the electrodes 1, 13 and possibly a separator 40 are stacked to form the stack 14.
  • Step a1) 29 ie arranging the copolymer 5 as a coating 10 on the material mixture 8, is not mandatory here.
  • FIG. 4 shows a first embodiment variant of a device for applying a coating 10 in a side view.
  • the copolymer 5 is sprayed onto the surface of the base body 3 (ie only the active material 4) using a venturi-based nozzle 21 (also referred to as high-speed blasting or blasting methods).
  • the nozzle 21 is charged with dry air 24 under high pressure (approx. 6 bar).
  • the air 24 is compressed in a compressor 22 .
  • the supply of the copolymer 5 is controlled via a valve 23 .
  • the copolymer particles enter the nozzle 21.
  • the high air pressure is converted into a high air speed.
  • the air at high speed (maximum Mach 0.3 to 4) takes the copolymer particles with it and bombards them onto the surface of the base body 3, which in particular has already been calendered. In this way, a thin coating 10 with a thickness of a few ⁇ m can be produced.
  • FIG. 5 shows a second embodiment variant of a device for applying a coating 10 in a side view.
  • the base body is fed as a continuous material 39 to a pair of pressure rollers 26 .
  • the copolymer 5 supplied via an outlet 25 is connected to the carrier material 9 by the pressure rollers 26 .
  • the first electrode 1 is transported further via conveyor rollers 20 to the calender 16 and step a2) 30
  • the coating 10 wetted with the material 11 is calendered again in a step a2) 30 .
  • Fig. 6 shows a battery cell 2 in a side view in section.
  • the battery cell 2 comprises a housing 15 enclosing a volume and arranged in the volume a plurality of first electrodes 1 of a first type of electrode, a plurality of second electrodes 13 of a second type of electrode and a separator 40 or a solid (also gel-like) electrolyte 6 arranged in between.
  • the current conductors 38 of the electrodes 1 , 13 extend out of the housing 15 .
  • the housing 15 is sealed gas-tight.
  • FIG. 7 shows a battery cell 2 during step b) 31 of the method.
  • the housing 15 is already partially closed by sealing seams 41.
  • the current conductors 38 extend outwards over the housing 15.
  • step a6) 35 the stack 14 is arranged in the housing 15.
  • step b1) 36 the liquid electrolyte 6 is added via a still unsealed side of the housing 15.
  • FIG. 8 shows the battery cell 2 according to FIG. 7 after step b) 31.
  • the housing 15 is now finally closed.
  • step b2) 37 a gel polymer electrolyte 7 is formed by reacting the copolymer 5 with the liquid electrolyte 6 and forming the first electrode 1.
  • Step aO) 28 is shown here, ie the (first) calendering and wetting of the active material 4 before step aO) 28 with a pore-forming material 11 .
  • the active material 4 is calendered during step a) 27 and before step a1) 29 in a step a0) 28 .
  • the base body 3 is guided through a tank 42 filled with the pore-forming material 11 in order to be wetted with the pore-forming material 11 .
  • the pore-forming material 11 comprises z.
  • the tank 42 filled with DMC is pressurized by nitrogen gas 43 so that outside air cannot enter.
  • a wetting roller 18 is provided, which exerts pressure on the base body 3 so that more of the pore-forming material 11 gets into the active material 4 of the base body 3 as a result of the mechanical pressure.
  • the wetting roller 18 causes a microstructure 44 on the surface of the base body 3 (see FIG. 12). In this way, more material 11 will adhere to the surface of the base body 3 in the pores or micropores.
  • Stripping rollers 19 are also provided, via which excess pore-forming material is removed from the surface of the base body 3 . The excess pore-forming material 11 can be returned to the tank 42 .
  • the pores of the base body 3 are then filled with the pore-forming material. 11
  • the base body 3 is then calendered in a step a2) 30 .
  • a (polyurethane) protective film 45 is used. In this way, the material 11 will not leak out on the sides of the base body 3 .
  • the polyurethane protective film 45 is placed on the base body 3 before it enters the calender rolls 17 and is wound back again after it exits the calender 16 . In this way, the same protective film 45 can be used repeatedly.
  • FIG. 10 shows the wetting rollers 18 according to FIG. 9 in a view along the conveying direction 46.
  • FIG. 11 shows the wetting rollers 18 according to FIG. 10 in a side view.
  • 12 shows a microstructure 44 of the wetting rollers 18 according to FIGS. 10 and 11.
  • FIGS. 10 to 12 are described together below. Reference is made to the statements relating to FIG.
  • the wetting rollers 18 are additionally excited to vibrate 48 by an excitation device 47 .
  • the wetting rollers 18 exert pressure on the base body 3 so that more of the pore-forming material 11 gets into the active material 4 of the base body 3 as a result of the mechanical pressure.
  • the wetting rollers 18 have a microstructure 44 and thus cause a microstructure 44 on the surface of the base body 3 (see FIG. 12).
  • the individual forms of the microstructure 44 have a depth of approximately 20 ⁇ m and a maximum width of approximately 5 ⁇ m. In this way, more material 11 will adhere to the surface of the base body 3 in the pores or micropores.
  • step a3) step a4)

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer ersten Elektrode (1) einer Batteriezelle (2), zumindest umfassend die folgenden Schritte: a) Erzeugen eines Grundkörpers (3) der ersten Elektrode (1), zumindest umfassend ein Aktivmaterial (4) der ersten Elektrode (1) und ein Copolymer (5); b) Benetzen des Grundkörpers (3) mit einem flüssigen Elektrolyten (6) und Ausbilden eines Gelpolymerelektrolyten (7) durch Reaktion des Copolymers (5) mit dem flüssigen Elektrolyten (6) und Ausbilden der ersten Elektrode (1).

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung einer Elektrode einer Festkörper-Batteriezelle
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode einer Festkörper- Batteriezelle. Der Begriff Festkörper-Batteriezelle wird im Folgenden auch durch den Begriff Batteriezelle umfasst.
Für den Antrieb von Kraftfahrzeugen werden vermehrt Batterien, insbesondere Lithium-Ionen- Batterien eingesetzt. Insbesondere weist z. B. ein Kraftfahrzeug eine elektrische Maschine zum Antrieb des Kraftfahrzeuges auf, wobei die elektrische Maschine durch die in der Batteriezelle gespeicherte elektrische Energie antreibbar ist. Batterien werden üblicherweise aus Batteriezellen zusammengesetzt, wobei jede Batteriezelle einen Stapel von Anoden-, Kathoden- und Separator-Blättern aufweist. Zumindest ein Teil der Anoden- und Kathodenblätter sind als Stromableiter ausgeführt, zur Ableitung des von der Zelle bereitgestellten Stroms hin zu einem außerhalb der Zelle angeordneten Verbraucher. Es sind Batteriezellen mit flüssigen oder festen Elektrolyten (Festkörper-Batterie) bekannt.
Die vorliegend beschriebene Elektrode wird in einer Festkörper-Batteriezelle (ass-Batteriezelle; all-solid-state-Batteriezelle sowie Polymergel-Batteriezelle) eingesetzt, die also ausschließlich feste Komponenten umfasst (semisolid Elektrolyte eingeschlossen, z. B. Polymere, also auch einen festen bzw. gelartigen Elektrolyten und damit gerade keinen flüssigen Elektrolyten). Diese festen bzw. gelartigen Elektrolyten werden sowohl als ionenleitende Separatoren zwischen den Elektroden angeordnet, als auch zur lonenleitung innerhalb der Elektroden. Diese Separatoren bestehen regelmäßig aus keramischen Werkstoffen oder aus Polymer, Glas bzw.
Hybridmaterialien.
Eine Festkörper-Batteriezelle umfasst insbesondere ein gasdicht ausgeführtes Gehäuse und darin angeordnet mindestens einen Stapel aufeinander angeordneter Elektrodenfolien bzw. - lagen, auch als Elektroden bezeichnet. Das Gehäuse kann als formfestes Gehäuse (prismatische Zelle) oder zumindest teilweise aus einem elastisch verformbaren Folienmaterial (Pouchzelle) ausgeführt sein. Auch eine Kombination beider Gehäusearten ist möglich. Bei der Herstellung einer Elektrode einer Festkörper-Batteriezelle wird ein sogenanntes Trägermaterial, insbesondere ein bandförmiges Trägermaterial, z. B. eine Trägerfolie, einseitig oder beidseitig zumindest teilweise mit einem Aktivmaterial (insbesondere zusätzlich umfassend den festen Elektrolyten, ein gelförmiger Elektrolyt wird ggf. später bereitgestellt) beschichtet. Die an der Elektrode ausgebildeten Stromableiter (Ableiterfähnchen) werden insbesondere durch unbeschichtete Bereiche des Trägermaterials gebildet. Das Trägermaterial umfasst z. B.
Kupfer, eine Kupferlegierung, Aluminium oder eine Aluminiumlegierung.
Die so erzeugte Beschichtung aus Aktivmaterial ist zunächst porös. Die Porosität wird durch das Kalandrieren reduziert, da hier die Beschichtung verdichtet wird. Die Verdichtung ist erforderlich, um eine spezifische Kapazität (auf das Volumen bezogen) und eine elektrische Leitfähigkeit zu erhöhen bzw. um den Ladungstransport durch einander kontaktierende Materialien des Aktivmaterials zu gewährleisten.
Das Aktivmaterial einer Festkörper-Batteriezelle wird beim Kalandrieren auf eine Porosität von weniger als 1 % komprimiert, bei gelförmigen Elektrolyten wird insbesondere eine größere Porosität vorgehalten. Dabei wird die Porosität infolge des Kalandrierens um zwischen 20 % und 50 % reduziert. Der Kalandriervorgang ist dem Walzvorgang ähnlich. Das Aktivmaterial wird in einer Verformungszone mit einer Kalandrierkraft beaufschlagt und komprimiert. Ein Kalander umfasst mehrere Walzen, die zumindest einen Spalt bilden, durch den hindurch die Elektrode entlang einer Förderrichtung gefördert wird.
Polymerelektrolyte, die für Anwendungen in Lithiumzellen vorgesehen sind, können in zwei Hauptkategorien unterteilt werden:
(1) solche, die auf reinen Hochpolymeren basieren, die sowohl als Lösungsmittel zum Lösen von Lithiumsalzen als auch als mechanische Matrix zur Unterstützung der Verarbeitbarkeit dienen, und
(2) solche, die auf Polymeren basieren, die durch herkömmliche Elektrolytlösungen geliert werden, wobei die kleinen organischen Moleküle als Hauptlösungsmittel dienen, während der geringe Anteil an Hochpolymeren, der durch diese Lösungsmittel vollständig aufgequollen ist, nur zur Gewährleistung der Formstabilität dient.
Die erstgenannten Polymerelektrolyte werden in der Regel als feste Polymerelektrolyte (SPE - solid polymer electrolytes), die zweitgenannten als Gelpolymerelektrolyte (GPE - gel polymer electrolytes) bezeichnet. Aufgrund der schlechten I onenleitfähigkeit bei Raumtemperatur haben SPEs nur geringe Aussichten auf eine Anwendung. GPEs andererseits haben sich als wesentlich praktikabler erwiesen, und Lithium-Ionen-Zellen der zweiten Generation (wie Festkörper-Batterien, also all-solid-states batteries) werden mit diesen neuartigen Elektrolyten bereits hergestellt.
GPEs werden vorwiegend innerhalb der Kathode in Festkörper-Batterien eingesetzt und daher auch als Katholyt bezeichnet. Dazu wird eine heiße Polymerlösung (ca. 90 °C [Grad Celsius]) aus einem Polymer (z. B. auf Basis von Poly-(vinylidenfluorid-co-hexafluorpropylen), also PVdF- HFP) verwendet, die mit einem Konvektionselektrolyten wie Propylencarbonat (PC), Dimethylencarbonat (DMC) und Lithiumsalzen wie Lithiumhexafluorophosphat (LiPF6) oder neuen Lithiumsalzen wie Lithium-bis(fluorsulfonyl)imid (LiFSi) gemischt wird.
Das herkömmliche Verfahren zum Einbringen von GPEs in die Kathode kann folgende Nachteile umfassen:
• Normalerweise wird GPE in heißem Zustand nach dem Kalandrieren mit einer überschüssigen Menge herkömmlicher Elektrolyte aufgetragen, um seine Viskosität zu verringern und die Benetzung der porösen Elektrodenstruktur zu erhöhen; nach dem Abkühlen erschwert die mit GPE beschichtete Elektrode mit ihrem gelartigen Verhalten das Stapeln der Kathode mit der Anode und dem Separator; aufgrund der klebrigen Beschaffenheit der gelartigen Beschichtung ist es schwierig, die Kathode für weitere Arbeiten zu handhaben.
• Bei dem herkömmlichen Verfahren zur Herstellung eines GPE muss der flüssige Elektrolyt zusammen mit dem Polymer erhitzt werden, um das Gel zu bilden, wobei die thermische Instabilität des Lithiumsalzes (LiPF6 oder LiBF4) und die Flüchtigkeit der Lösungsmittel (DMC, EMC usw.) dazu führen können, dass das resultierende GPE von der gewünschten Zusammensetzung abweicht oder sogar zerfällt; darüber hinaus können herkömmliche Elektrolyte, wie z. B. LiPF6/ EC (Ethylencarbonat)/ DMC, nicht verwendet werden, da z. B. das Lithiumsalz LiPF6 bei Temperaturen über 55 °C nicht stabil ist. Auch DMC beginnt bei 90 °C zu sieden; infolgedessen muss man teure Lithiumsalze wie Lithium-bis(fluorsulfonyl)imid (LiFSi) verwenden, die bei dieser Temperatur thermisch stabiler sind.
• LiPF6 bildet in Gegenwart bereits geringer Feuchtigkeit sehr schnell Flusssäure (HF), weshalb der gesamte Prozess nach dem Einsetzen der GPEs auf der Kathode in einem trockenen Raum durchgeführt werden muss; dies erhöht die Kosten der Herstellung.
• Zur Bildung von GPE ist es wichtig, dass der flüssige Elektrolyt das Polymer aufquillt; die Quellung von PVdF-HFP durch flüssige Elektrolyte ist aufgrund der halbkristallinen Beschaffenheit des Copolymers, das nach der Aktivierung durch den flüssigen Elektrolyten zu Mikrophasenbildung und Trennung neigt, nie vollständig; diese Mehrphasigkeit von GPE (Flüssigkeit, Gel und kristalliner Feststoff) erschwert die Handhabung bei den nächsten Prozessen wie Schneiden und Stapeln.
• Während des Kalandrierens werden die Poren im Aktivmaterial der Elektrode verringert; GPE wird derzeit nach der Kalandrierung auf die Kathode aufgebracht; aufgrund der geringen Porengröße ist es für den flüssigen Elektrolyten und das GPE schwierig, in die Poren des Aktivmaterials einzudringen; es ist eine hohe Temperatur erforderlich, um die Viskosität zu verringern, damit der Elektrolyt und das GPE in die Poren eindringen können. Die hohe Temperatur führt zu einer weiteren Verschlechterung des Elektrolyten.
Zusammengefasst kann festgestellt werden, dass das derzeitige Verfahren zum Einbringen von GPE in und auf die Kathodenoberfläche kein effizientes Verfahren darstellt.
Zur Vermeidung der genannten Probleme bei der herkömmlichen Methode der Anwendung von GPE könnten folgende Maßnahmen in Betracht gezogen werden:
• Eine Verwendung teurer Lithiumsalze wie Lithium-bis(fluorosulfonyl)imid (LiFSi), die bei Temperaturen um 90 °C thermisch stabiler sind.
• Eine Erhöhung der Menge an niedrigviskosem Lösungsmittel (z. B. Dimethylencarbonat (DMC) in Flüssigelektrolyt) als überschüssigen Elektrolyten, um die Benetzung der Elektrode bzw. des Aktivmaterials zu verbessern; dies hat den Nachteil, dass ein zusätzlicher Trocknungsschritt erforderlich ist (ineffizient und zeitaufwendig).
• Ein Erhöhen der Prozesstemperatur, um die Viskosität zu senken; in diesem Fall müssen andere Lösungsmittel oder Zusatzstoffe verwendet werden, um ein Sieden z. B. des DMC bei etwa 90 °C zu vermeiden; eine niedrige Verarbeitungstemperatur kann zu stabilem DMC beitragen, hat aber wiederum negative Auswirkungen, da die Viskosität des flüssigen Elektrolyten ansteigt und er nicht so leicht in die Poren des Aktivmaterials eindringen kann.
• Da LiPF6 feuchtigkeitsempfindlich ist, muss der gesamte Prozess der Herstellung von GPE und das Aufbringen auf die Kathode in einem trockenen Raum erfolgen; alle folgenden Prozesse sollten dabei ebenfalls jeweils in einem trockenen Raum durchgeführt werden.
• Die Handhabung der mit GPE beschichteten Kathode bei späteren Prozessen wie Schneiden und Stapeln ist noch ein ungelöstes Problem.
Die wichtigsten Nachteile der vorstehenden Maßnahmen sind gegebenenfalls folgende:
• Höhere Kosten für GPE aufgrund der teureren Lithiumsalze; • Trockenraum führt zu hohen Produktionskosten;
• hohe Temperaturen (ca. 90 °C), die für GPE erforderlich sind, zersetzen andere Komponenten des flüssigen Elektrolyten, nämlich Lithiumsalz LiPF6 und Dimethylencarbonat (DMC);
• eine gelartige Oberfläche der Kathode führt zu Problemen bei der Handhabung im späteren Prozess wie Schneiden und Stapeln der Elektroden.
Aus der DE 100 20 031 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Lithium-Polymer-Batterie bekannt. Dabei wird der Polymer-Gel-Elektrolyt zusammen mit dem Aktivmaterial für die Anode und dem Aktivmaterial für die Kathode auf eine endlos vorliegende Kollektorfolie auflaminiert.
Aus der WO 01/82403 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Lithium-Polymer-Batterie bekannt.
Aus der WO 02/19450 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer laminierten Komponente einer Batteriezelle bekannt. Die laminierte Komponente umfasst eine Schicht eines Gelpolymerelektrolyten und eine Schicht eines Aktivmaterials.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die mit Bezug auf den Stand der Technik angeführten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere soll ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode einer Festkörper-Batteriezelle vorgeschlagen werden, mit dem insbesondere das Schneiden und/ oder Stapeln der einzelnen Elektroden vereinfacht wird.
Zur Lösung dieser Aufgaben trägt ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs bei. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und/oder Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer ersten Elektrode einer Festkörper-Batteriezelle (im Folgenden als Batteriezelle bezeichnet) vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte: a) Erzeugen eines Grundkörpers der ersten Elektrode, zumindest umfassend ein Aktivmaterial der Elektrode und ein Copolymer; b) Benetzen des Grundkörpers mit einem flüssigen Elektrolyten und Ausbilden eines Gelpolymerelektrolyten durch Reaktion des Copolymers mit dem flüssigen Elektrolyten und Ausbilden der ersten Elektrode.
Das bekannte Verfahren zur Herstellung einer homogenen GPE-Beschichtung auf einer Elektrode ist nicht effizient und wird insbesondere durch ein zweistufiges Verfahren ersetzt, bei dem zunächst ein Grundkörper einer Elektrode bereitgestellt wird, der nur ein Copolymer als Ausgangsstoff für den Gelpolymerelektrolyten aufweist. Zumindest das Zuschneiden des Elektrodenmaterials auf die in einer Festkörper-Batteriezelle vorliegende Geometrie der Elektrode erfolgt in diesem Zustand. Erst danach, bevorzugt erst nach dem Aufeinanderstapeln der Elektroden zu einem Stapel und dem Anordnen des Stapels in einem Gehäuse der Festkörper-Batteriezelle, erfolgt eine Zugabe eines Elektrolyten und die Ausbildung des Gelpolymerelektrolyten.
In Schritt a) wird insbesondere das Aktivmaterial bereitgestellt und ggf. auf einem Trägermaterial angeordnet. Bei der Herstellung einer Elektrode einer Festkörper-Batteriezelle kann ein Trägermaterial, insbesondere ein bandförmiges Trägermaterial, z. B. eine Trägerfolie, einseitig oder beidseitig zumindest teilweise mit einem Aktivmaterial beschichtet sein. Die an der Elektrode ausgebildeten Stromableiter (Ableiterfähnchen) werden insbesondere durch unbeschichtete Bereiche des Trägermaterials gebildet. Das Trägermaterial umfasst z. B. für die Anode Kupfer oder eine Kupferlegierung und für die Kathode Aluminium oder eine Aluminiumlegierung. Der Grundkörper kann also das Aktivmaterial, das Trägermaterial und den Copolymer aufweisen.
Insbesondere wird das Copolymer in Schritt a) mit dem Aktivmaterial zu einer Materialmischung vermischt und die Materialmischung auf einem Trägermaterial angeordnet. Insbesondere ist das Copolymer im Wesentlichen gleichmäßig in der Materialmischung verteilt angeordnet. Wenn im Rahmen des Schrittes b) dann eine Ausbildung des Gelpolymerelektrolyten erfolgt, ist auch der Gelpolymerelektrolyt in der Materialmischung der dann ausgebildeten ersten Elektrode gleichmäßig verteilt angeordnet.
Diese Vermischung des Copolymers kann jedoch ggf. Nachteile aufweisen. Z. B. kann eine Reaktion von NMP (N-Methyl-2-pyrrolidon; ein Lösungsmittel für die Herstellung der das Aktivmaterial aufweisenden Beschichtungsmasse der ersten Elektrode) mit dem Copolymer zu einer Verdickung und damit zu einer Erhöhung der Viskosität der Beschichtungsmasse führen. Dies kann zu Problemen bei der Beschichtung eines T rägermaterials (also z. B. eines Aluminiums und/ oder Kupfersubstrats) der ersten Elektrode mit der Beschichtungsmasse führen oder das Copolymer des späteren Gelpolymerelektrolyten irreversibel beschädigen.
Es ist wünschenswert, dass eine Oberfläche der ersten Elektrode vollständig mit dem Gelpolymerelektrolyten bedeckt ist. Auf diese Weise haben die Gelpolymerelektrolyten einen besseren Kontakt mit dem in der Batteriezelle verwendeten Festelektrolyt-Separator. Dies erleichtert den lonentransfer. Diese Gelpolymerelektrolyten-Schicht auf der Oberfläche der ersten Elektrode ist insbesondere nicht herstellbar, wenn das Copolymer mit dem Aktivmaterial zu der Materialmischung vermischt wird.
Bevorzugt wird das Copolymer daher in einem, während Schritt a) durchgeführten Schritt a1) als Beschichtung auf das Aktivmaterial aufgetragen. Insbesondere ist das Copolymer zusätzlich in dem Aktivmaterial in Form einer Materialmischung angeordnet. Alternativ ist das Copolymer ausschließlich in der Beschichtung angeordnet.
In Festkörperbatterien wird normalerweise nur die Kathode mit Gelpolymerelektrolyten beschichtet, während die Anode aus Lithiummetall besteht. Bei anderen Polymer-Gel- Batteriezellen bzw. Festkörper-Batteriezellen können sowohl Anode als auch Kathode mit Gelpolymerelektrolyten beschichtet werden. Da sowohl die Kathoden- als auch die Anoden- Verbundmaterialien auf ihren Trägermaterialien mit demselben Copolymer (z. B. PVdF-HFP) als Bindemittel beschichtet sind, verschmelzen die drei Komponenten (Anode, Kathode, Gelpolymerelektrolyt-Separator) der Batteriezelle durch die Gelierung nach der Elektrolytaktivierung effektiv zu einem integrierten mehrschichtigen Wafer ohne physikalische Grenzen, so dass die Grenzflächen zwischen Anode und Elektrolyt bzw. Kathode und Elektrolyt weit in die porösen Strukturen dieser Elektroden hineinreichen, was den Grenzflächen, zu denen ein flüssiger Elektrolyt Zugang hätte, sehr ähnlich ist. Dies erhöht die I onenleitfähigkeit der Gelpolymerelektrolyten und auch die Dimensionsstabilität.
Insbesondere ist, wenn ein Lithiummetall als Anode verwendet wird, nur der als Kathode ausgeführte Grundkörper mit dem flüssigen Elektrolyten zur Ausbildung des Gelpolymerelektrolyten aus der Reaktion des Copolymers mit dem flüssigen Elektrolyten zu beaufschlagen. Wenn die Batteriezelle ohne Lithiummetall hergestellt wird, kann man das gleiche Verfahren auch für die Anode verwenden und auch die Anode mit dem flüssigen Elektrolyten zur Ausbildung des Gelpolymerelektrolyten beaufschlagen. Die erste Elektrode ist insbesondere eine Kathode. Die erste Elektrode kann auch als Anode ausgeführt sein.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird ein Copolymer, z. B. PVdF-HFP, nach einem (ersten) Kalandrieren eines Aktivmaterials als mikroporöse Beschichtung auf das Aktivmaterial aufgetragen. Die Kalandrierung kann dabei als ein zweistufiger Kalandrierungsprozess mit integrierter Beschichtung durchgeführt werden.
Das Copolymer (z. B. PVdF-HFP) kann in unterschiedlicher Weise als Beschichtung aufgetragen werden. Z. B. kann das Copolymer mit einer, z. B. venturibasierten, Düse auf die Oberfläche des Grundkörpers (also nur des Aktivmaterials) gesprüht werden (auch als Hochgeschwindigkeitsstrahlen bzw. -strahlverfahren bezeichnet). Die Düse wird insbesondere mit trockener Luft unter hohem Druck (ca. 6 bar) beaufschlagt. Die Copolymer-Partikel treten in die Düse ein. Der hohe Luftdruck wird in eine hohe Luftgeschwindigkeit umgewandelt. Die Luft mit hoher Geschwindigkeit (maximal 0,3 bis 4 Mach) nimmt die Copolymer Partikel mit und bombardiert sie auf die, insbesondere bereits kalandrierte, Oberfläche des Grundkörpers. Auf diese Weise kann eine dünne Beschichtung mit wenigen pm Dicke erzeugt werden.
Alternativ oder zusätzlich werden Copolymer-Partikel von Abscheidewalzen aufgenommen und auf die, insbesondere bereits kalandrierte, Oberfläche des Grundkörpers gepresst.
Nachdem der Grundkörper mit der Beschichtung, z. B. einer dünnen mikroporösen Schicht aus PVdF-HFP, beschichtet wurde, wird der Grundkörper, zumindest bestehend aus dem Aktivmaterial und dem Copolymer, vor Schritt b) in einem Schritt a2) kalandriert, insbesondere (ein zweites Mal) kalandriert.
In dem zweiten Kalandrierprozess wird insbesondere nur die Copolymer-Beschichtung auf den Grundkörper, insbesondere auf das Aktivmaterial gepresst, so dass sie gut an der Oberfläche des Grundkörpers haftet. Die Dichte der (PVdF-HFP-)Beschichtung wird nicht wesentlich erhöht. Nach der zweiten Kalandrierung haftet das Copolymer (PVdF-HFP) stark an der Oberfläche des Grundkörpers und weist auch eine ausreichende Porosität auf. Diese Porosität ist wichtig für die in Schritt b) vorgenommene Ausbildung des Gelpolymerelektrolyten.
Insbesondere wird das Aktivmaterial während Schritt a) und vor Schritt a1) in einem Schritt aO) kalandriert. Das Kalandrieren wurde eingangs bereits erläutert. Der Kalandriervorgang ist dem Walzvorgang ähnlich. Das Aktivmaterial (also ggf. noch ohne Copolymer) wird in einer Verformungszone mit einer Kalandrierkraft beaufschlagt und komprimiert.
Ein Kalander umfasst mehrere Walzen, die zumindest einen Spalt bilden, durch den hindurch der Grundkörper der ersten Elektrode (hier insbesondere nur das Aktivmaterial und ggf. zusätzlich das mit dem Aktivmaterial beschichtete Trägermaterial) entlang einer Förderrichtung gefördert wird.
Insbesondere wird das Aktivmaterial während Schritt a) und dabei vor oder während Schritt aO) mit einem porenbildenden Material benetzt.
Insbesondere wird die Beschichtung während Schritt a) mit einem porenbildenden Material benetzt.
Z. B. kann das porenbildende Material bei einer bestimmten Temperatur verdampfen und damit durch Erwärmung des Grundkörpers aus dem Grundkörper, also aus der Beschichtung und/ oder dem Aktivmaterial bzw. der Materialmischung ausgetrieben werden. Bei der Verdampfung entstehen insbesondere Poren in dem Grundkörper. Der Raum, der von diesem porenbildenden Material in dem Grundkörper eingenommen wird, ist nun leer, nachdem dieses, insbesondere bei geringen Temperaturen siedende, porenbildende Material verdampft ist. Auf diese Weise kann die Porosität aufrechterhalten werden, die für die Ausbildung des Gelpolymerelektrolyten erforderlich ist.
Eine andere Möglichkeit, Porosität zu erzeugen, besteht darin, solche porenbildenden Materialien zu verwenden, die z. B. in DMC löslich sind. Diese lösen sich in DMC auf der Oberfläche des Grundkörpers bzw. der Beschichtung auf (z. B. in den von den Benetzungswalzen erzeugten Mikroporen). Dieses DMC auf der Oberfläche kann durch Reinigung des Grundkörpers mit Hilfe von Abstreifwalzen entfernt werden, so dass das porenbildende Mittel entfernt und somit Poren in der Copolymer-Beschichtung auf dem Grundkörper gebildet sind.
Das bedeutet insbesondere, dass zumindest zwei Verfahren existieren, um Poren in der Beschichtung zu erzeugen. Zum einen durch einen thermischen Prozess und zum anderen durch einen chemischen Löslichkeitsprozess. Diese Erzeugung von Poren ist aber nur notwendig, wenn die Porosität der Copolymer-Beschichtung gering ist. Der Grundkörper wird zur Benetzung mit dem porenbildenden Material insbesondere durch ein mit dem porenbildenden Material gefüllten Tank geführt. Das porenbildende Material umfasst z. B. DMC (Dimethylencarbonat). Insbesondere wird der mit DMC gefüllte Tank durch Stickstoffgas unter Druck gesetzt, so dass keine Außenluft eindringen kann. Wenn die erste Elektrode den Tank durchläuft, dringt das porenbildende Material in die Poren des Aktivmaterials ein.
Es kann eine Andruckrolle bzw. eine Benetzungswalze vorgesehen sein, die auf den Grundkörper einen Druck ausübt, so dass durch den mechanischen Druck mehr DMC in das Aktivmaterial des Grundkörpers gelangt. Die Benetzungswalze verursacht insbesondere eine Mikrostruktur auf der Oberfläche des Grundkörpers. Auf diese Weise wird mehr DMC in den Poren bzw. Mikroporen an der Oberfläche des Grundkörpers haften.
Es können weiter Abstreifwalzen vorgesehen sein, über die überschüssiges porenbildendes Material von der Oberfläche des Grundkörpers entfernt wird. Das überschüssige porenbildende Material kann insbesondere in den Tank zurückgeführt werden.
Die Poren des Grundkörpers sind dann insbesondere mit dem porenbildenden Material gefüllt. Anschließend kann der Grundkörper kalandriert werden, insbesondere in einem Schritt a2).
In einem Schritt a2) kann der Grundkörper auf eine endgültige Dichte verdichtet werden, z. B. auf 3,6 g/cm3 [Gramm/ Kubikzentimeter] für typisches NMC-Material (also das Material einer Lithium-Nickel-Cobalt-Mangan-Batteriezelle).
Als porenbildendes Material wird insbesondere DMC ausgewählt, da es einen Siedepunkt von 90 °C aufweist. Dieses wird zu einem späteren Zeitpunkt des Verfahrens insbesondere durch Verdampfung aus dem Grundkörper wieder entfernt.
Wenn DMC die Oberfläche des Grundkörpers verlässt, bildet es neue Poren oder vergrößert den Porendurchmesser an der Oberfläche. Dies führt zu einer erhöhten Porosität. Dadurch kann das in Form einer Beschichtung aufgetragene Copolymer leichter in die Poren der ersten Elektrode bzw. des Grundkörpers eindringen.
Die durch die Benetzungswalze erzeugte Mikrostruktur trägt insbesondere dazu bei, dass die nachfolgende Copolymer-Beschichtung auf der Oberfläche des Grundkörpers haftet. Bei dem Kalandrieren gemäß Schritt a2) kann einseitig oder beidseitig z. B. eine Polyurethan- Schutzfolie verwendet werden. Auf diese Weise wird das DMC nicht an den Seiten des Grundkörpers austreten. Die Polyurethanfolie kann vor dem Eintritt in die Kalanderwalze auf den Grundkörper gelegt werden und nach dem Austritt aus dem Kalander wieder zurückgewickelt werden. Auf diese Weise kann dieselbe Folie erneut verwendet werden.
Insbesondere wird die Materialmischung während Schritt a) mit einem porenbildenden Material benetzt.
Insbesondere wird das porenbildende Material vor Schritt b) aus dem Grundkörper zumindest teilweise entfernt.
Insbesondere wird der Grundkörper, zumindest bestehend aus dem Aktivmaterial und dem Copolymer, vor Schritt b) in einem Schritt a2) kalandriert.
Insbesondere ist der Grundkörper unmittelbar vor Schritt b) Gelpolymerelektrolyt-frei.
Insbesondere wird die erste Elektrode vor Schritt b) auf eine für den Betrieb in einer Batteriezelle vorbestimmte Geometrie beschnitten.
Das Schneiden des insbesondere als Endlosmaterial ausgeführten Grundkörpers umfasst insbesondere ein Schlitzen (Schnittlinie verläuft entlang der Erstreckung, x-Richtung, des Endlosmaterials zur Aufteilung des breiten Ausgangsmaterials des Grundkörpers in mehrere weniger breite Streifen Endlosmaterial), ein Ausklinken (mit der Schnittlinie werden die Ableiter aus dem Endlosmaterial herausgebildet; die Schnittlinien verlaufen längs und quer zur Erstreckung des Endlosmaterials, also z. B. entlang der y-Richtung und der x-Richtung), und/ oder ein Abtrennen (die Schnittlinie verläuft quer zur Erstreckung des Endlosmaterials entlang der y-Richtung; durch das Abtrennen werden die Grundkörper von dem Endlosmaterial abgeschnitten und die einzelnen Lagen bzw. Elektroden des Stapels gebildet).
Da vor Schritt b) nur das Copolymer und insbesondere kein Gelpolymerelektrolyt vorliegt, eine Gelbildung also insbesondere noch nicht stattgefunden hat, ist der Grundkörper insbesondere einfach zu handhaben.
Insbesondere wird der Grundkörper bzw. die erste Elektrode zwischen den Schritten a) und b) getrocknet. Insbesondere wird der Grundkörper auf eine Temperatur von ca. 90 °C erwärmt und dabei getrocknet. Wurde das porenbildende Material im Aktivmaterial und/ oder in der Materialmischung angeordnet, kocht dieses porenbildende Material und verdampft. Wenn die Dampfblasen des porenbildenden Materials aus der Oberfläche des Grundkörpers austreten, bilden sie neue Poren oder vergrößern den Durchmesser der vorhandenen Poren. Dadurch erhöht sich die Porosität in dem Aktivmaterial und in der ggf. vorhandenen Beschichtung.
Wenn das porenbildende Material in der Beschichtung angeordnet ist, wird das porenbildende Material infolge der Erwärmung freigesetzt und aus der Beschichtung entfernt. Dadurch erhöht sich die Porosität der Beschichtung.
Das bei der Trocknung aus dem Grundkörper bzw. der Beschichtung austretende porenbildende Material kann aufgefangen und ggf. zur erneuten Verwendung recycelt werden.
Es ist möglich, dass nach der Erwärmung noch porenbildendes Material in den Poren des Grundkörpers bzw. der Beschichtung verbleibt. Dies ist insbesondere nicht schädlich, da das porenbildende Material, z. B. DMC, ggf. Teil des flüssigen Elektrolyten ist, der in Schritt b) zur Benetzung der ersten Elektrode eingesetzt wird.
Insbesondere wird gerade deswegen DMC oder ein ähnliches geeignetes porenbildendes Material verwendet, das also zur Porenbildung einsetzbar und gleichzeitig ein Elektrolytbestandteil ist. Darüber hinaus ist DMC auch gesundheitlich unbedenklich und VOC- frei (frei von volatile organic compounds, also von flüchtigen organischen Bestandteilen).
Nach dem Beschneiden auf die vorbestimmte Geometrie kann die erste Elektrode insbesondere mit weiteren Elektroden zu einem Stapel angeordnet werden. Weil sich zu diesem Zeitpunkt kein gelartiges Material auf der ersten Elektrode befindet, ist sie beim Stapeln leicht zu handhaben.
Insbesondere wird die erste Elektrode nach Schritt a) und vor Schritt b) mit zumindest einer zweiten Elektrode aufeinander gestapelt angeordnet und die Elektroden bilden einen Stapel aus.
Insbesondere wird der Stapel vor Schritt b) in einem Gehäuse der Batteriezelle angeordnet. Das Stapeln kann insbesondere in bekannter Art und Weise erfolgen. Dabei kann es als Z- Faltung, also mit einer durchgehenden Lage, die wechselseitig Falzkanten aufweist, oder im Pick-and-Drop-Verfahren, also als jeweils separate Lagen, durchgeführt werden. Bei der Pick- and-Drop-Methode werden Kathoden-Separator-Anoden-Stapel hergestellt.
Nach dem Stapeln werden die Stromableiter auf der Anodenseite, insbesondere unter Verwendung von nickelbasierten Verbindungselementen, miteinander verbunden bzw. miteinander verschweißt. In ähnlicher Weise werden auf der Kathodenseite Aluminium- Stromableiter insbesondere mit einem Aluminium-Verbindungselement miteinander verbunden bzw. verschweißt.
Der Stapel, insbesondere mit den jeweils verbundenen Stromableitern, wird dann in einem Gehäuse der Batteriezelle angeordnet. Das Gehäuse kann als Pouchzellengehäuse oder als nur plastisch verformbares Gehäuse (prismatische Batteriezelle) ausgeführt sein. Wenn es sich um ein Pouchzellengehäuse handelt, werden die Kanten des Pouchzellengehäuses in bekannter Weise versiegelt, um eine gasdichte Abdichtung zu gewährleisten. Insbesondere weist das Gehäuse in bekannter Weise eine Gastasche auf, in der das während der Formierung der Batteriezelle freigesetzte Gas gesammelt werden kann.
Nach dem zumindest teilweisen Versiegeln des Gehäuses wird dann der flüssige Elektrolyt in das Gehäuse eingeführt.
In Schritt b) wird insbesondere ein flüssiger Elektrolyt, z. B. PC (Polypropylencarbonat) und/ oder DMC (Dimethylencarbonate) mit gelöstem Lithiumsalz (z. B. Lithiumhexafluorophosphat - LiPF6 oder Lithiumbis(fluorosulfonyl)imid - LiFSi) zumindest der ersten Elektrode und insbesondere dem Stapel zugeführt. Die Menge des flüssigen Elektrolyten ist dabei sehr sehr gering, da die Hauptfunktion des Elektrolyten darin besteht, mit dem Copolymer einen Gelpolymerelektrolyten zu erzeugen.
Nach dem Einfüllen des Elektrolyten wird das Gehäuse, z. B. der noch offene Rand des Pouchzellengehäuses, verschlossen bzw. versiegelt.
Die Elektrolytbefüllung erfolgt insbesondere unter Stickstoffatmosphäre und/oder Vakuum, damit während der Elektrolytbefüllung die Luft aus der Batteriezelle bzw. dem Gehäuse entweichen kann. Insbesondere wird das Ausbilden des Gelpolymerelektrolyten zumindest durch eine Zuführung thermischer oder mechanischer Energie aktiviert.
Infolge der Benetzung zumindest der ersten Elektrode dringt der flüssige Elektrolyt in die Poren der ersten Elektrode, bzw. des Grundkörpers bzw. der Beschichtung, ein. Der flüssige Elektrolyt reagiert mit dem Copolymer und wird aktiviert. Für die Aktivierung ist insbesondere Energie erforderlich, die z. B. durch Wärme oder durch mechanische Kraft bereitgestellt werden kann. Nach der Aktivierung quillt der flüssige Elektrolyt den ursprünglich mikroporösen Film (den Grundkörper und/ oder die Beschichtung) auf und bildet schließlich einen Gelpolymerelektrolyten.
Die Benetzung und Aktivierung erfolgt insbesondere durch Beaufschlagung der ersten Elektrode bzw. des Stapels mit mechanischer Kraft. Z. B. kann der in einem Pouchzellengehäuse angeordnete Stapel zwischen zwei rotierenden Walzen verpresst und komprimiert werden. Durch die mechanische Kraft dringt der flüssige Elektrolyt in die Poren ein. Dieses Verfahren könnte aber wegen der möglichen Beschädigung von Gehäuse und Separator weniger geeignet sein.
Die Benetzung und Aktivierung kann auch (ggf. zusätzlich) durch thermische Energie erfolgen. Dazu wird zumindest die erste Elektrode bzw. der Stapel und/ oder das Gehäuse mit Stapel mit thermischer Energie beaufschlagt, z. B. durch Anordnung in einem Ofen. Zumindest die erste Elektrode wird dazu auf ca. 50 °C erhitzt. Wenn als Lithiumsalz LiFSi verwendet wird, kann die Erwärmung auch auf bis zu 80 °C erfolgen. Infolge des Erhitzens wird die Wärmeenergie vom Elektrolyten genutzt, um in die Poren einzudringen und das Copolymer für die Herstellung des Gelpolymerelektrolyten zu aktivieren.
Nach dem Benetzungsprozess ist die Festkörper- oder Polymerbatterie bereit für die Formierung. Das Copolymer hat sich insbesondere zumindest zu 90 %, bevorzugt zu mindestens 95 %, besonders bevorzugt vollständig, in den Gelpolymerelektrolyten verwandelt.
Insbesondere kann der Stapel durch einen flüssigen Elektrolyten (insbesondere mit Lithiumsalz) während des Elektrolytbefüllungsprozesses in ähnlicher Weise aktiviert werden, wie ein herkömmlicher Polyolefinseparator durch einen flüssigen Elektrolyten. Aufgrund der Porosität der Beschichtung bzw. des Grundkörpers kann der flüssige Elektrolyt in die Beschichtung bzw. den Grundkörper eindringen. Nach der Aktivierung quillt der flüssige Elektrolyt die ursprünglich mikroporöse Beschichtung bzw. den Grundkörper auf und bildet schließlich mit dem Copolymer einen Gelpolymerelektrolyten.
Um den Benetzungsprozess des Copolymers zu beschleunigen, kann ein Teil des flüssigen Elektrolyten insbesondere vor dem Kalandrieren hinzugefügt werden.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren ist insbesondere der einzige Schritt, der in einer feuchtigkeitskontrollierten Umgebung durchgeführt werden muss, die Zuführung des flüssigen Elektrolyten zu dem Stapel. Damit sind die Vorteile des vorgeschlagenen Verfahrens gerade in Bezug auf die Herstellungskosten und den apparativen Aufwand offensichtlich.
In Batteriezellen wird normalerweise nur die Kathode mit Gelpolymerelektrolyten beschichtet, während die Anode aus Lithiummetall besteht. Bei anderen Polymer-Gel-Batterien können sowohl Anode als auch Kathode mit Gelpolymerelektrolyten beschichtet werden. Da sowohl die Kathoden- als auch die Anoden-Verbundmaterialien insbesondere auf ihren Substraten bzw. Trägermaterialien z. B. mit demselben PVdF-HFP-Copolymer als Bindemittel beschichtet sind, verschmelzen die drei Komponenten der Batteriezelle durch die Gelierung nach der Elektrolytaktivierung effektiv zu einem integrierten mehrschichtigen Wafer ohne physikalische Grenzen, so dass die Grenzflächen zwischen Anode und Elektrolyt bzw. Kathode und Elektrolyt weit in die porösen Strukturen dieser Elektroden hineinreichen. Das ist den Grenzflächen, zu denen ein flüssiger Elektrolyt Zugang hätte, sehr ähnlich. Dies erhöht die I onenleitfähigkeit der Gelpolymerelektrolyten und auch die Dimensionsstabilität.
Insbesondere kann das Verfahren sowohl für Festkörperbatterien als auch für Polymergelbatteriezellen eingesetzt werden. Bei einer Batteriezelle wird Lithiummetall als Anode verwendet, so dass das vorgeschlagene Verfahren insbesondere nur zur Herstellung der Kathode eingesetzt wird. Bei Polymer-Gel-Batteriezellen kann das Verfahren zur Herstellung der Kathode und der Anode eingesetzt werden. Wenn die Batteriezelle also ohne Lithiummetall hergestellt wird, kann das Verfahren für beide Elektroden eingesetzt werden.
Die Aufbringung des flüssigen Elektrolyten und die Benetzung der ersten Elektrode erfolgt bei Batteriezellen mit Lithium als metallischer Anode insbesondere vor dem Stapeln der Elektroden. Insbesondere können Probleme auftreten, wenn der flüssige Elektrolyt mit dem Lithiummetall, der Klebefolie, der Nickelplatte und dem Kupfersubstrat der Anode in Kontakt kommt. Wenn der flüssige Elektrolyt keine negativen Auswirkungen auf das Lithiummetall auf der Anode hat, dann kann man insbesondere die Benetzung der Elektrode auch nach dem Stapeln durchführen. Insbesondere unterscheidet sich das vorgeschlagene Verfahren zumindest in den folgenden Punkten von bekannten Verfahren zur Herstellung von Festkörper-Batteriezellen:
• Bei dem vorliegenden Verfahren wird der Gelpolymerelektrolyt nicht unmittelbar nach dem Kalandrieren, sondern erst nach der Elektrolytbefüllung und Aktivierung gebildet.
• Bei bekannten Verfahren ist keine Befüllung des Gehäuses mit einem flüssigen Elektrolyten vorgesehen; vorliegend wird vorgeschlagen, einen flüssigen Elektrolyten zuzuführen, der das Copolymer zur Bildung von Gelpolymerelektrolyten aktiviert.
• Nur die Beschichtung des Aktivmaterials mit dem Copolymer ist ein, zumindest für die Herstellung von Batteriezellen, neuer Prozess; die übrigen erwähnten Verfahrensschritte sind insbesondere bereits bekannt und werden nun erstmals in anderer Kombination vorgeschlagen; die Beschichtung mit dem Copolymer kann insbesondere durch Hochgeschwindigkeitsstrahlen oder durch Pressen mit Abscheidewalzen durchgeführt werden.
• Insbesondere die als Kathode ausgeführte erste Elektrode hat keine gelartige Elektrolytbeschichtung während des Zuschneidens der Elektrode, des Verbindens der Elektroden mit Stromsammlerelementen und des Stapelprozesses.
• Es besteht keine Notwendigkeit, den Gelpolymerelektrolyten extern herzustellen und dann auf die Kathode aufzutragen; der Gelpolymerelektrolyt wird innerhalb der Batteriezelle hergestellt.
• Die Porosität des Grundkörpers bzw. der Beschichtung können durch porenbildende Materialien erhöht werden; bei bekannten Verfahren wird die Porosität durch eine geringere Dichte während der Kalandrierung aufrechterhalten; vorliegend wird insbesondere die Kalandrierung des Aktivmaterials nicht verändert; die erste Elektrode wird insbesondere vollständig auf die gewünschte Dichte verdichtet.
• Die porenbildenden Materialien werden insbesondere während des Trocknungsprozesses freigesetzt; sie können aufgefangen und recycelt werden.
• Es ist nicht erforderlich, Gelpolymerelektrolyte bei hoher Temperatur (ca. 90 °C) z. B. auf die Kathode aufzubringen; der Gelpolymerelektrolyt wird nach dem Benetzen zumindest der ersten Elektrode bei mäßig niedriger Temperatur gleichmäßig verteilt; die Benetzung dauert insbesondere 3 bis 4 Stunden, so dass ca. 50 °C ausreichen können.
• Es können „normale“ und kostengünstige Lithiumsalze wie Lithiumhexafluorophosphat anstelle von teureren Lithiumsalzen wie z. B. LiFSi verwendet werden.
• Es ist insbesondere auch möglich, andere Copolymere wie Polyethylenoxid (PEO), Polyacrylnitril (PAN), Polymethylmethacrylat (PMMA) zu verwenden; vorliegend wurde insbesondere als bevorzugte Ausgestaltung die Verwendung von Copolymeren bestehend aus Polyvinylidenfluorid (PVdF) zusammen mit Hexafluorpropylen (HFP) vorgeschlagen.
Gegenüber bekannten Verfahren können insbesondere die folgenden Vorteile realisiert werden:
• Leichte Handhabung der ersten Elektrode während der verschiedenen Schritte des Verfahrens, da die Bildung des Gelpolymerelektrolyten in einer späteren Phase erfolgt.
• Keine Notwendigkeit einer trockenen Atmosphäre für die Elektrodenherstellung; daher große Einsparungen bei den Energiekosten.
• Gelpolymerelektrolyt und flüssiger Elektrolyt können in die Poren der ersten Elektrode, bzw. des Grundkörpers bzw. der Beschichtung, eindringen, ohne das eine übermäßige Wärmeenergie bereitgestellt werden muss (wie bei bekannten Verfahren).
• Kein Bedarf an teurem Lithiumsalz wie LiFSi.
• Die meisten konventionellen Verfahren der Batterieherstellung können verwendet werden; damit reduziert sich der Aufwand zur Realisierung des vorgeschlagenen Verfahrens.
• Insbesondere kann der Stapel durch einen flüssigen Elektrolyten (insbesondere mit Lithiumsalz) während des Elektrolytbefüllungsprozesses in ähnlicher Weise aktiviert werden, wie ein herkömmlicher Polyolefinseparator durch einen flüssigen Elektrolyten.
• Das Verfahren eignet sich für die Massenproduktion von Festkörper-Batteriezellen besser als die derzeitig bekannten Verfahren.
• Es ist eine geringere Temperatur für die Gelpolymerelektrolyt-Produktion in der Batteriezelle erforderlich, so dass eine Elektrolytverschlechterung nicht oder nur in geringem Maß auftritt.
• Es erfolgt keine thermische Zersetzung der Lithiumsalze.
• Der Gelpolymerelektrolyt kann die Dendritenbildung im Lithiummetall unterdrücken und damit das Risiko eines thermischen Durchgehens verringern.
• Die erste Elektrode kann mit dem herkömmlichen Kalandrieren auf eine hohe Dichte komprimiert werden; dies führt zu einer hohen volumetrischen Energiedichte.
• Eine höhere Porosität der ersten Elektrode kann einen hohen Strom (hohe C-Rate) und damit eine hohe Leistung liefern.
Kurz gesagt, die Herstellung des Gelpolymerelektrolyten in einer bereits montierten Batteriezelle (also wenn die erste Elektrode bereits in einem Stapel angeordnet ist und der Stapel sich bereits in dem Gehäuse der Batteriezelle befindet) kann die Herstellung von Festkörperbatterien oder Polymergelbatterien drastisch erleichtern. Das Verfahren ist insbesondere durch ein System zur Datenverarbeitung, z. B. ein Steuergerät, durchführbar, wobei das System Mittel aufweist, die zur Ausführung der Schritte des Verfahrens geeignet ausgestattet, konfiguriert oder programmiert sind bzw. die das Verfahren ausführen. Mit dem System kann zumindest die Regelung der für das Verfahren eingesetzten Vorrichtungskomponenten erfolgen.
Die Mittel umfassen z. B. einen Prozessor und einen Speicher, in dem durch den Prozessor auszuführende Befehle gespeichert sind, sowie Datenleitungen oder Übertragungseinrichtungen, die eine Übertragung von Befehlen, Messwerten, Daten oder ähnlichem zwischen den angeführten Komponenten der für das Verfahren eingesetzten Vorrichtungskomponenten ermöglichen.
Es wird weiter ein Computerprogramm vorgeschlagen, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das beschriebene Verfahren bzw. die Schritte des beschriebenen Verfahrens auszuführen.
Es wird weiter ein computerlesbares Speichermedium vorgeschlagen, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen, das beschriebene Verfahren bzw. die Schritte des beschriebenen Verfahrens auszuführen.
Es wird weiter eine Batteriezelle vorgeschlagen, zumindest umfassend ein Gehäuse und darin angeordnet einen Stapel von Elektroden, zumindest umfassend mindestens eine Elektrode, die insbesondere durch das beschriebene Verfahren hergestellt ist.
Eine Batteriezelle umfasst insbesondere ein, ein Volumen umschließendes Gehäuse und in dem Volumen angeordnet mindestens eine erste Elektrode einer ersten Elektrodenart, eine zweite Elektrode einer zweiten Elektrodenart sowie ein dazwischen angeordnetes Separatormaterial bzw. einen festen (auch gelförmigen) Elektrolyten.
Die Batteriezelle ist insbesondere eine Pouchzelle (mit einem verformbaren Gehäuse bestehend aus einer Pouchfolie) oder eine prismatische Zelle (mit einem formfesten Gehäuse). Eine Pouchfolie ist ein bekanntes verformbares Gehäuseteil, dass als Gehäuse für sogenannte Pouchzellen eingesetzt wird. Es handelt sich dabei um ein Kompositmaterial, z. B. umfassend einen Kunststoff und Aluminium.
Die Batteriezelle ist insbesondere eine Lithium-Ionen-Batteriezelle. Die einzelnen Lagen der Mehrzahl von Elektroden sind aufeinander angeordnet und bilden insbesondere einen Stapel. Die Elektroden sind jeweils unterschiedlichen Elektrodenarten zugeordnet, sind also als eine Anode oder eine Kathode ausgeführt. Dabei sind Anoden und Kathoden wechselweise und jeweils durch das Separatormaterial bzw. den Elektrolyten getrennt voneinander angeordnet.
Es wird weiter ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, zumindest umfassend einen Traktionsantrieb und eine Batterie mit mindestens einer der beschriebenen Batteriezellen, wobei der Traktionsantrieb durch die mindestens eine Batteriezelle mit Energie versorgbar ist.
Die Ausführungen zu dem Verfahren sind insbesondere auf die Batteriezelle, das Kraftfahrzeug, das System zur Datenverarbeitung sowie auf das computerimplementierte Verfahren (also den Computer bzw. den Prozessor, das computerlesbare Speichermedium) übertragbar und umgekehrt.
Die Verwendung unbestimmter Artikel („ein“, „eine“, „einer“ und „eines“), insbesondere in den Patentansprüchen und der diese wiedergebenden Beschreibung, ist als solche und nicht als Zahlwort zu verstehen. Entsprechend damit eingeführte Begriffe bzw. Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und insbesondere aber auch mehrfach vorhanden sein können.
Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste“, „zweite“, ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung. Soweit ein Bauteil mehrfach vorkommen kann („mindestens ein“), kann die Beschreibung zu einem dieser Bauteile für alle oder ein Teil der Mehrzahl dieser Bauteile gleichermaßen gelten, dies ist aber nicht zwingend.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
Fig. 1 : einen Ablauf einer ersten Ausführungsvariante eines Verfahrens;
Fig. 2: einen Ablauf einer zweiten Ausführungsvariante eines Verfahrens;
Fig. 3: einen Ablauf einer dritten Ausführungsvariante eines Verfahrens;
Fig. 4: eine erste Ausführungsvariante einer Vorrichtung zur Aufbringung einer
Beschichtung in einer Seitenansicht;
Fig. 5: eine zweite Ausführungsvariante einer Vorrichtung zur Aufbringung einer
Beschichtung in einer Seitenansicht;
Fig. 6: eine Batteriezelle in einer Seitenansicht im Schnitt;
Fig. 7: eine Batteriezelle während Schritt b) des Verfahrens;
Fig. 8: die Batteriezelle nach Fig. 7 nach Schritt b);
Fig. 9: einen Teil des Verfahrens;
Fig. 10: die Benetzungswalzen nach Fig. 9 in einer Ansicht entlang der Förderrichtung;
Fig. 11 : die Benetzungswalzen nach Fig. 10 in einer Seitenansicht; und
Fig. 12: eine Mikrostruktur der Benetzungswalzen nach Fig. 10 und 11.
Die Fig. 1 zeigt einen Ablauf einer ersten Ausführungsvariante eines Verfahrens. In Schritt a) 27 wird das Aktivmaterial 4 bereitgestellt und ggf. auf einem Trägermaterial 9 angeordnet. Der Grundkörper 3 weist das Aktivmaterial 4 und das Trägermaterial 9 auf. Das Aktivmaterial 4 wird vor Schritt aO) 28 mit einem porenbildenden Material 11 benetzt. Das Aktivmaterial 4 wird während Schritt a) 27 und vor Schritt a1) 29 in einem Schritt aO) 28 kalandriert. Das Kalandrieren wurde eingangs bereits erläutert. Der Kalander 16 umfasst eine Mehrzahl von Kalanderwalzen 17. Das Aktivmaterial 4 wird in einer Verformungszone über die Kalanderwalzen 17 mit einer Kalandrierkraft beaufschlagt und komprimiert.
In einem nachfolgenden Schritt a1) 29 wird das Copolymer 5 als Beschichtung 10 auf das Aktivmaterial 4 aufgetragen. Die Beschichtung 10 wird während Schritt a) 27 mit einem porenbildenden Material 11 benetzt. Die mit dem Material 11 benetzte Beschichtung 10 wird in einem Schritt a2) 30 erneut kalandriert.
Die erste Elektrode 1 wird vor Schritt b) 31 in einem Schritt a3) 32 auf eine für den Betrieb in einer Batteriezelle 2 vorbestimmte Geometrie 12 beschnitten. Das Schneiden des als Endlosmaterial 39 ausgeführten Grundkörpers 3 umfasst ein Schlitzen (Schnittlinie verläuft entlang der Erstreckung, x-Richtung bzw. Förderrichtung 46, des Endlosmaterials 39 zur Aufteilung des breiten Ausgangsmaterials des Grundkörpers 3 in mehrere weniger breite Streifen Endlosmaterial 39), ein Ausklinken (mit der Schnittlinie werden die Stromableiter 38 aus dem Endlosmaterial 39 herausgebildet; die Schnittlinien verlaufen längs und quer zur Erstreckung des Endlosmaterials 39, also z. B. entlang der y-Richtung und der x-Richtung), und/ oder ein Abtrennen (die Schnittlinie verläuft quer zur Erstreckung des Endlosmaterials 39 entlang der y-Richtung; durch das Abtrennen werden die Grundkörper 3 von dem Endlosmaterial 39 abgeschnitten und die einzelnen Lagen bzw. Elektroden 1, 13 des Stapels 14 gebildet).
In einem nachfolgenden Schritt a4) 33 wird die beschnittene erste Elektrode 1 bzw. der Grundkörper 3 getrocknet. Dabei verdampft das porenbildende Material 11 und bildet Poren in dem Aktivmaterial 4 und in der Beschichtung 10 aus.
In einem nachfolgenden Schritt a5) 34 erfolgt das Stapeln der Elektroden 1 , 13 und ggf. eines Separators 40 zu dem Stapel 14.
In einem nachfolgenden Schritt a6) 35 erfolgt ein Anordnen des Stapels 14 in einem Gehäuse 15.
Der nachfolgende Schritt b) 31 teilt sich in einen Schritt b1) 36, dem Hinzufügen des flüssigen Elektrolyten 6, und in einen Schritt b2) 37 auf, dem Ausbilden eines Gelpolymerelektrolyten 7 durch Reaktion des Copolymers 5 mit dem flüssigen Elektrolyten 6 und dem Ausbilden der ersten Elektrode 1. Es wird darauf hingewiesen, dass die Zugabe des porenbildenden Materials 11 jeweils optional durchgeführt werden kann.
Fig. 2 zeigt einen Ablauf einer zweiten Ausführungsvariante eines Verfahrens. Hier ist die zweite Elektrode 13 eine Lithiummetallanode, die nicht von dem flüssigen Elektrolyten 6 beaufschlagt werden soll. Auf die Ausführungen zu Fig. 1 wird Bezug genommen.
Im Unterschied zur ersten Ausführungsvariante wird hier nur die Kathode durch das Verfahren als erste Elektrode 1 hergestellt. Schritt b) 31 erfolgt daher nach dem Schritt a3) 32, dem Beschneiden. Gemäß Schritt b) 31 erfolgt ein Hinzufügen des flüssigen Elektrolyten 6 und ein Ausbilden eines Gelpolymerelektrolyten 7 durch Reaktion des Copolymers 5 mit dem flüssigen Elektrolyten 6 und ein Ausbilden der ersten Elektrode 1.
In einem nachfolgenden Schritt a5) 34 erfolgt das Stapeln der Elektroden 1 , 13 und ggf. eines Separators 40 zu dem Stapel 14.
In einem nachfolgenden Schritt a6) 35 erfolgt ein Anordnen des Stapels 14 in einem Gehäuse 15.
Fig. 3 zeigt einen Ablauf einer dritten Ausführungsvariante eines Verfahrens. Auf die Ausführungen zu Fig. 1 und 2 wird verwiesen.
Im Unterschied zu den anderen Ausführungsvarianten wird hier das Copolymer 5 in Schritt a) 27 mit dem Aktivmaterial 4 zu einer Materialmischung 8 vermischt und die Materialmischung 8 auf einem Trägermaterial 9 angeordnet. Das Copolymer 5 ist gleichmäßig in der Materialmischung 8 verteilt angeordnet. Wenn im Rahmen des Schrittes b) 31 dann eine Ausbildung des Gelpolymerelektrolyten 7 erfolgt, ist auch der Gelpolymerelektrolyt 7 in der Materialmischung 8 der dann ausgebildeten ersten Elektrode 1 gleichmäßig verteilt angeordnet.
Das Aktivmaterial 4 wird vor Schritt aO) 28 mit einem porenbildenden Material 11 benetzt. Das Aktivmaterial 4 wird während Schritt a) 27 und vor Schritt a1) 29 in einem Schritt aO) 28 kalandriert. Die erste Elektrode 1 wird vor Schritt b) 31 in einem Schritt a3) 32 auf eine für den Betrieb in einer Batteriezelle 2 vorbestimmte Geometrie 12 beschnitten. ln einem nachfolgenden Schritt a4) 33 wird die beschnittene erste Elektrode 1 bzw. der Grundkörper 3 getrocknet. Dabei verdampft das porenbildende Material 11 und bildet Poren in der Materialmischung 8 aus.
Im Unterschied zur ersten Ausführungsvariante wird hier nur die Kathode als erste Elektrode 1 durch das Verfahren hergestellt. Schritt b) 31 erfolgt daher nach dem Schritt a3) 32, dem Beschneiden. Gemäß Schritt b) 31 erfolgt ein Hinzufügen des flüssigen Elektrolyten 6 und ein Ausbilden eines Gelpolymerelektrolyten 7 durch Reaktion des Copolymers 5 mit dem flüssigen Elektrolyten 6 und ein Ausbilden der ersten Elektrode 1.
In einem nachfolgenden Schritt a5) 34 erfolgt das Stapeln der Elektroden 1 , 13 und ggf. eines Separators 40 zu dem Stapel 14.
Der Schritt a1) 29, also das Anordnen des Copolymers 5 als Beschichtung 10 auf der Materialmischung 8, ist hier nicht zwingend vorgesehen.
Fig. 4 zeigt eine erste Ausführungsvariante einer Vorrichtung zur Aufbringung einer Beschichtung 10 in einer Seitenansicht.
Das Copolymer 5 wird mit einer venturi basierten Düse 21 auf die Oberfläche des Grundkörpers 3 (also nur des Aktivmaterials 4) gesprüht (auch als Hochgeschwindigkeitsstrahlen bzw. - strahlverfahren bezeichnet). Die Düse 21 wird mit trockener Luft 24 unter hohem Druck (ca. 6 bar) beaufschlagt. Dazu wird die Luft 24 in einem Verdichter 22 verdichtet. Über ein Ventil 23 wird die Zufuhr des Copolymers 5 gesteuert. Die Copolymer-Partikel treten in die Düse 21 ein. Der hohe Luftdruck wird in eine hohe Luftgeschwindigkeit umgewandelt. Die Luft mit hoher Geschwindigkeit (maximal 0,3 bis 4 Mach) nimmt die Copolymer-Partikel mit und bombardiert sie auf die, insbesondere bereits kalandrierte, Oberfläche des Grundkörpers 3. Auf diese Weise kann eine dünne Beschichtung 10 mit wenigen pm Dicke erzeugt werden.
Fig. 5 zeigt eine zweite Ausführungsvariante einer Vorrichtung zur Aufbringung einer Beschichtung 10 in einer Seitenansicht. Der Grundkörper wird als Endlosmaterial 39 einem Paar Anpresswalzen 26 zugeführt. Über die Anpresswalzen 26 wird das über jeweils einen Auslass 25 zugeführte Copolymer 5 mit dem Trägermaterial 9 verbunden. Über Förderwalzen 20 erfolgt ein Weitertransport der ersten Elektrode 1 hin zu dem Kalander 16 und Schritt a2) 30 Die mit dem Material 11 benetzte Beschichtung 10 wird in einem Schritt a2) 30 erneut kalandriert. Fig. 6 zeigt eine Batteriezelle 2 in einer Seitenansicht im Schnitt. Die Batteriezelle 2 umfasst ein, ein Volumen umschließendes Gehäuse 15 und in dem Volumen angeordnet eine Mehrzahl erster Elektroden 1 einer ersten Elektrodenart, eine Mehrzahl zweiter Elektroden 13 einer zweiten Elektrodenart sowie einen dazwischen angeordneten Separator 40 bzw. einen festen (auch gelförmigen) Elektrolyten 6. Die Stromableiter 38 der Elektroden 1 , 13 erstrecken sich aus dem Gehäuse 15 heraus. Das Gehäuse 15 ist gasdicht verschlossen.
Fig. 7 zeigt eine Batteriezelle 2 während Schritt b) 31 des Verfahrens. Das Gehäuse 15 ist bereits zum Teil verschlossen über Siegelnähte 41. Die Stromableiter 38 erstrecken sich über das Gehäuse 15 nach außen.
Gemäß Schritt a6) 35 erfolgt ein Anordnen des Stapels 14 in dem Gehäuse 15. Gemäß Schritt b1) 36 erfolgt ein Hinzufügen des flüssigen Elektrolyten 6 über eine noch unverschlossene Seite des Gehäuses 15.
Fig. 8 zeigt die Batteriezelle 2 nach Fig. 7 nach Schritt b) 31. Im Rahmen des Schrittes b) 31 wird das Gehäuse 15 nun final geschlossen. Es erfolgt in einem Schritt b2) 37 das Ausbilden eines Gelpolymerelektrolyten 7 durch Reaktion des Copolymers 5 mit dem flüssigen Elektrolyten 6 und das Ausbilden der ersten Elektrode 1.
Fig. 9 zeigt einen Teil des Verfahrens. Es ist hier der Schritt aO) 28 dargestellt, also das (erste) Kalandrieren sowie das Benetzen des Aktivmaterials 4 vor dem Schritt aO) 28 mit einem porenbildenden Material 11 . Das Aktivmaterial 4 wird während Schritt a) 27 und vor Schritt a1) 29 in einem Schritt aO) 28 kalandriert. Der Grundkörper 3 wird zur Benetzung mit dem porenbildendem Material 11 durch ein mit dem porenbildendem Material 11 gefüllten Tank 42 geführt. Das porenbildende Material 11 umfasst z. B. DMC (Dimethylencarbonat). Der mit DMC gefüllte Tank 42 wird durch Stickstoffgas 43 unter Druck gesetzt, so dass keine Außenluft eindringen kann. Wenn die erste Elektrode 1 den Tank 42 als Endlosmaterial 39 durchläuft, dringt das porenbildende Material 11 in die Poren des Aktivmaterials 4 ein. Es ist eine Benetzungswalze 18 vorgesehen, die auf den Grundkörper 3 einen Druck ausübt, so dass durch den mechanischen Druck mehr von dem porenbildenden Material 11 in das Aktivmaterial 4 des Grundkörpers 3 gelangt. Die Benetzungswalze 18 verursacht eine Mikrostruktur 44 auf der Oberfläche des Grundkörpers 3 (siehe Fig. 12). Auf diese Weise wird mehr Material 11 in den Poren bzw. Mikroporen an der Oberfläche des Grundkörpers 3 haften. Es sind weiter Abstreifwalzen 19 vorgesehen, über die überschüssiges porenbildendes Material von der Oberfläche des Grundkörpers 3 entfernt wird. Das überschüssige porenbildende Material 11 kann in den Tank 42 zurückgeführt werden.
Die Poren des Grundkörpers 3 sind dann mit dem porenbildenden Material gefüllt. 11 Anschließend wird der Grundkörper 3 in einem Schritt a2) 30 kalandriert.
Bei dem Kalandrieren gemäß Schritt a2) 30 wird beidseitig z. B. eine (Polyurethan-)Schutzfolie 45 verwendet. Auf diese Weise wird das Material 11 nicht an den Seiten des Grundkörpers 3 austreten. Die Polyurethan-Schutzfolie 45 wird vor dem Eintritt in die Kalanderwalzen 17 auf den Grundkörper 3 gelegt und nach dem Austritt aus dem Kalander 16 wieder zurückgewickelt. Auf diese Weise kann dieselbe Schutzfolie 45 wiederholt verwendet werden.
Fig. 10 zeigt die Benetzungswalzen 18 nach Fig. 9 in einer Ansicht entlang der Förderrichtung 46. Fig. 11 zeigt die Benetzungswalzen 18 nach Fig. 10 in einer Seitenansicht. Fig. 12 zeigt eine Mikrostruktur 44 der Benetzungswalzen 18 nach Fig. 10 und 11. Die Fig. 10 bis 12 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben. Auf die Ausführungen zu Fig. 9 wird verwiesen.
Die Benetzungswalzen 18 werden zusätzlich durch eine Anregungsvorrichtung 47 zu Schwingungen 48 angeregt. Die Benetzungswalzen 18 üben auf den Grundkörper 3 einen Druck aus, so dass durch den mechanischen Druck mehr von dem porenbildenden Material 11 in das Aktivmaterial 4 des Grundkörpers 3 gelangt. Die Benetzungswalzen 18 weisen eine Mikrostruktur 44 auf und verursachen damit eine Mikrostruktur 44 auf der Oberfläche des Grundkörpers 3 (siehe Fig. 12). Die einzelnen Formen der Mikrostruktur 44 weisen eine Tiefe von ca. 20 pm und eine Weite von höchstens ca. 5 pm auf. Auf diese Weise wird mehr Material 11 in den Poren bzw. Mikroporen an der Oberfläche des Grundkörpers 3 haften.
Bezugszeichenliste erste Elektrode (Festkörper-)Batteriezelle Grundkörper Aktivmaterial Copolymer Elektrolyt
Gelpolymerelektrolyt
Materialmischung Trägermaterial Beschichtung Material
Geometrie zweite Elektrode
Stapel
Gehäuse
Kalander
Kalanderwalze
Benetzungswalze Abstreifwalze Förderwalze
Düse
Verdichter
Ventil
Luft
Auslass
Anpresswalze
Schritt a)
Schritt aO)
Schritt a1)
Schritt a2)
Schritt b)
Schritt a3) Schritt a4)
Schritt a5)
Schritt a6)
Schritt b1)
Schritt b2)
Stromableiter
Endlosmaterial
Separator
Siegelnaht
Tank
Stickstoffgas
Mikrostruktur
Polyurethan-Schutzfolie
Förderrichtung
Anregungsvorrichtung
Schwingung

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Herstellung einer ersten Elektrode (1) einer Batteriezelle (2), zumindest umfassend die folgenden Schritte: a) Erzeugen eines Grundkörpers (3) der ersten Elektrode (1), zumindest umfassend ein Aktivmaterial (4) der ersten Elektrode (1) und ein Copolymer (5); b) Benetzen des Grundkörpers (3) mit einem flüssigen Elektrolyten (6) und Ausbilden eines Gelpolymerelektrolyten (7) durch Reaktion des Copolymers (5) mit dem flüssigen Elektrolyten (6) und Ausbilden der ersten Elektrode (1). Verfahren nach Patentanspruch 1 , wobei das Copolymer (5) in Schritt a) mit dem Aktivmaterial (4) zu einer Materialmischung (8) vermischt und die Materialmischung (8) auf einem Trägermaterial (9) angeordnet wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das Copolymer (5) in einem, während Schritt a) durchgeführten Schritt a1) als Beschichtung (10) auf das Aktivmaterial (4) aufgetragen wird. Verfahren nach Patentanspruch 3, wobei das Aktivmaterial (4) während Schritt a) und vor Schritt a1) in einem Schritt aO) kalandriert wird. Verfahren nach Patentanspruch 4, wobei das Aktivmaterial (4) während Schritt a) und dabei vor oder während Schritt aO) mit einem porenbildenden Material (11) benetzt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche 3 bis 5, wobei die Beschichtung (10) während Schritt a) mit einem porenbildenden Material (11) benetzt wird. Verfahren nach Patentanspruch 2, wobei die Materialmischung (8) während Schritt a) mit einem porenbildenden Material (11) benetzt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche 5 bis 7, wobei das porenbildende Material (11) vor Schritt b) aus dem Grundkörper (3) zumindest teilweise entfernt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Grundkörper (3), zumindest bestehend aus dem Aktivmaterial (4) und dem Copolymer (5), vor Schritt b) in einem Schritt a2) kalandriert wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Grundkörper (3) unmittelbar vor Schritt b) Gelpolymerelektrolyt-frei ist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die erste Elektrode (1) vor Schritt b) auf eine für den Betrieb in einer Batteriezelle (2) vorbestimmte Geometrie (12) beschnitten wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die erste Elektrode (1) zwischen den Schritten a) und b) getrocknet wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die erste Elektrode (1) nach Schritt a) und vor Schritt b) mit zumindest einer zweiten Elektrode (13) aufeinander gestapelt angeordnet wird und die Elektroden (1 , 13) einen Stapel (14) ausbilden. Verfahren nach Patentanspruch 11 , wobei der Stapel (14) vor Schritt b) in einem Gehäuse (15) der Batteriezelle (2) angeordnet wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das Ausbilden des Gelpolymerelektrolyten (7) zumindest durch eine Zuführung thermischer oder mechanischer Energie aktiviert wird.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN121534867A (zh) * 2026-01-21 2026-02-17 华电电力科学研究院有限公司 一种锂电池浆料喷涂装置及使用方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3702318B2 (ja) * 1996-02-09 2005-10-05 日本電池株式会社 非水電解質電池用電極及びその電極を用いた非水電解質電池
JP3419311B2 (ja) * 1998-07-15 2003-06-23 トヨタ自動車株式会社 バイポーラ型リチウムイオン２次電池
JP3516133B2 (ja) * 1999-05-12 2004-04-05 日本電池株式会社 非水電解質二次電池の製造方法
DE10020031C2 (de) 2000-04-22 2002-05-29 Franz W Winterberg Verfahren zur Herstellung von wiederaufladbaren Lithium-Polymer-Batterien
GB0021466D0 (en) 2000-09-01 2000-10-18 Univ Leeds Innovations Ltd Extruded battery components
JP2002216744A (ja) * 2001-01-17 2002-08-02 Japan Storage Battery Co Ltd 非水電解質電池および非水電解質電池用正極の製造法。
KR100666821B1 (ko) * 2004-02-07 2007-01-09 주식회사 엘지화학 유/무기 복합 다공성 코팅층이 형성된 전극 및 이를포함하는 전기 화학 소자
JP4815845B2 (ja) * 2005-04-04 2011-11-16 ソニー株式会社 ポリマー電池
TWI317752B (en) * 2005-04-19 2009-12-01 Lg Chemical Ltd Safety-improved electrode by introducing crosslinkable polymer and electrochemical device comprising the same
KR100791791B1 (ko) * 2006-03-10 2008-01-04 주식회사 엘지화학 다공성 활성층이 코팅된 전극, 그 제조방법 및 이를 구비한전기화학소자
JP2010267475A (ja) * 2009-05-14 2010-11-25 Panasonic Corp リチウムイオン二次電池
MY185553A (en) 2016-12-15 2021-05-19 Nissan Motor Electrode for secondary cell, and secondary cell
DE102018207773A1 (de) * 2018-05-17 2019-11-21 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Herstellung poröser Elektroden für elektrochemische Zellen
JP7040364B2 (ja) * 2018-08-30 2022-03-23 日産自動車株式会社 非水電解質二次電池
CN109167020B (zh) * 2018-09-11 2021-03-30 天津市捷威动力工业有限公司 一种具有高能量密度的多孔锂离子极片及其制备方法及锂离子电池

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