WO2015091004A2 - Verfahren zur herstellung wenigstens einer energiespeicherkomponente für einen elektrischen energiespeicher - Google Patents

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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 at least one energy storage component for an electrical energy store.
  • Electrical energy storage devices are known in structure and function in and of themselves.
  • the essential energy storage components of corresponding electrical energy stores include electrodes, an electrically insulating, but ionically conductive separator or electrolyte arranged between the electrodes, and electrically conductive contact elements assigned to the electrodes, so-called drainers.
  • a porous, in particular open-pore, structure is the
  • Electrodes and the separator required so that both the electrodes and the separator can be filled or interspersed with a liquid or gel electrolyte.
  • the invention is thus based on the object of specifying an improved method for producing at least one energy storage component for an electrical energy store.
  • the object is achieved by a method for producing at least one energy storage component for an electrical energy store, which according to the invention is characterized in that at least one energy storage component material forming the at least one energy storage component and at least one porosity agent, which forms porous structures, for producing the at least one energy storage component used in the energy storage component to be produced, are deposited by means of aerosol deposition in a common deposition process on a carrier material.
  • the inventive principle relates to a special technical approach for producing at least one energy storage component for an electrical energy storage.
  • at least one energy storage component such as.
  • an electrode or a separator forming energy storage component material and a porosity agent serving to form porous structures in the energy storage component to be produced are deposited by means of aerosol deposition in a common deposition process on a carrier material.
  • Aerosol deposition is generally a deposition process in which particulate starting materials, which are also understood as being particle mixtures of different particulate starting materials, are an aerosol, i. H. a mixture or a dispersion of solid or liquid particles and a gaseous carrier medium, prepared, and, in particular by means of vacuum, is accelerated onto a support material.
  • the accelerated particulate starting materials impinge on the carrier material with high kinetic energy and form a solid layer there in situ due to the high kinetic energy input.
  • the main advantages of the aerosol deposition over other deposition processes are especially in the possible low process temperatures, which are typically in a range between 0 ° C and 300 ° C can be seen.
  • a temperature control of the starting materials or of the carrier material or of the deposited materials may be expedient, since this can influence the microstructure of the deposited materials.
  • the aerosol deposition also allows chemically distinctly different starting materials to be deposited together and thus combined in a solid layer.
  • the aerosol deposition used in the process according to the invention is a co-deposition process in which several different starting materials or mixtures of different starting materials, ie. H. in particular the at least energy storage component material and the at least one
  • Porosianssmittel be deposited by means of aerosol deposition together in a deposition process or in a common deposition process on a support material.
  • a common deposition occurring in a deposition process can be understood to mean that the materials to be deposited, in short the deposition materials, are deposited at the same time. However, a common deposition occurring in a deposition process can also be understood as meaning that the materials to be deposited are deposited in a temporally successive or time-staggered manner.
  • a deposition process may therefore comprise a plurality of time-sequential or time-staggered deposition steps, in which deposition steps in each case one or more, optionally different materials to be deposited are deposited.
  • the materials to be deposited ie the at least one energy storage component material and the at least one porosity agent and optionally further deposition materials, first to produce one or more aerosols and to accelerate this aerosol (s) specifically to the carrier material, so that there is one of the at least one energy storage component material and the at least one
  • Porosizing agent and the optional further deposition materials existing solid layer is deposited.
  • the thus deposited layer forms the energy storage component to be produced.
  • the layer thicknesses of the energy storage components produced by means of the method according to the invention are in a range between 1 and 300 ⁇ m. Nevertheless, in principle energy storage components with layer thicknesses below 1 ⁇ m or above 300 ⁇ m can also be produced.
  • the proportionate composition of the aerosol to be deposited d. H. in particular via the proportion or concentration of the at least one energy storage component material in the aerosol and the proportion or concentration of the at least one porosity agent in the aerosol, it is possible to set desired desired porosities of an energy storage component to be produced.
  • local gradients of porosity can be formed within an energy storage component by gradually varying the proportion or concentration of the at least one porosity agent.
  • high proportions or concentrations of the at least one porosity agent cause correspondingly high porosities.
  • An energy storage component material is to be understood as meaning a material or a material mixture from which an energy storage component can be formed.
  • One in the frame The energy storage component material used in the method according to the invention is therefore such that it forms the energy storage component produced in a functional as well as structural respect.
  • a porosity agent is to be understood as meaning a material or a material composition which (s) serves to form porous, in particular open-pore, structures in the energy storage component to be produced.
  • Porosity agent may structurally be such that the formation of porous structures in the energy storage component takes place during and / or after the deposition.
  • porous structures can be formed by way of the at least one porosity agent in that the at least one porosity agent is formed during and / or after the deposition, eg. B. by decomposition, is removed from the energy storage component. Consequently, by the removal of the at least one porosity, in particular communicating with each other or contiguous, vacancies or cavities are formed, which form porous structures within the energy storage component.
  • Both the at least one energy storage component material to be deposited and the at least one pore-forming agent to be deposited are particulate.
  • Under a particulate material is a particulate, d. H. from individual and / or more agglomerated particles existing powder or a corresponding powder mixture to understand.
  • the particles contained in a powder or a powder mixture are in principle freely selectable in their shape or morphology. For example, only particles with spherical or roundish or platelet-like shapes or
  • the size of the particles is typically in a range between 0.05 and 30 ym, in particular in a range between 0.2 and 10 ym. Nevertheless, the particle sizes of the In exceptional cases, particles also lie below 0.05 ⁇ m or above 30 ⁇ m.
  • a first energy storage component such. B. a first electrode
  • a second energy storage component such as a separator
  • the first electrode is deposited.
  • a third energy storage component such as. B. another electrode can be deposited. Accordingly, a deposited energy storage component, the carrier material on which the deposition of a further, this takes place in the overall structure of the energy storage energy storage component represent.
  • energy storage components in the form of electrical contact elements, ie so-called discharge amps.
  • prefabricated electrical contact elements for. B. in the form of metallic films are used, on which further energy storage components are deposited by means of aerosol deposition.
  • the prefabricated electrical contact elements can serve as carrier material here.
  • a finished energy store can be deposited in layers or built up in layers in a continuous manner solely by a change in the composition of the aerosol or aerosols used, ie in particular by a change in the composition of the aerosol containing the energy storage component material.
  • the method according to the invention can also be regarded as a method for producing an energy store.
  • the energy storage components to be produced or produced by the process according to the invention are suitable, in particular, for use with a liquid or gel electrolyte, in short, liquid electrolytes, since the use of the porosity agent forms porous structures in or on the energy storage component (s) that are produced with or . can be penetrated by a corresponding liquid electrolyte.
  • an energy storage component in the form of an electrode, for which purpose at least one electrode material designed to receive ions is deposited as the energy storage component material.
  • the energy storage component material may accordingly be an electrode material forming an electrode, that is to say a material which, in particular during the operation of an energy store, can release ions or absorb or store ions.
  • an electrode to be manufactured or produced for a lithium-ion energy storage can be used as electrode material, for example, graphite or a lithium-containing compound such. LiCoC> 2, LiMn 2 0 4 or LiFeP0 4 .
  • the electrode material can be understood or referred to as active material.
  • An electrode deposited by means of aerosol deposition can be produced from conventionally produced ones, for example by spraying, inter alia by
  • aerosol deposition crystalline microstructures are formed which are distinguished by nanocrystalline structure and, for example, slate-like fracture patterns.
  • a particle In aerosol deposition, particles about 1 ⁇ m in size are accelerated and break on the support material.
  • a particle can comprise several crystallites or only one.
  • the resulting anode, layer or electrode has nanocrystallites and particle fragments. These have, for example, particle sizes or crystallite sizes below 100 nm, in particular below 70 nm and especially often in the range between 10 and 50 nm, whereby they typically stand out due to a disturbed lattice structure.
  • the disturbance of the lattice structure is in particular also caused by the impact of the particles with high kinetic energy on the carrier material and thus allows conclusions to be drawn about the particle velocity.
  • the particle fragments often have a patty-like shape, which again can be seen as a consequence of the acceleration of the particles onto the substrate.
  • a deposition method such as, for example, the aerosol deposition can be detected on the finished product according to the above description, since detection methods which are known to the person skilled in the art reveal the above-mentioned structural features on the finished layer.
  • At least one electrically conductive conductive material can be deposited and / or an electrode material comprising an electrically conductive conductive material can be deposited.
  • the aerosol to be deposited for the formation of the energy storage component can therefore be located next to the electrode material and the Poros michsstoff still contain at least one particulate conductive material, via which the electrical properties, in particular the electrical conductivity of the manufactured or produced electrode can be influenced.
  • About the proportionate composition of the aerosol to be deposited, ie in particular on the proportion or the concentration of the conductive material specific electrical properties, in particular electrical conductivities can be set specifically. In particular, local gradients of conductivity can also be formed by gradually varying the proportion or concentration of the conductive material. High proportions or concentrations of the conductive material require correspondingly high conductivities.
  • the conductive material may, for example, be particulate graphite or special conductive carbon blacks.
  • an energy storage component is produced in the form of an electrically insulating, but ionically conductive separator to be arranged between two electrodes of an energy store, for which at least one electrically insulating, optionally even ionically conductive separator material is used
  • Energy storage component material is deposited.
  • the energy storage component material can accordingly be a separator material forming a separator, and thus a material with electrically insulating and optionally ionically conductive properties.
  • the separator is therefore impermeable to electrons, but permeable to certain ions.
  • the separator material used may for example consist of or comprise an organic, in particular polymeric, and / or inorganic, in particular ceramic, material.
  • a separator When producing a separator, attention must be paid to a layer thickness which does not exceed the necessary level.
  • a separator should be made as thin as possible on a regular basis.
  • the layer thicknesses of a separator for liquid electrolyte energy storage or liquid electrolyte cells, ie for energy storage with polymer or gel electrolyte in a range between 10 and 30 ym.
  • the layer thickness of the separator is only a few ym.
  • an energy storage component in the form of an electrically conductive contact element to be contacted with an electrode of an energy store, for which purpose at least one electrically conductive contact element material is deposited as energy storage component material.
  • the energy storage component material may accordingly be a contact element material forming an electrically conductive contact element, and thus a material having electrically conductive properties.
  • the contact element material may for example consist of a metal or a metal compound.
  • the contact element material may consist of aluminum or an aluminum compound, copper or a copper compound, nickel or a nickel compound or graphite.
  • At least one decomposition material and / or a porosity agent comprising at least one decomposition material may be used as the porosity agent, it being possible for the decomposition material to decompose without leaving any residue.
  • the formation of porous structures is therefore based on the decomposition occurring during or after the deposition or production of the energy storage component and thus the removal of corresponding decomposition materials from the energy storage component.
  • the residue-free decomposition or removal of the decomposition materials necessitates the formation of voids, in particular voids communicating with one another or contiguous voids, within the energy storage space. component over which vacancies, in particular open-pored, porous structures and thus a certain porosity within the energy storage component can be realized.
  • the decomposition of the decomposition material may, for example, thermally, d. H. via application of temperature.
  • a decomposition material is preferably used, which can decompose thermally above its material-specific decomposition temperature without residue.
  • the decomposition material is to be heated to a temperature above its material-specific decomposition temperature.
  • the thermal energy required for the thermal decomposition of the decomposition material via high-energy radiation, such as. B. over laser radiation apply. Of course, care must be taken that the thermal energy provided for thermal decomposition of the decomposition material is not so high as to damage the energy storage component material.
  • the decomposition material by means of a solvent by dissolution and to remove it from the energy storage component dissolved in the solvent.
  • the solvent is selected such that the energy storage component material is not soluble in the solvent.
  • This principle is therefore applicable, for example, if the decomposition material on an organic material such.
  • a polymer material As a polymer material, and the energy storage component material based on an inorganic material, so that an organic solvent only the organic components of the energy storage component, ie the organic decomposition material, but not the inorganic components of the energy storage component, ie the energy storage component material dissolves.
  • the decomposition material may be, for example, a synthetic or natural polymer material.
  • the polymer material expediently has a low decomposition temperature, in particular a low melting point, and / or good solubility in organic solvents.
  • it may therefore z. B. to thermoplastic materials such.
  • Porosizing agent is used at least one decomposition material and / or at least one decomposition material Poros michsmittel, wherein the decomposition material can decompose above its material-specific decomposition temperature to form electrically conductive decomposition products.
  • the decomposition of the decomposition material takes place thermally in this embodiment and, in contrast to the embodiment described above, is not residue-free.
  • the decomposition of the decomposition material leaves in this embodiment electrically conductive decomposition products and therefore electrically conductive residues.
  • This electrically conductive residue increases the electrical conductivity of the energy storage component, so that optionally the use of additional electrically conductive conductive materials, such. As graphite, proportionately reduced or can even be dispensed with the use of such conductive materials.
  • the electrically conductive decomposition products can be formed, for example, by conversion of the decomposition material as part of the thermal decomposition, in particular pyrolysis, of the decomposition material above its material-specific decomposition temperature.
  • the formation of electrically conductive decomposition products can be achieved by men of the thermal decomposition process conditions such. As oxygen concentration, oxygen partial pressure, temperature, are controlled.
  • the decomposition material in this embodiment may in particular be a polymer material which is suitable for forming electrically conductive decomposition products in the course of its thermal decomposition.
  • a polymer material which is suitable for forming electrically conductive decomposition products in the course of its thermal decomposition.
  • Polymer materials with a relatively high proportion of carbon such as. As polystyrene and / or dimethyl cellulose, in question.
  • the decomposition products are therefore primarily electrically conductive carbon compounds.
  • porosity core-shell particles consisting of at least one core material (core) and at least one shell material enveloping the core material (shell).
  • the shell material may be electrically conductive and can decompose the core material, in particular above its material-specific decomposition temperature, residue-free.
  • the core material is electrically conductive and the shell material, in particular above its material-specific decomposition temperature, can decompose without residue.
  • the statements regarding the decomposition material, which can be decomposed without leaving residue apply analogously in principle.
  • The, in particular thermally induced, residue-free decomposition of each non-electrically conductive components of the core-shell particles leads to the formation of electrically conductive structures within the energy storage component by each remaining electrically conductive components of the core-shell particles.
  • the shell material may be deposited above a material-specific decomposition temperature with the exception of formation of electrically conductive decomposition products can thermally decompose.
  • the core material can be thermally decomposed above a material-specific decomposition temperature to form electrically conductive decomposition products.
  • the statements with respect to the decomposition material, which can be decomposed thermally to form electrically conductive decomposition products apply in principle analogously.
  • the thermally induced decomposition of each electrically conductive residue-forming constituent of the core-shell particles leads to the formation of electrically conductive structures within the energy storage component.
  • the remaining components of the core-shell particles can remain in their original form or be decomposed without residue.
  • the porosity agent used is at least one volatile decomposition material and / or one porosity agent comprising at least one volatile decomposition material, whereby the volatile decomposition material volatilizes independently under the process conditions prevailing during the deposition.
  • a volatile decomposition material is to be understood in particular as a material having a low boiling point. Due to the process conditions prevailing during the deposition, in particular the prevailing pressure and / or the prevailing temperature, the volatile decomposition material undergoes a phase transition and exits, especially as liquid or gas, during and / or after the deposition from the energy storage component.
  • the decomposition material may be, for example, frozen particles of water and / or one, in particular organic, solvent. It is also conceivable to use solid nitrogen or solid carbon dioxide (dry ice) which sublimate under normal conditions. In this It should be mentioned again that the process conditions in the context of aerosol deposition also allow comparatively low temperatures, so that the deposition can take place even at temperatures around the freezing point or below the freezing point, which allows the use of the aforementioned volatile decomposition materials readily.
  • the at least one energy storage component material and the at least one porosity agent and optionally further deposition materials can be provided that the at least one energy storage component material and the at least one porosity agent and optionally further deposition materials to form a
  • Particulate mixture are premixed and the particle mixture is deposited.
  • all the deposition materials to be deposited for the particular energy storage component to be produced are transferred into a particle mixture or into an aerosol containing a corresponding particle mixture, which particle mixture or aerosol is deposited on the carrier material.
  • the deposition process comprises in particular a deposition step in which all the deposition materials to be deposited are deposited together.
  • an aerosol containing all the deposition materials to be deposited is deposited or used.
  • the at least one energy storage component material or a part of the at least one energy storage component material and the at least one porosity agent or at least part of the at least one porosity agent and optionally further deposition materials to be deposited in a time-staggered manner.
  • the deposition materials to be deposited for the particular energy storage component to be produced or produced are deposited at least partially separately or in respective separately produced aerosols.
  • the advantage of this variant is that the respective deposition materials here individually prepared for the deposition, in particular pretreated, and dosed can.
  • the respective deposition materials are therefore different plant and process parameters, such.
  • the materials to be deposited d. H. Deposition materials, with the same or similar material properties or
  • Particle properties in particular equal or similar density and / or morphology and / or particle size, premixed in individual fractions to form a particle mixture and fractionally, d. H. in respective fractions.
  • a plurality of aerosols are produced, which, however, each have a plurality of deposition materials of the same or similar material properties or
  • Swirling device be swirled.
  • the turbulence of the deposition materials requires a certain mixing of these, which can be advantageous for the deposition process of a particular energy storage component with certain properties.
  • the deposition materials do not necessarily have to be homogeneously mixed during the turbulence. Rather, what is essential is a controlled mixing of the deposition materials with regard to the desired properties of the energy storage component to be deposited or produced. Mixing can be carried out in plant-specific terms by would be for carrying out the method according to the invention switched turbulizers, such. B.
  • the invention further relates to an energy storage component for an electrical energy storage.
  • the energy storage component at least insofar as it is an electrode or a separator, at least partially a porous structure.
  • the energy storage component is characterized in that it is produced according to the inventive method described above.
  • the invention further relates to an electrical energy storage, in particular a lithium-ion energy storage.
  • the electrical energy store is characterized in that it comprises at least one energy storage component, which is produced by the method according to the invention described above.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of an electrical energy store, comprising a plurality of energy storage components, which were produced by a method according to an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 2 is an enlarged view of a detail of the energy store shown in FIG. 1;
  • FIG. FIG. 3 shows 6 different production steps in the context of producing an electrical energy store according to a method according to an embodiment of the invention;
  • Fig. 7, 8 each a schematic diagram of a system for
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an electrical energy store 1, comprising a plurality of energy storage components 2 - 6, which were produced by a method according to an embodiment of the invention.
  • the electrical energy storage 1 is a lithium-ion energy storage, which is designed for use with a liquid electrolyte.
  • Certain energy storage components 3, 4, 5 of the energy storage device 1 have accordingly each, in particular open-pored, porous structures, which are filled with a liquid electrolyte during operation of the energy storage device 1 or interspersed by this.
  • the energy storage component 2 is an electrically conductive contact element 2a.
  • the contact element 2a is made of an electrically conductive Kunststoffelementmateri- al, such. As aluminum or an aluminum compound formed.
  • the contact element 2 a serves for electrical contacting of the energy storage component 3 arranged adjacently to the outside.
  • the contact element 2a is therefore electrically connected to the energy storage component 3 arranged adjacent thereto.
  • the contact element 2 a is designed to be substantially compact, in order to achieve the best possible discharge of the electrons or the highest possible specific electrical conductivity or the lowest possible intrinsic conductivity. to ensure resistance.
  • the layer thickness of the contact element 2a is typically in a range between 8 and 30 ym.
  • the energy storage component 3 is an electrode 3a connected as a cathode.
  • the electrode 3 a is made of a formed for receiving ions, in particular lithium ions, energy storage component material such. B. LiCoC> 2 or LiFeP0 4 formed.
  • the electrode 3a serves for the release / absorption and storage of ions, in particular
  • the electrode 3a may be electrically conductively connected to the contact element 2a arranged adjacently thereto and ionically conductively or directly to the energy storage component 4 arranged adjacently thereto.
  • the electrode 3a has a porous
  • the layer thickness of the electrode 3a is typically in a range between 30 and 300 ym.
  • the energy storage component 4 is a separator 4a.
  • the separator 4a is formed from an electrically insulating, optionally ionically conductive ceramic or polymeric separator material. Accordingly, the separator 4a may itself be ionically conductive when formed from an electrically insulating, ionically conductive separator material. If the separator 4a itself has no ionic conductivity, it is filled with a gel-like or liquid electrolyte. Sonach allows the separator 4a in all cases required for the operation of the energy storage 1 ion exchange between the surrounding arranged energy storage components 3, 5. The separator 4a may be connected to the surrounding these arranged energy storage components 3, 5 ionically conductive or directly.
  • the layer thickness of the separator 4a is typically in a range between 1 and 40 ym.
  • the energy storage component 5 is an electrode 5a connected as an anode.
  • the electrode 5a is off a for storing / intercalated or reacted ions, in particular intercalated or reacted lithium ions, trained energy storage component material such. As graphite or lithium compounds formed.
  • the electrode 5a thus serves to deliver intercalated or reacted ions during operation of the energy store 1.
  • the electrode 5a may be connected in an electrically conductive manner to the separator 4a arranged adjacently therewith and to the energy storage component 6 arranged adjacently thereto.
  • the electrode 5 a has a porous structure to z. B. to receive a liquid electrolyte.
  • the layer thickness of the electrode 5a is typically in a range between 5 and 200 ym.
  • the energy storage component 6 is a further electrically conductive contact element 6a.
  • the contact element 6a is made of an electrically conductive contact element material, such. As copper formed.
  • the contact element 6a serves for the electrical contacting of the electrode 5a arranged adjacently to the outside.
  • the contact element 6a is therefore electrically connected to the electrode 5a arranged adjacent thereto.
  • the contact element 6a is designed to be substantially compact in order to ensure the lowest possible contact resistance.
  • the layer thickness of the contact element 6a is typically in a range between 8 and 40 ym.
  • the production of, in particular, the energy storage component 3, 4, 5 takes place in that at least one the particular energy storage component 3, 4, 5 forming particulate energy storage component material, at least one particulate porosity for forming porous structures in each produced energy storage component 3, 4, 5 and optionally Further particulate deposition materials are deposited by means of aerosol deposition in a common deposition process on a carrier material.
  • the aerosol deposition is therefore to be regarded as a co-deposition process in which a plurality of different starting materials or particle mixtures of different starting materials, ie in particular at least one energy storage component material and at least one
  • Porosianssmittel be deposited by means of aerosol deposition together in a deposition process or in a common deposition process on a support material.
  • a common deposition occurring in a deposition process can be understood to mean that the respective deposition materials are deposited on a carrier material at the same time or in temporally successive or time-staggered fashion.
  • a deposition process may therefore comprise a plurality of deposition steps which are sequential in time or staggered in time, in which deposition steps one deposition material or several, optionally different, deposition materials are deposited.
  • the method according to the invention therefore provides for the use of appropriate deposition materials, ie. H. in particular at least one energy storage component material and at least one pore-forming agent, to produce one or more aerosols and to accelerate this aerosol or these aerosols in a targeted manner onto a carrier material, so that a solid layer is deposited on the carrier material.
  • appropriate deposition materials ie. H. in particular at least one energy storage component material and at least one pore-forming agent
  • the preparation of the energy storage components 2, 6, d. H. the respective contact elements 2a, 6a can be done accordingly.
  • the contact elements 2a, 6a typically to a much lower concentration of the porosity than in the formation of the other energy storage components 3, 4, 5 to pay attention to form the contact elements 2a, 6a each substantially compact.
  • the formation of the contact elements 2a, 6a as compact layers can also be controlled via other process parameters.
  • the respective contact elements 2a, 6a as compact layers can also be controlled via other process parameters.
  • Microstructure-influencing thermal aftertreatments of the deposited contact elements 2a, 6a possible, which cause a compression of these.
  • the electrical contact elements 2a, 6a can be presented as metallic foils, on which the electrodes 3a, 5a are deposited accordingly.
  • the formation of porous structures via the at least one porosity agent is based in principle on the fact that the at least one porosity agent during and / or after the deposition, for. B. by decomposition, from the respective energy storage component 2 - 6 is removed.
  • a decomposition material and / or a porosity agent comprising a decomposition material may be used, which decomposition material can be decomposed without residue.
  • the formation of porous structures is therefore based on a decomposition occurring during or after the deposition or production of the energy storage component and thus the removal of corresponding decomposition materials from the energy storage component 2-6.
  • the decomposition of the decomposition material may, for example, thermally, d. H. via application of temperature.
  • the decomposition material is to be heated to a temperature above its material-specific decomposition temperature.
  • the thermal decomposition of the decomposition material is in particular a pyrolysis in question to prevent unwanted oxidation processes.
  • the thermal energy required for the thermal decomposition of the decomposition material via high-energy radiation, such as. B. over laser radiation apply.
  • the decomposition of the decomposition material may alternatively be carried out by means of a solvent in which the decomposition material is soluble.
  • the decomposition material here may be a polymeric material.
  • the polymer material expediently has a low decomposition temperature, in particular a low melting point, and / or good solubility in organic solvents.
  • the polymer material may be, for. B. to thermoplastic materials such. As polyethylene, polypropylene, polystyrene, etc., or to natural Liehe polymers such. Cellulose, act.
  • At least one decomposition material and / or a porosity agent comprising at least one decomposition material can decompose above its material-specific decomposition temperature to form electrically conductive decomposition products.
  • the decomposition of the decomposition material thus takes place here necessarily thermally and in contrast to the embodiment described above is not residue-free, since the thermal decomposition of the decomposition material leaves electrically conductive residues in the form of electrically conductive decomposition products.
  • the electrically conductive decomposition products increase the electrical conductivity of the respective energy storage component 2 - 6, so that optionally the use of additional electrically conductive conductive materials, such. As graphite, proportionately reduced or can even be dispensed with the use of such conductive materials. It follows that corresponding decomposition materials are used in particular in connection with the production of the contact elements 2a, 6a and the electrodes 3a, 5a.
  • the decomposition material may be a
  • Polymer material which is suitable in the context of its thermal decomposition to form electrically conductive decomposition products. There are therefore natural or synthetic polymer materials with a relatively high proportion of carbon, such as. As polystyrene or
  • Dimethyl cellulose in question.
  • the decomposition products are accordingly predominantly electrically conductive, graphite-like or non-graphitized or non-graphitic carbon compounds.
  • core-shell particles consisting of at least one core material (core) and at least one shell material enveloping the core material (shell).
  • the core-shell particles may be formed such that the shell material is electrically conductive and the core material, in particular above its material-specific decomposition temperature, can decompose without residue or that the core material is electrically conductive is and the shell material, especially above its material-specific decomposition temperature, decompose residue.
  • the core-shell particles are formed such that the shell material can decompose thermally above its material-specific decomposition temperature to form electrically conductive decomposition products or the core material can decompose thermally above its material-specific decomposition temperature to form electrically conductive decomposition products.
  • a porosity agent which comprises a readily volatile decomposition material and / or a readily volatile decomposition material can also be used as the pore-forming agent.
  • the volatile decomposition material is such that it self-volatilises or decomposes under the process conditions prevailing in the aerosol precipitation.
  • a volatile decomposition material is therefore to be understood as meaning, in particular, a material having a low boiling point.
  • the volatile decomposition material undergoes a phase transition due to the process conditions prevailing in the course of the aerosol separation, in particular the prevailing pressure and / or the prevailing temperature, and occurs, in particular as liquid or gas, during and / or after the separation from the energy storage component 2-6 ,
  • the decomposition material may be, for example, frozen particles of water and / or one, in particular organic, solvent. It is also conceivable to use solid nitrogen or solid carbon dioxide (dry ice) as volatile decomposition material.
  • solid nitrogen or solid carbon dioxide dry ice
  • the use of corresponding readily volatile decomposition materials is possible in particular because structural separation can also be carried out at low temperatures in the context of aerosol deposition, so that the deposition can be carried out even at temperatures around the freezing point of the decomposition process. terials or below the freezing point of the decomposition material can take place.
  • FIG. 2 shows an enlarged view of a detail of the energy store 1 shown in FIG. 1.
  • the detail shows the electrical contact element 2 a, the electrode 3 a connected as the cathode and the separator 4 a.
  • porous structures in the form of pore channels 8 communicating with one another are formed by the removal of the porosity agent, ie in particular the decomposition of the decomposition material serving as a porosity agent.
  • the pore channels 8 pass through the electrode between the separator 4a and the electrical contact element 2a.
  • the walls 9 delimiting the pore channels 8 are provided with electrically conductive decomposition products 10 and are therefore designed to be electrically conductive.
  • such an electrically conductive network passing through the electrode 3a is formed from percolated electrically conductive decomposition products 10.
  • the electrode material 7 additionally electrically conductive particles 11, which z. B. consist of graphite dispersed.
  • FIGS. 3 to 6 show different production steps in FIG.
  • an electrical energy storage device 1 by a method according to an embodiment of the invention.
  • a porous electrode 5a which can be switched as an anode is deposited by means of aerosol deposition on a previously provided electrical contact element 6a.
  • an aerosol containing an electrode material and a porosity agent is used.
  • the electrical contact element 6a accordingly by means of aerosol deposition.
  • the electrical contact element 6a would then be deposited beforehand on a suitable carrier material.
  • an aerosol containing a contact element material should be used, which optionally contains a small proportion of pore-forming agent.
  • a separator 4a is deposited by means of aerosol deposition on the anode electrode 5a which can be switched as the anode.
  • an aerosol containing a separator material and a porosity agent is used.
  • a porous electrode 3a which can be switched as a cathode is deposited on the separator 4a by means of aerosol deposition.
  • an aerosol containing an electrode material and a porosity agent is used.
  • a further electrical contact element 2a is deposited on the cathode electrode 3a by means of aerosol deposition.
  • a contact material containing aerosol is used, which optionally contains a small proportion of pore-forming agent.
  • FIGS. 7, 8 each show a schematic representation of a system for carrying out a method according to an exemplary embodiment of the invention.
  • the plant shown in FIG. 7 comprises three containers 12, 13, 14, which are each connected to a gas supply 15, 16, 17.
  • the gas supply lines 15, 16, 17 each have a specific gaseous carrier medium, in which it is z. B. is air or carbon dioxide, pressurized held.
  • a mass or volume flow control device 18 is connected, via which the mass or volume flow of the respective gas supply lines 15, 16, 17 in the respective Containers 12, 13, 14 flowing gaseous carrier medium can be controlled.
  • a particulate electrode material may be present in the container 12, a particulate porosifying agent in the container 13, and a particulate conducting material in the container 14.
  • An aerosol is formed in the containers 12, 13, 14 via the gaseous carrier medium flowing into the respective containers 12, 13, 14.
  • the respective aerosols are conducted via supply lines into a central mixing device 19.
  • Pressure measuring devices 20 are connected in the supply lines to the central mixing device 19 in order to monitor the pressure of the aerosols flowing into the central mixing device 19.
  • the individual aerosols are mixed together in the central mixing device 19, that is, combined to form an aerosol.
  • a further gas supply 21 assigned to the central mixing device 19 the proportionate ratio between the particles and the gaseous carrier medium in the aerosol contained in the mixing device 19 are regulated.
  • the aerosol is directed by means of a nozzle device 22 to a carrier 24 arranged in a deposition chamber 23, as indicated by the double arrow, movably mounted carrier 24 and deposited on its surface facing the nozzle device 22.
  • the acceleration of the aerosol from the nozzle device 22 is effected by the vacuum applied in the deposition chamber 23, which is generated by means of a vacuum pump 25.
  • the deposition chamber 23 is also associated with a pressure measuring device 20, via which the pressure conditions within the deposition chamber 23 can be monitored.
  • some or all of the materials to be deposited may be fluidized prior to deposition on the carrier 24, in particular before entry into the nozzle device 22 and / or in the nozzle device 22.
  • the turbulence requires a certain thorough mixing of the deposition materials, which may be advantageous for the deposition process.
  • the mixing can be done by means of equipment connected in particular line sections of the system or integrated into the nozzle device 22
  • Turbulators (not shown), such. B.
  • Nozzle geometries, flow velocities, flow profiles and gaseous carrier media can be displayed.
  • an electrode 3a, 5a, vorzuhalten is also possible in the respective containers 12, 13, 14 each complete particle mixtures for the deposition of a specific energy storage component 2 - 6 vorzuhalten.
  • a particle mixture containing an electrode material and a porosity agent for producing an aerosol for depositing an electrode 3a to be switched into the cathode in the container 13 a particle mixture containing a separator material and a porosity agent for producing an aerosol for depositing a separator 4a and in the container 14, a particle mixture containing an electrode material and a porosity agent for generating an aerosol for depositing an electrode 5a to be switched as the anode.
  • the Individual containers 12, 13, 14 can accordingly aerosols of premixed particle mixtures of the same or similar particles are generated, which are further deposited on the carrier 24 at the same time or fractionally, ie staggered temporally successive or time lending.

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Abstract

Verfahren zur Herstellung wenigstens einer Energiespeicherkomponente (2, 3, 4, 5, 6) für einen elektrischen Energiespeicher (1), dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der wenigstens einen Energiespeicherkomponente (2, 3, 4, 5, 6) wenigstens ein die wenigstens eine Energiespeicherkomponente bildendes Energiespeicherkomponentenmaterial sowie wenigstens ein Porosierungsmittel, welches der Ausbildung poröser Strukturen in der herzustellenden Energiespeicherkomponente (2, 3, 4, 5, 6) dient, mittels Aerosolabscheidung in einem gemeinsamen Abscheidungsprozess auf einem Trägermaterial abgeschieden werden.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung wenigstens einer Energiespeicherkomponente für einen elektrischen Energiespeicher
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung wenigstens einer Energiespeicherkomponente für einen elektrischen Energiespeicher . Elektrische Energiespeicher sind in Aufbau und Funktion an und für sich bekannt. Zu den wesentlichen Energiespeicherkomponenten entsprechender elektrischer Energiespeicher gehören Elektroden, ein zwischen den Elektroden angeordneter, elektrisch isolierender, jedoch ionisch leitfähiger Separator bzw. Elektrolyt sowie den Elektroden zugeordnete elektrisch leitfähige Kontaktelemente, so genannte Abieiter.
Sofern in entsprechenden elektrischen Energiespeichern flüssige bzw. gelartige Elektrolyten eingesetzt werden sollen, ist eine poröse, insbesondere offenporige, Struktur der
Elektroden sowie des Separators erforderlich, so dass sowohl die Elektroden als auch der Separator mit einem flüssigen oder gelartigen Elektrolyten befüllt bzw. durchsetzt werden können .
Die Herstellung entsprechender Energiespeicherkomponenten, insbesondere solcher, welche für die Verwendung eines flüssigen bzw. gelartigen Elektrolyten zwingend mit einer porösen Struktur zu versehen sind, ist regelmäßig aufwändig. Insbe- sondere ist es nicht ohne Weiteres möglich, eine gezielte
Ausbildung einer bestimmten Porosität prozesstechnisch zu realisieren bzw. prozesstechnisch zu beeinflussen.
Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, ein verbes- sertes Verfahren zur Herstellung wenigstens einer Energiespeicherkomponente für einen elektrischen Energiespeicher anzugeben . Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung wenigstens einer Energiespeicherkomponente für einen elektrischen Energiespeicher gelöst, welches sich erfindungsgemäß dadurch auszeichnet, dass zur Herstellung der wenigstens einen Energiespeicherkomponente wenigstens ein die wenigstens eine Energiespeicherkomponente bildendes Energiespeicherkomponen- tenmaterial sowie wenigstens ein Porosierungsmittel, welches der Ausbildung poröser Strukturen in der herzustellenden Energiespeicherkomponente dient, mittels Aerosolabscheidung in einem gemeinsamen Abscheidungsprozess auf einem Trägermaterial abgeschieden werden.
Das erfindungsgemäße Prinzip betrifft einen besonderen technischen Ansatz zur Herstellung wenigstens einer Energiespeicherkomponente für einen elektrischen Energiespeicher. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden wenigstens ein eine Energiespeicherkomponente, wie z. B. eine Elektrode oder einen Separator, bildendes Energiespeicherkomponentenmaterial sowie ein der Ausbildung poröser Strukturen in der herzustellenden Energiespeicherkomponente dienendes Porosierungsmittel mittels Aerosolabscheidung in einem gemeinsamen Abscheidungsprozess auf einem Trägermaterial abgeschieden.
Bei der Aerosolabscheidung handelt es sich allgemein um einen Abscheidungsprozess, bei welchem aus partikulären Ausgangsmaterialien, worunter auch Partikelmischungen unterschiedlicher partikulärer Ausgangsmaterialien zu verstehen sind, ein Aerosol, d. h. ein Gemisch bzw. eine Dispersion aus festen oder flüssigen Partikeln und einem gasförmigen Trägermedium, hergestellt, und, insbesondere mittels Vakuum, auf ein Trägermaterial beschleunigt wird. Die beschleunigten partikulären Ausgangsmaterialien treffen mit hoher kinetischer Energie auf das Trägermaterial auf und bilden dort aufgrund des hohen kinetischen Energieeintrags in-situ eine feste Schicht aus.
Die wesentlichen Vorteile der Aerosolabscheidung gegenüber anderen Abscheidungsprozessen sind insbesondere in den möglichen niedrigen Prozesstemperaturen, welche typischerweise in einem Bereich zwischen 0°C und 300°C liegen, zu sehen. Insbesondere bedarf es für die Aerosolabscheidung nicht notwendig einer Temperierung der abzuscheidenden Ausgangsmaterialien bzw. des Trägermaterials. Eine Temperierung der Ausgangsmaterialien bzw. des Trägermaterials bzw. der abgeschiedenen Materialien kann jedoch zweckmäßig sein, da damit Einfluss auf die Gefügestruktur der abgeschiedenen Materialien genommen werden kann. Die Aerosolabscheidung erlaubt es zudem, chemisch deutlich unterschiedliche Ausgangsmaterialien gemeinsam abzuscheiden und derart in einer festen Schicht zu verbinden.
Bei der im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzten Aerosolabscheidung handelt es sich um einen Ko- Abscheidungsprozess, in welchem mehrere unterschiedliche Ausgangsmaterialien bzw. Mischungen unterschiedlicher Ausgangsmaterialien, d. h. insbesondere das wenigstens Energiespei- cherkomponentenmaterial und das wenigstens eine
Porosierungsmittel, mittels Aerosolabscheidung gemeinsam in einem Abscheidungsprozess respektive in einem gemeinsamen Ab- scheidungsprozess auf einem Trägermaterial abgeschieden werden .
Unter einer in einem Abscheidungsprozess erfolgenden gemeinsamen Abscheidung kann zu verstehen sein, dass die abzuscheidenden Materialien, kurz die Abscheidungsmaterialien, zeitgleich abgeschieden werden. Unter einer in einem Abscheidungsprozess erfolgenden gemeinsamen Abscheidung kann jedoch auch zu verstehen sein, dass die abzuscheidenden Materialien zeitlich aufeinanderfolgend bzw. zeitlich gestaffelt abgeschieden werden. Ein Abscheidungsprozess kann sonach mehrere zeitlich aufeinanderfolgende bzw. zeitlich gestaffelte Ab- scheidungsschritte umfassen, in welchen Abscheidungsschritten jeweils ein oder mehrere, gegebenenfalls unterschiedliche abzuscheidende Materialien, abgeschieden werden.
Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, aus den abzuscheidenden Materialien, d. h. dem wenigstens einen Energiespeicherkompo- nentenmaterial und dem wenigstens einen Porosierungsmittel sowie gegebenenfalls weiteren Abscheidungsmaterialien, zunächst ein oder mehrere Aerosole herzustellen und diese (s) Aerosol (e) gezielt auf das Trägermaterial zu beschleunigen, so dass dort eine aus dem wenigstens einen Energiespeicher- komponentenmaterial und dem wenigstens einen
Porosierungsmittel sowie den gegebenenfalls weiteren Abscheidungsmaterialien bestehende feste Schicht abgeschieden wird. Die derart abgeschiedene Schicht bildet die herzustellende Energiespeicherkomponente .
Über Einstellungen bzw. Variationen der Prozessbedingungen des Aerosolabscheidungsprozesses lassen sich Schichten und sonach Energiespeicherkomponenten mit unterschiedlichen Eigenschaften, insbesondere unterschiedlichen Dichten,
Porositäten und Schichtdicken, realisieren. Typischerweise liegen die Schichtdicken der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Energiespeicherkomponenten in einem Bereich zwischen 1 und 300 ym. Gleichwohl sind prinzipiell auch Energiespeicherkomponenten mit Schichtdicken unterhalb 1 ym bzw. oberhalb 300 ym herstellbar.
Über die anteilsmäßige Zusammensetzung des abzuscheidenden Aerosols, d. h. insbesondere über den Anteil bzw. die Konzentration des wenigstens einen Energiespeicherkomponentenma- terials in dem Aerosol und den Anteil bzw. die Konzentration des wenigstens einen Porosierungsmittels in dem Aerosol, lassen sich gezielt gewünschte Porositäten einer herzustellenden Energiespeicherkomponente einstellen. Insbesondere sind lokale Gradienten der Porosität innerhalb einer Energiespeicherkomponente ausbildbar, indem der Anteil bzw. die Konzentration des wenigstens einen Porosierungsmittels graduell variiert wird. Qualitativ lässt sich sagen, dass hohe Anteile bzw. Konzentrationen des wenigstens einen Porosierungsmittels entsprechend hohe Porositäten bedingen.
Unter einem Energiespeicherkomponentenmaterial ist ein Mate- rial bzw. eine Materialmischung zu verstehen, aus welcher ei- ne Energiespeicherkomponente ausbildbar ist. Ein im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendetes Energiespeicher- komponentenmaterial ist sonach derart beschaffen, dass es in funktioneller wie auch struktureller Hinsicht die hergestellte Energiespeicherkomponente ausbildet.
Unter einem Porosierungsmittel ist ein Material bzw. eine Materialzusammensetzung zu verstehen, welche (s) der Ausbildung poröser, insbesondere offenporiger, Strukturen in der herzustellenden Energiespeicherkomponente dient. Das
Porosierungsmittel kann strukturell derart beschaffen sein, dass die Ausbildung poröser Strukturen in der Energiespeicherkomponente während und/oder nach der Abscheidung erfolgt.
Prinzipiell sind über das wenigstens eine Porosierungsmittel poröse Strukturen dadurch ausbildbar, dass das wenigstens eine Porosierungsmittel während und/oder nach der Abscheidung, z. B. durch Zersetzung, aus der Energiespeicherkomponente entfernt wird. Mithin werden durch die Entfernung des wenigstens einen Porosierungsmittels , insbesondere miteinander kommunizierende respektive zusammenhängende, Leerstellen bzw. Hohlräume gebildet, welche poröse Strukturen innerhalb der Energiespeicherkomponente bilden .
Sowohl das abzuscheidende wenigstens eine Energiespeicherkom- ponentenmaterial als auch das abzuscheidende wenigstens eine Porosierungsmittel ist partikulär. Unter einem partikulären Material ist ein partikelförmiges, d. h. aus einzelnen und/oder mehreren agglomerierten Partikeln bestehendes, Pulver bzw. eine entsprechende Pulvermischung zu verstehen. Die in einem Pulver bzw. einer Pulvermischung enthaltenen Partikel sind in ihrer Form bzw. Morphologie prinzipiell frei wählbar. Lediglich beispielhaft ist auf Partikel mit kugeligen bzw. rundlichen oder plättchenartigen Formen bzw.
Morphologien zu verweisen.
Die Größe der Partikel liegt typischerweise in einem Bereich zwischen 0,05 und 30 ym, insbesondere in einem Bereich zwischen 0,2 und 10 ym. Gleichwohl können die Partikelgrößen der Partikel in Ausnahmefällen auch unterhalb 0,05 ym bzw. oberhalb 30 ym liegen.
Selbstverständlich ist es im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht nur möglich, eine einzelne Energiespeicherkomponente für einen elektrischen Energiespeicher herzustellen. Es können ebenso mehrere unterschiedliche Energiespeicherkomponenten hergestellt werden, welche zu einem Energiespeicher verbunden werden können.
Besonders zweckmäßig können mittels Aerosolabscheidung mehrere unterschiedliche Energiespeicherkomponenten sukzessive nacheinander in einem gemeinsamen, mehrere Abscheidungs- schritte umfassenden Abscheidungsprozess hergestellt werden. Es ist also möglich, dass nach der Herstellung einer ersten Energiespeicherkomponente, wie z. B. einer ersten Elektrode, eine zweite Energiespeicherkomponente, wie z. B. ein Separator, unmittelbar auf der zuvor hergestellten ersten Energiespeicherkomponente, d. h. beispielsweise der ersten Elektrode, abgeschieden wird. Auf der zweiten Energiespeicherkomponente, wie z. B. dem Separator, kann im Weiteren eine dritte Energiespeicherkomponente, wie z. B. eine weitere Elektrode, abgeschieden werden. Entsprechend kann eine abgeschiedene Energiespeicherkomponente das Trägermaterial, auf welchem die Abscheidung einer weiteren, dieser im Gesamtaufbau des Energiespeichers folgenden Energiespeicherkomponente erfolgt, darstellen .
Selbstverständlich ist es auch möglich, Energiespeicherkomponenten in Form von elektrischen Kontaktelementen, d. h. so genannten Abieitern, entsprechend abzuscheiden. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens können jedoch auch vorgefertigte elektrische Kontaktelemente, z. B. in Form von metallischen Folien, eingesetzt werden, auf welchen weitere Energiespeicherkomponenten mittels Aerosolabscheidung abgeschieden werden. Die vorgefertigten elektrischen Kontaktelemente können hierbei als Trägermaterial dienen. Prinzipiell kann allein durch eine Änderung der Zusammensetzung des oder der eingesetzten Aerosole, d. h. insbesondere durch eine Änderung der Zusammensetzung des das Energiespei- cherkomponentenmaterial enthaltenden Aerosols, in kontinuierlicher Weise ein fertiger Energiespeicher schichtweise abgeschieden bzw. schichtweise aufgebaut werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann in diesen Fällen auch als Verfahren zur Herstellung eines Energiespeichers erachtet werden.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herzustellenden bzw. hergestellten Energiespeicherkomponenten sind insbesondere für den Einsatz mit einem flüssigen oder gelartigen Elektrolyten, kurz Flüssigelektrolyten, geeignet, da sich durch die Verwendung des Porosierungsmittels poröse Strukturen in der oder den hergestellten Energiespeicherkomponente (n) ausbilden, welche mit bzw. von einem entsprechenden Flüssigelektrolyten durchsetzt werden können.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, wie bereits erwähnt, möglich, dass eine Energiespeicherkomponente in Form einer Elektrode hergestellt wird, wobei hierzu wenigstens ein zur Aufnahme von Ionen ausgebildetes Elektrodenmaterial als das Energiespeicherkomponentenmaterial abgeschieden wird. Bei dem Energiespeicherkomponentenmaterial kann es sich sonach um ein eine Elektrode bildendes Elektrodenmaterial, mithin um ein Material, welches, insbesondere im Betrieb eines Energiespeichers, Ionen abgeben bzw. auslagern oder Ionen aufnehmen bzw. einlagern kann, handeln. Für das Beispiel einer für einen Lithium-Ionen-Energiespeicher herzustellenden bzw. hergestellten Elektrode kann als Elektrodenmaterial beispielsweise Graphit oder eine Lithium haltige Verbindung, wie z. B. LiCoC>2, LiMn204 oder LiFeP04, verwendet werden. Das Elektrodenmaterial kann als Aktivmaterial aufge- fasst bzw. bezeichnet werden.
Eine mittels Aerosoldeposition (ADM) abgeschiedene Elektrode lässt sich von herkömmlich hergestellten, also beispielsweise durch Sprühen hergestellten, unter anderem dadurch unter- scheiden, dass bei Aerosoldeposition kristalline Gefüge ent- stehen, die sich durch nanokristalline Struktur und bei spielsweise schieferartige Bruchbilder auszeichnen.
Bei der Aerosoldeposition werden ca. lym große Partikel auf das Trägermaterial beschleunigt und zerbrechen. Ein Partikel kan mehrere Kristallite oder nur einen umfassen. Die so entstandene Anode, Schicht oder Elektrode weist Nanokristallite und Partikelfragmente auf. Diese haben beispielsweise Partikel - oder Kristallitgrößen unter lOOnm, insbesondere unter 70nm und besonders oft im Bereich zwischen 10 bis 50 nm, wobei sie typischerweise durch eine gestörte Gitterstruktur auffallen. Die Störung der Gitterstruktur wird insbesondere auch durch das Auftreffen der Partikel mit hoher kinetischer Energie auf dem Trägermaterial verursacht und lässt also Rückschlüsse auf die Auftragung durch die Partikelgeschwindigkeit zu. Die Partikelfragmente haben oft eine fladenartige Form, was auch wieder als Folge der Beschleunigung der Partikel auf das Trägermaterial gesehen werden kann.
Eine Abscheidungsmethode wie beispielsweise die Aerosolab- scheidung lässt sich entsprechend der obigen Darlegung am fertigen Produkt nachweisen, weil Nachweismethoden, die dem Fachmann bekannt sind, die oben genannten strukturellen Merkmale an der fertigen Schicht erkennen lassen. Einige gängige Nachweismethoden, wie beispielsweise XRD zur Untersuchung der Kristallstruktur und/oder von Kristallverspannungen sowie hochauflösende Rasterelektronenmikroskopie (REM/HREM) an Schliffen und Brüchen (ggf.FIB) und schließlich die Transmissionselektronenmikroskopie seien hier nur am Rande erwähnt.
Neben dem wenigstens einen Elektrodenmaterial kann zusätzlich wenigstens ein elektrisch leitfähiges Leitmaterial abgeschieden werden und/oder ein ein elektrisch leitfähiges Leitmaterial umfassendes Elektrodenmaterial abgeschieden werden. Das zur Ausbildung der Energiespeicherkomponente abzuscheidende Aerosol kann sonach neben dem Elektrodenmaterial und dem Porosierungsmittel noch wenigstens ein partikuläres Leitmaterial enthalten, über welches die elektrischen Eigenschaften, insbesondere die elektrische Leitfähigkeit, der herzustellenden bzw. hergestellten Elektrode beeinflussbar sind. Über die anteilsmäßige Zusammensetzung des abzuscheidenden Aerosols, d. h. insbesondere über den Anteil bzw. die Konzentration des Leitmaterials, lassen sich gezielt bestimmte elektrische Eigenschaften, insbesondere elektrische Leitfähigkeiten, einstellen. Insbesondere sind auch lokale Gradienten der Leitfähigkeit ausbildbar, indem der Anteil bzw. die Konzentration des Leitmaterials graduell variiert wird. Hohe Anteile bzw. Konzentrationen des Leitmaterials bedingen dabei entsprechend hohe Leitfähigkeiten. Bei dem Leitmaterial kann es sich beispielsweise um partikuläres Graphit oder spezielle Leitruße handeln .
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, wie ebenso bereits erwähnt, möglich, dass eine Energiespeicherkomponente in Form eines zwischen zwei Elektroden eines Energiespeichers anzuordnenden elektrisch isolierenden, jedoch ionisch leitfähigen Separators hergestellt wird, wobei hierzu wenigstens ein elektrisch isolierendes, gegebenenfalls selbst ionisch leitfähiges Separatormaterial als Energiespeicherkomponen- tenmaterial abgeschieden wird. Bei dem Energiespeicherkompo- nentenmaterial kann es sich sonach um ein einen Separator bildendes Separatormaterial, mithin um ein Material mit elektrisch isolierenden und gegebenenfalls ionisch leitfähigen Eigenschaften handeln. Der Separator ist daher für Elektronen undurchlässig, für bestimmte Ionen jedoch durchlässig. Das verwendete Separatormaterial kann beispielsweise aus einem organischen, insbesondere polymeren, und/oder anorganischen, insbesondere keramischen, Werkstoff bestehen oder einen solchen umfassen. Bei der Herstellung eines Separators ist auf eine nicht über das notwendige Maß hinausgehende Schichtdicke zu achten. Ein Separator ist regelmäßig so dünn wie möglich auszuführen. Typischerweise liegen die Schichtdicken eines Separators für Flüssigelektrolytenergiespeicher bzw. Flüssigelektrolytzellen, d. h. auch für Energiespeicher mit Polymer- bzw. Gelelektrolyten, in einem Bereich zwischen 10 und 30 ym. Bei Festkörperenergiespeichern bzw. Festkörperzellen beträgt die Schichtdicke des Separators dagegen wenige ym.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es ebenso möglich, dass eine Energiespeicherkomponente in Form eines mit einer Elektrode eines Energiespeichers zu kontaktierenden elektrisch leitfähigen Kontaktelements hergestellt wird, wobei hierzu wenigstens ein elektrisch leitfähiges Kontaktelementmaterial als Energiespeicherkomponentenmaterial abgeschieden wird. Bei dem Energiespeicherkomponentenmaterial kann es sich sonach um ein ein elektrisch leitfähiges Kontaktelement bildendes Kontaktelementmaterial, mithin um ein Material mit elektrisch leitfähigen Eigenschaften handeln. Das Kontaktelementmaterial kann beispielsweise aus einem Metall oder einer Metallverbindung bestehen. Insbesondere kann das Kontaktelementmaterial aus Aluminium bzw. einer Aluminiumverbindung, Kupfer bzw. einer Kupferverbindung, Nickel bzw. einer Nickelverbindung oder Graphit bestehen. Im Rahmen der Herstellung eines entsprechenden Kontaktelements ist, sofern das Kontaktelement für die Verwendung in einem mit einem Flüssigelektrolyten betriebenen Energiespeicher vorgesehen ist, typischerweise auf eine möglichst geringe Porosität, hohe Leitfähigkeit und chemische Stabilität zu achten.
Als Porosierungsmittel kann wenigstens ein Zersetzungsmaterial und/oder ein wenigstens ein Zersetzungsmaterial umfassendes Porosierungsmittel verwendet werden, wobei sich das Zersetzungsmaterial rückstandsfrei zersetzen lässt. Die Ausbildung poröser Strukturen basiert sonach auf der während bzw. nach der Abscheidung bzw. Herstellung der Energiespeicherkomponente erfolgenden Zersetzung und somit Entfernung entsprechender Zersetzungsmaterialien aus der Energiespeicherkomponente. Die rückstandsfreie Zersetzung bzw. Entfernung der Zersetzungsmaterialien bedingt eine Ausbildung von Leerstellen, insbesondere von miteinander kommunizierenden bzw. zusammenhängenden Leerstellen, innerhalb der Energiespeicher- komponente, über welche Leerstellen, insbesondere offenporige, poröse Strukturen und sonach eine bestimmte Porosität innerhalb der Energiespeicherkomponente realisiert werden.
Die Zersetzung des Zersetzungsmaterials kann beispielsweise thermisch, d. h. über Aufbringung von Temperatur, erfolgen. Hierbei wird vorzugsweise ein Zersetzungsmaterial verwendet, welches sich oberhalb seiner materialspezifischen Zersetzungstemperatur rückstandsfrei thermisch zersetzen lässt. Um das Zersetzungsmaterial thermisch zu zersetzen, ist das Zersetzungsmaterial auf eine Temperatur oberhalb seiner materialspezifischen Zersetzungstemperatur zu erhitzen. Zur thermischen Zersetzung des Zersetzungsmaterials kommt insbesondere eine Pyrolyse in Frage, um unerwünschte Oxidationsprozesse zu unterbinden. Denkbar ist es auch, die zur thermischen Zersetzung des Zersetzungsmaterials erforderliche thermische Energie über hochenergetische Strahlung, wie z. B. über Laserstrahlung, aufzubringen. Selbstverständlich ist darauf zu achten, dass die zur thermischen Zersetzung des Zersetzungsmaterials vorgesehene thermische Energie nicht derart hoch ist, dass das Energiespeicherkomponentenmaterial beschädigt wird .
Es ist auch vorstellbar, das Zersetzungsmaterial mittels eines Lösungsmittels durch Lösen zu zersetzen und in in dem Lösungsmittel gelöster Form aus der Energiespeicherkomponente zu entfernen. Selbstverständlich ist dabei darauf zu achten, dass das Lösungsmittel derart gewählt ist, dass das Energie- speicherkomponentenmaterial nicht in dem Lösungsmittel löslich ist. Dieses Prinzip ist also beispielsweise anwendbar, wenn das Zersetzungsmaterial auf einem organischen Material, wie z. B. einem Polymermaterial, und das Energiespeicherkom- ponentenmaterial auf einem anorganischen Material basiert, so dass ein organisches Lösungsmittel nur die organischen Bestandteile der Energiespeicherkomponente, d. h. das organische Zersetzungsmaterial, nicht jedoch die anorganischen Bestandteile der Energiespeicherkomponente, d. h. das Energie- speicherkomponentenmaterial , löst . Bei dem Zersetzungsmaterial kann es sich beispielsweise um ein synthetisches oder natürliches Polymermaterial handeln. Das Polymermaterial weist zweckmäßig eine niedrige Zersetzungstemperatur, insbesondere einen niedrigen Schmelzpunkt, und/oder eine gute Löslichkeit in organischen Lösungsmitteln auf. Bei dem Polymermaterial kann es sich demnach z. B. um thermoplastische Kunststoffmaterialien, wie z. B. Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol etc., oder um natürliche Polymere, wie z. B. Zellulose, handeln.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass als
Porosierungsmittel wenigstens ein Zersetzungsmaterial und/oder ein wenigstens ein Zersetzungsmaterial umfassendes Porosierungsmittel verwendet wird, wobei sich das Zersetzungsmaterial oberhalb seiner materialspezifischen Zersetzungstemperatur unter Ausbildung elektrisch leitfähiger Zersetzungsprodukte zersetzen lässt. Die Zersetzung des Zersetzungsmaterials erfolgt in dieser Ausführungsform thermisch und ist im Gegensatz zu der vorstehend beschriebenen Ausführungsform nicht rückstandsfrei. Die Zersetzung des Zersetzungsmaterials hinterlässt in dieser Ausführungsform elektrisch leitfähige Zersetzungsprodukte und sonach elektrisch leitfähige Rückstände. Dieser elektrisch leitfähige Rückstand erhöht die elektrische Leitfähigkeit der Energiespeicherkomponente, so dass gegebenenfalls der Einsatz zusätzlicher elektrisch leitfähiger Leitmaterialien, wie z. B. Graphit, anteilsmäßig reduziert oder auf den Einsatz derartiger Leitmaterialien sogar verzichtet werden kann. Hieraus ergibt sich, dass entsprechende Zersetzungsmaterialien insbesondere im Zusammenhang mit der Herstellung von Elektroden eingesetzt werden. Die elektrisch leitfähigen Zersetzungsprodukte können beispielsweise durch Umwandlung des Zersetzungsmaterials im Rahmen der thermischen Zersetzung, insbesondere Pyrolyse, des Zersetzungsmaterials oberhalb seiner materialspezifischen Zersetzungstemperatur gebildet sein. Die Ausbildung elektrisch leitfähiger Zersetzungsprodukte kann durch die im Rah- men der thermischen Zersetzung erfolgenden Prozessbedingungen, wie z. B. Sauerstoff onzentration, Sauerstoffpartial- druck, Temperatur, gesteuert werden.
Bei dem Zersetzungsmaterial kann es sich in dieser Ausführungsform insbesondere um ein Polymermaterial handeln, welches im Rahmen seiner thermischen Zersetzung zur Ausbildung elektrisch leitfähiger Zersetzungsprodukte geeignet ist. Insbesondere kommen sonach natürliche oder synthetische
Polymermaterialien mit einem vergleichsweise hohen Anteil an Kohlenstoff, wie z. B. Polystyrol und/oder Dimethylzellulose, in Frage. Bei den Zersetzungsprodukten handelt es sich sonach vornehmlich um elektrisch leitfähige Kohlenstoffverbindungen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können als Porosierungsmittel Core-Shell-Partikel , bestehend aus wenigstens einem Kernmaterial (Core) und wenigstens einem das Kernmaterial umhüllenden Hüllmaterial (Shell), verwendet werden.
Dabei kann das Hüllmaterial elektrisch leitfähig sein und sich das Kernmaterial, insbesondere oberhalb seiner materialspezifischen Zersetzungstemperatur, rückstandsfrei zersetzen lassen. Umgekehrt ist es möglich, dass das Kernmaterial elektrisch leitfähig ist und sich das Hüllmaterial, insbesondere oberhalb seiner materialspezifischen Zersetzungstemperatur, rückstandsfrei zersetzen lässt. In diesem Zusammenhang gelten die Ausführungen bezüglich des Zersetzungsmaterials, welches sich rückstandsfrei zersetzen lässt, im Prinzip analog. Die, insbesondere thermisch bedingte, rückstandsfreie Zersetzung der jeweils nicht elektrisch leitfähigen Bestandteile der Core-Shell-Partikel führt zu der Ausbildung elektrisch leitfähiger Strukturen innerhalb der Energiespeicherkomponente durch die jeweils verbliebenen elektrisch leitfähigen Bestandteile der Core-Shell-Partikel.
Es ist ebenso denkbar, dass sich das Hüllmaterial oberhalb einer materialspezifischen Zersetzungstemperatur unter Aus- bildung elektrisch leitfähiger Zersetzungsprodukte thermisch zersetzen lässt. Umgekehrt ist es auch hier möglich, dass sich das Kernmaterial oberhalb einer materialspezifischen Zersetzungstemperatur unter Ausbildung elektrisch leitfähige Zersetzungsprodukte thermisch zersetzen lässt. In diesem Zusammenhang gelten die Ausführungen bezüglich des Zersetzungs materials, welche sich unter Ausbildung elektrisch leitfähiger Zersetzungsprodukte thermisch zersetzen lässt, im Prinzi analog. Die thermisch bedingte Zersetzung des jeweils elektrisch leitfähige Rückstände bildenden Bestandteils der Core- Shell-Partikel führt zu der Ausbildung elektrisch leitfähige Strukturen innerhalb der Energiespeicherkomponente. Die übri gen Bestandteile der Core-Shell-Partikel können in ihrer ursprünglichen Form verbleiben oder rückstandsfrei zersetzt werden .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, dass als Porosierungsmittel wenigstens ein leichtflüchtiges Zersetzungsmaterial und/oder ein wenigstens ein leichtflüchtiges Zersetzungsmaterial umfassendes Porosierungsmittel verwendet wird, wobei sich das leichtflüchtige Zersetzungsmaterial unter den im Rahmen der Abscheidung herrschenden Prozessbedingungen selbstständig verflüchtigt. Unter einem leichtflüchtigen Zersetzungsmaterial ist insbesondere ein Material mit einer niedrigen Siedetemperatur zu verstehen. Das leichtflüchtige Zersetzungsmaterial durchläuft bedingt durch die im Rahmen der Abscheidung herrschenden Prozessbedingungen, insbesondere des herrschenden Drucks und/oder der herrschenden Temperatur, einen Phasenübergang und tritt, insbesondere als Flüssigkeit oder Gas, während und/oder nach der Abscheidung aus der Energiespeicherkomponente aus .
Bei dem Zersetzungsmaterial kann es sich beispielsweise um gefrorene Partikel aus Wasser und/oder einem, insbesondere organischen, Lösungsmittel handeln. Es ist auch denkbar festen Stickstoff oder festes Kohlendioxid (Trockeneis) zu verwenden, welche bei Normalbedingungen sublimieren. In diesem Zusammenhang ist nochmals zu erwähnen, dass die Prozessbedingungen im Rahmen der Aerosolabscheidung auch vergleichsweise tiefe Temperaturen erlauben, so dass die Abscheidung auch bei Temperaturen um den Gefrierpunkt bzw. unterhalb des Gefrierpunkts erfolgen kann, was den Einsatz der vorgenannten leichtflüchtigen Zersetzungsmaterialien ohne Weiteres ermöglicht .
Den Gesamtprozess betreffend kann es vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Energiespeicherkomponentenmaterial und das wenigstens eine Porosierungsmittel sowie gegebenenfalls weitere Abscheidungsmaterialien unter Ausbildung einer
Partikelmischung vorgemischt werden und die Partikelmischung abgeschieden wird. In dieser Variante werden sonach alle für die jeweils herzustellende Energiespeicherkomponente abzuscheidenden Abscheidungsmaterialien in eine Partikelmischung bzw. in ein eine entsprechende Partikelmischung enthaltendes Aerosol überführt, welche Partikelmischung bzw. welches Aerosol auf dem Trägermaterial abgeschieden wird. Der Abschei- dungsprozess umfasst in dieser Variante insbesondere einen Abscheidungsschritt, in welchem alle abzuscheidenden Abscheidungsmaterialien gemeinsam abgeschieden werden. Es wird in dieser Variante sonach ein alle abzuscheidenden Abscheidungsmaterialien enthaltendes Aerosol abgeschieden bzw. verwendet.
Es ist jedoch auch denkbar, dass das wenigstens eine Energie- speicherkomponentenmaterial oder ein Teil des wenigstens einen Energiespeicherkomponentenmaterials und das wenigstens eine Porosierungsmittel oder wenigstens ein Teil des wenigstens einen Porosierungsmittels sowie gegebenenfalls weitere Abscheidungsmaterialien zeitlich gestaffelt abgeschieden werden. In dieser Variante werden die für die jeweils herzustellende bzw. hergestellte Energiespeicherkomponente abzuscheidenden Abscheidungsmaterialien zumindest zum Teil separat bzw. in jeweiligen separat erzeugten Aerosolen abgeschieden. Der Vorteil dieser Variante liegt darin, dass die jeweiligen Abscheidungsmaterialien hier individuell für die Abscheidung aufbereitet, insbesondere vorbehandelt, und dosiert werden können. Für die jeweiligen Abscheidungsmaterialien sind sonach unterschiedliche Anlagen- und Prozessparameter, wie z. B. Pulveragitationsmodi, Druck- und/oder Temperaturverhältnisse, Leitungsquerschnitte, Düsengeometrien, Strömungsge- schwindigkeiten, Strömungsprofile und gasförmige Trägermedien, darstellbar.
Gemäß einer weiteren Variante kann es vorgesehen sein, dass abzuscheidende Materialien, d. h. Abscheidungsmaterialien, mit gleichen oder ähnlichen Materialeigenschaften bzw.
Partikeleigenschaften, insbesondere gleicher oder ähnlicher Dichte und/oder Morphologie und/oder Partikelgröße, in einzelnen Fraktionen unter Ausbildung einer Partikelmischung vorgemischt und fraktionsweise, d. h. in jeweiligen Fraktio- nen, abgeschieden werden. In dieser Variante werden sonach ähnlich der vorstehend beschriebenen Variante mehrere Aerosole erzeugt, welche jedoch jeweils mehrere Abscheidungsmaterialien gleicher oder ähnlicher Materialeigenschaften bzw.
Partikeleigenschaften enthalten. Der für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderliche anlagentechnische Aufbau kann daher im Vergleich zu der vorstehend genannten Variante einfacher gehalten werden.
Um eine gute Durchmischung der abzuscheidenden Materialien her- bzw. sicherzustellen, ist es denkbar, dass die oder ein Teil der abzuscheidenden Materialien, d. h. der Abscheidungsmaterialien, vor ihrer Abscheidung in wenigstens einer
Verwirbelungseinrichtung verwirbelt werden. Die Verwirbelung der Abscheidungsmaterialien bedingt eine bestimmte Durchmi- schung dieser, welche für den Abscheidungsprozess einer bestimmten Energiespeicherkomponente mit bestimmten Eigenschaften vorteilhaft sein kann. Die Abscheidungsmaterialien müssen im Rahmen der Verwirbelung nicht zwingend homogen durchmischt werden. Wesentlich ist vielmehr eine kontrollierte Durchmi- schung der Abscheidungsmaterialien im Hinblick auf die angestrebten Eigenschaften der abzuscheidenden bzw. herzustellenden Energiespeicherkomponente. Die Durchmischung kann anlagentechnisch durch in in bestimmte Leitungsabschnitte der An- läge zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geschaltete Verwirbelungseinrichtungen , wie z. B.
Verwirbelungsdüsen , realisiert werden. Die Erfindung betrifft ferner eine Energiespeicherkomponente für einen elektrischen Energiespeicher. Typischerweise weist die Energiespeicherkomponente, zumindest sofern es sich dabei um eine Elektrode oder einen Separator handelt, wenigstens abschnittsweise eine poröse Struktur auf. Die Energiespei- cherkomponente zeichnet sich dadurch aus, dass sie nach dem vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.
Die Erfindung betrifft weiterhin einen elektrischen Energie- Speicher, insbesondere einen Lithium-Ionen-Energiespeicher. Der elektrische Energiespeicher zeichnet sich dadurch aus, dass er wenigstens eine Energiespeicherkomponente, welche nach dem vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist, umfasst.
Sowohl bezüglich der erfindungsgemäßen Energiespeicherkomponente als auch bezüglich des erfindungsgemäßen Energiespeichers gelten sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens analog.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigt: Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines elektrischen Energiespeichers, umfassend mehrere Energiespeicherkomponenten, welche nach einem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung hergestellt wurden;
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts des in Fig. 1 gezeigten Energiespeichers; Fig. 3 6 verschiedene Herstellungsschritte im Rahmen der Herstellung eines elektrischen Energiespeichers nach einem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
Fig. 7, 8 je eine Prinzipdarstellung einer Anlage zur
Durchführung eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Fig. 1 zeigt eine Prinzipdarstellung eines elektrischen Energiespeichers 1, umfassend mehrere Energiespeicherkomponenten 2 - 6, welche nach einem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung hergestellt wurden. Bei dem elektrischen Energiespeicher 1 handelt es sich um einen Lithium-Ionen-Energiespeicher, welcher für die Verwendung mit einem Flüssigelektrolyten ausgelegt ist. Bestimmte Energiespeicherkomponenten 3, 4, 5 des Energiespeichers 1 weisen sonach jeweils, insbesondere offenporige, poröse Strukturen auf, welche im Betrieb des Energiespeichers 1 mit einem Flüssigelektrolyten befüllt bzw. von diesem durchsetzt sind.
Im Weiteren werden der strukturelle Aufbau sowie die Funktion der den Energiespeicher 1 bildenden Energiespeicherkomponen- ten 2 - 6 im Einzelnen näher erläutert.
Bei der Energiespeicherkomponente 2 handelt es sich um ein elektrisch leitfähiges Kontaktelement 2a. Das Kontaktelement 2a ist aus einem elektrisch leitfähigen Kontaktelementmateri- al, wie z. B. Aluminium oder einer Aluminiumverbindung, gebildet. Das Kontaktelement 2a dient der elektrischen Kontak- tierung der diesem benachbart angeordneten Energiespeicherkomponente 3 nach Außen. Das Kontaktelement 2a ist sonach mit der diesem benachbart angeordneten Energiespeicherkomponente 3 elektrisch leitend verbunden. Das Kontaktelement 2a ist weitgehend kompakt ausgebildet, um eine bestmögliche Ableitung der Elektronen bzw. eine möglichst hohe spezifische elektrische Leitfähigkeit bzw. einen möglichst geringen In- nenwiderstand zu gewährleisten. Die Schichtdicke des Kontaktelements 2a liegt typischerweise in einem Bereich zwischen 8 und 30 ym. Bei der Energiespeicherkomponente 3 handelt es sich um eine als Kathode geschaltete Elektrode 3a. Die Elektrode 3a ist aus einem zur Aufnahme von Ionen, insbesondere Lithium-Ionen, ausgebildeten Energiespeicherkomponentenmaterial, wie z. B. LiCoC>2 oder LiFeP04, gebildet. Die Elektrode 3a dient der Ab- gabe/Aufnähme und Speicherung von Ionen, insbesondere
Lithiumionen, im Betrieb des Energiespeichers 1. Die Elektrode 3a kann mit dem dieser benachbart angeordneten Kontaktelement 2a elektrisch leitend und mit der dieser benachbart angeordneten Energiespeicherkomponente 4 ionisch leitend bzw. direkt verbunden sein. Die Elektrode 3a weist eine poröse
Struktur auf, um einen Flüssigelektrolyten aufzunehmen. Die Schichtdicke der Elektrode 3a liegt typischerweise in einem Bereich zwischen 30 und 300 ym. Bei der Energiespeicherkomponente 4 handelt es sich um einen Separator 4a. Der Separator 4a ist aus einem elektrisch isolierenden, gegebenenfalls ionisch leitfähigen keramischen oder polymeren Separatormaterial gebildet. Der Separator 4a kann sonach bei Ausbildung aus einem elektrisch isolierenden, ionisch leitfähigen Separatormaterial selbst ionisch leitfähig sein. Sofern der Separator 4a selbst keine ionische Leitfähigkeit aufweist, ist er mit einem gelartigen bzw. flüssigen Elektrolyten befüllt. Sonach ermöglicht der Separator 4a in allen Fällen einen für den Betrieb des Energiespeichers 1 erforderlichen Ionenaustausch zwischen den diesen umgebend angeordneten Energiespeicherkomponenten 3, 5. Der Separator 4a kann mit den diesen umgebend angeordneten Energiespeicherkomponenten 3, 5 ionisch leitend bzw. direkt verbunden sein. Die Schichtdicke des Separators 4a liegt typischerweise in einem Bereich zwischen 1 und 40 ym.
Bei der Energiespeicherkomponente 5 handelt es sich um eine als Anode geschaltete Elektrode 5a. Die Elektrode 5a ist aus einem zur Abgabe/Aufnahme interkalierter oder reagierter Ionen, insbesondere interkalierter oder reagierter Lithium- Ionen, ausgebildeten Energiespeicherkomponentenmaterial , wie z. B. Graphit oder Lithiumverbindungen, gebildet. Die Elektrode 5a dient sonach der Abgabe interkalierter oder reagierter Ionen im Betrieb des Energiespeichers 1. Die Elektrode 5a kann mit dem dieser benachbart angeordneten Separator 4a ionisch leitend und mit der dieser benachbart angeordneten Energiespeicherkomponente 6 elektrisch leitend verbunden sein. Die Elektrode 5a weist eine poröse Struktur auf, um z. B. einen Flüssigelektrolyten aufzunehmen. Die Schichtdicke der Elektrode 5a liegt typischerweise in einem Bereich zwischen 5 und 200 ym.
Bei der Energiespeicherkomponente 6 handelt es sich um ein weiteres elektrisch leitfähiges Kontaktelement 6a. Das Kontaktelement 6a ist aus einem elektrisch leitfähigen Kontaktelementmaterial, wie z. B. Kupfer, gebildet. Das Kontaktelement 6a dient der elektrischen Kontaktierung der diesem benachbart angeordneten Elektrode 5a nach außen. Das Kontaktelement 6a ist sonach mit der diesem benachbart angeordneten Elektrode 5a elektrisch leitend verbunden. Das Kontaktelement 6a ist weitgehend kompakt ausgebildet, um einen möglichst geringen Übergangswiderstand zu gewährleisten. Die Schichtdicke des Kontaktelements 6a liegt typischerweise in einem Bereich zwischen 8 und 40 ym.
Die Herstellung insbesondere der Energiespeicherkomponente 3, 4, 5 erfolgt dadurch, dass wenigstens ein die jeweilige Energiespeicherkomponente 3, 4, 5 bildendes partikuläres Energie- speicherkomponentenmaterial , wenigstens ein partikuläres Porosierungsmittel zur Ausbildung poröser Strukturen in der jeweils herzustellenden Energiespeicherkomponente 3, 4, 5 sowie gegebenenfalls weitere partikuläre Abscheidungsmateria- lien mittels Aerosolabscheidung in einem gemeinsamen Abschei- dungsprozess auf einem Trägermaterial abgeschieden werden. Die Aerosolabscheidung ist sonach als Ko-Abscheidungsprozess zu erachten, in welchem mehrere unterschiedliche Ausgangsmaterialien bzw. Partikelmischungen unterschiedlicher Ausgangsmaterialien, d. h. insbesondere wenigstens ein Energiespei- cherkomponentenmaterial und wenigstens ein
Porosierungsmittel , mittels Aerosolabscheidung gemeinsam in einem Abscheidungsprozess respektive in einem gemeinsamen Ab- scheidungsprozess auf einem Trägermaterial abgeschieden werden .
Wie mit Bezug auf die Fig. 7, 8 noch näher erläutert wird, kann unter einer in einem Abscheidungsprozess erfolgenden gemeinsamen Abscheidung zu verstehen sein, dass die jeweiligen Abscheidungsmaterialien zeitgleich oder zeitlich aufeinanderfolgend bzw. zeitlich gestaffelt auf einem Trägermaterial abgeschieden werden. Ein Abscheidungsprozess kann sonach mehrere zeitlich aufeinanderfolgende bzw. zeitlich gestaffelte Ab- scheidungsschritte umfassen, in welchen Abscheidungsschritten jeweils ein Abscheidungsmaterial oder mehrere, gegebenenfalls unterschiedliche, Abscheidungsmaterialien abgeschieden werden .
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht also vor, aus entsprechenden Abscheidungsmaterialien, d. h. insbesondere wenigstens einem Energiespeicherkomponentenmaterial und wenigstens einem Porosierungsmittel, ein oder mehrere Aerosole herzustellen und dieses Aerosol oder diese Aerosole gezielt auf ein Trägermaterial zu beschleunigen, so dass auf dem Trägermaterial eine feste Schicht abgeschieden wird. Die derart abgeschiedene feste Schicht bildet die herzustellende Energiespeicherkomponente 2 - 6.
Über Einstellungen bzw. Variationen der Prozessbedingungen im Rahmen des Aerosolabscheidungsprozesses lassen sich Schichten und sonach Energiespeicherkomponenten 2 - 6 mit unterschiedlichen Eigenschaften, insbesondere unterschiedlichen Dichten, Porositäten und Schichtdicken, realisieren. Über die anteilsmäßige Zusammensetzung des oder der abzuscheidenden Aerosole, d. h. insbesondere über den Anteil bzw. die Konzentration des wenigstens einen Energiespeicherkompo- nentenmaterials und den Anteil bzw. die Konzentration des wenigstens einen Porosierungsmittels, lassen sich gezielt gewünschte Porositäten der herzustellenden Energiespeicherkomponente 3, 4, 5, d. h. der Elektroden 3a, 5a sowie des Separators 4a, einstellen. Insbesondere sind lokale Porositätsgradienten zwischen den Energiespeicherkomponenten 3, 4, 5 oder sogar innerhalb einer Energiespeicherkomponente 3, 4, 5 ausbildbar, indem der Anteil bzw. die Konzentration des wenigstens einen Porosierungsmittels graduell variiert wird.
Die Herstellung der Energiespeicherkomponenten 2, 6, d. h. der jeweiligen Kontaktelemente 2a, 6a, kann entsprechend erfolgen. Allerdings ist bei der Ausbildung der Energiespeicherkomponenten 2, 6, d. h. der Kontaktelemente 2a, 6a, typischerweise auf eine deutlich niedrigere Konzentration des Porosierungsmittels als bei der Ausbildung der übrigen Energiespeicherkomponenten 3, 4, 5 zu achten, um die Kontaktelemente 2a, 6a jeweils weitgehend kompakt auszubilden. Die Ausbildung der Kontaktelemente 2a, 6a als kompakte Schichten kann auch über andere Prozessparameter gesteuert werden. Insbesondere sind in diesem Zusammenhang die jeweilige
Gefügestruktur beeinflussende thermische Nachbehandlungen der abgeschiedenen Kontaktelemente 2a, 6a möglich, welche eine Verdichtung dieser bedingen. Ebenso können die elektrischen Kontaktelemente 2a, 6a als metallische Folien vorgelegt werden, auf welchen die Elektroden 3a, 5a entsprechend abgeschieden werden.
Die Ausbildung poröser Strukturen über das wenigstens eine Porosierungsmittel basiert prinzipiell darauf, dass das wenigstens eine Porosierungsmittel während und/oder nach der Abscheidung, z. B. durch Zersetzung, aus der jeweiligen Energiespeicherkomponente 2 - 6 entfernt wird. Durch die Entfernung bzw. Zersetzung des Porosierungsmittels werden, insbesondere miteinander kommunizierende respektive zusammenhän- gende, Leerstellen gebildet, welche poröse Strukturen innerhalb der jeweiligen Energiespeicherkomponenten 2 - 6 bilden.
Als Porosierungsmittel kann ein Zersetzungsmaterial und/oder ein ein Zersetzungsmaterial umfassendes Porosierungsmittel verwendet werden, welches Zersetzungsmaterial sich rückstandsfrei zersetzen lässt. Die Ausbildung poröser Strukturen basiert sonach auf einer während bzw. nach der Abscheidung bzw. Herstellung der Energiespeicherkomponente erfolgenden Zersetzung und somit Entfernung entsprechender Zersetzungsmaterialien aus der Energiespeicherkomponente 2 - 6.
Die Zersetzung des Zersetzungsmaterials kann beispielsweise thermisch, d. h. über Aufbringung von Temperatur, erfolgen. Um das Zersetzungsmaterial thermisch zu zersetzen, ist das Zersetzungsmaterial auf eine Temperatur oberhalb seiner materialspezifischen Zersetzungstemperatur zu erhitzen. Zur thermischen Zersetzung des Zersetzungsmaterials kommt insbesondere eine Pyrolyse in Frage, um unerwünschte Oxidationsprozesse zu unterbinden. Denkbar ist es auch, die zur thermischen Zersetzung des Zersetzungsmaterials erforderliche thermische Energie über hochenergetische Strahlung, wie z. B. über Laserstrahlung, aufzubringen. Die Zersetzung des Zersetzungsmaterials kann alternativ auch mittels eines Lösungsmittels erfolgen, in welchem das Zersetzungsmaterial löslich ist.
Konkret kann es sich bei dem Zersetzungsmaterial hier um ein Polymermaterial handeln. Das Polymermaterial weist zweckmäßi eine niedrige Zersetzungstemperatur, insbesondere einen nied rigen Schmelzpunkt, und/oder eine gute Löslichkeit in organi sehen Lösungsmitteln auf. Bei dem Polymermaterial kann es sich z. B. um thermoplastische Kunststoffmaterialien, wie z. B. Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol etc., oder um natür liehe Polymere, wie z. B. Zellulose, handeln.
Besonders zweckmäßig wird als Porosierungsmittel wenigstens ein Zersetzungsmaterial und/oder ein wenigstens ein Zersetzungsmaterial umfassendes Porosierungsmittel verwendet, wel- ches Zersetzungsmaterial sich oberhalb seiner materialspezifischen Zersetzungstemperatur unter Ausbildung elektrisch leitfähiger Zersetzungsprodukte zersetzen lässt. Die Zersetzung des Zersetzungsmaterials erfolgt hier also zwingend thermisch und ist im Gegensatz zu der vorstehend beschriebenen Ausführungsform nicht rückstandsfrei, da die thermische Zersetzung des Zersetzungsmaterials elektrisch leitfähige Rückstände in Form der elektrisch leitfähigen Zersetzungsprodukte hinterlässt. Die elektrisch leitfähigen Zersetzungsprodukte erhöhen die elektrische Leitfähigkeit der jeweiligen Energiespeicherkomponente 2 - 6, so dass gegebenenfalls der Einsatz zusätzlicher elektrisch leitfähiger Leitmaterialien, wie z. B. Graphit, anteilsmäßig reduziert oder auf den Einsatz derartiger Leitmaterialien sogar verzichtet werden kann. Hieraus ergibt sich, dass entsprechende Zersetzungsmaterialien insbesondere im Zusammenhang mit der Herstellung der Kontaktelemente 2a, 6a sowie der Elektroden 3a, 5a eingesetzt werden .
Bei dem Zersetzungsmaterial kann es sich hier um ein
Polymermaterial handeln, welches im Rahmen seiner thermischen Zersetzung zur Ausbildung elektrisch leitfähiger Zersetzungsprodukte geeignet ist. Es kommen sonach natürliche oder synthetische Polymermaterialien mit einem vergleichsweise hohen Anteil an Kohlenstoff, wie z. B. Polystyrol oder
Dimethylzellulose, in Frage. Bei den Zersetzungsprodukten handelt es sich sonach vornehmlich um elektrisch leitfähige, graphitähnliche oder nicht graphitisierte bzw. nicht graphitische Kohlenstoffverbindungen.
Als Porosierungsmittel können auch Core-Shell-Partikel, bestehend aus wenigstens einem Kernmaterial (Core) und wenigstens einem das Kernmaterial umhüllenden Hüllmaterial (Shell) , verwendet werden. Die Core-Shell-Partikel können derart ausgebildet sein, dass das Hüllmaterial elektrisch leitfähig ist und sich das Kernmaterial, insbesondere oberhalb seiner materialspezifischen Zersetzungstemperatur, rückstandsfrei zersetzen lässt oder dass das Kernmaterial elektrisch leitfähig ist und sich das Hüllmaterial, insbesondere oberhalb seiner materialspezifischen Zersetzungstemperatur, rückstandsfrei zersetzen lässt. Es ist ebenso denkbar, dass die Core-Shell- Partikel derart ausgebildet sind, dass sich das Hüllmaterial oberhalb seiner materialspezifischen Zersetzungstemperatur unter Ausbildung elektrisch leitfähiger Zersetzungsprodukte thermisch zersetzen lässt oder sich das Kernmaterial oberhalb seiner materialspezifischen Zersetzungstemperatur unter Ausbildung elektrisch leitfähiger Zersetzungsprodukte thermisch zersetzen lässt.
Weiterhin kann als Porosierungsmittel auch ein leichtflüchtiges Zersetzungsmaterial und/oder ein leichtflüchtiges Zersetzungsmaterial umfassendes Porosierungsmittel verwendet wer- den. Das leichtflüchtige Zersetzungsmaterial ist derart beschaffen, dass es sich unter den im Rahmen der Aerosolab- scheidung herrschenden Prozessbedingungen selbstständig verflüchtigt bzw. zersetzt. Unter einem leichtflüchtigen Zersetzungsmaterial ist also insbesondere ein Material mit einer niedrigen Siedetemperatur zu verstehen. Das leichtflüchtige Zersetzungsmaterial durchläuft bedingt durch die im Rahmen der Aerosolabscheidung herrschenden Prozessbedingungen, insbesondere des herrschenden Drucks und/oder der herrschenden Temperatur, einen Phasenübergang und tritt, insbesondere als Flüssigkeit oder Gas, während und/oder nach der Abscheidung aus der Energiespeicherkomponente 2 - 6 aus.
Bei dem Zersetzungsmaterial kann es sich beispielsweise um gefrorene Partikel aus Wasser und/oder einem, insbesondere organischen, Lösungsmittel handeln. Es ist auch denkbar, festen Stickstoff oder festes Kohlendioxid (Trockeneis) als leichtflüchtiges Zersetzungsmaterial zu verwenden. Die Verwendung entsprechender leichtflüchtiger Zersetzungsmaterialien ist insbesondere deshalb möglich, weil im Rahmen der Ae- rosolabscheidung eine konstruktive Abscheidung auch bei tiefen Temperaturen durchführbar ist, so dass die Abscheidung auch bei Temperaturen um den Gefrierpunkt des Zersetzungsma- terials bzw. unterhalb des Gefrierpunkts des Zersetzungsmaterials erfolgen kann.
Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts des in Fig. 1 gezeigten Energiespeichers 1. In dem Ausschnitt ist das elektrische Kontaktelement 2a, die als Kathode geschaltete Elektrode 3a und der Separator 4a gezeigt.
Anhand von Fig. 2 ist insbesondere die innere Struktur der Elektrode 3a zu erkennen. Das Elektrodenmaterial 7, bei welchem es sich, wie erwähnt, z. B. um LiCoC>2 oder LiFeP04, handeln kann, bildet eine Art Matrix. In der Matrix sind durch die Entfernung des Porosierungsmittels , d. h. insbesondere die Zersetzung des als Porosierungsmittels dienenden Zerset- zungsmaterials, poröse Strukturen in Form von miteinander kommunizierenden Porenkanälen 8 gebildet. Die Porenkanäle 8 durchsetzen die Elektrode zwischen dem Separator 4a und dem elektrischen Kontaktelement 2a. Die die Porenkanäle 8 begrenzenden Wandungen 9 sind mit elektrisch leitfähigen Zersetzungsprodukten 10 versehen und sonach elektrisch leitfähig ausgebildet. Insbesondere ist derart ein die Elektrode 3a durchsetzendes, elektrisch leitfähiges Netzwerk aus perkolierten elektrisch leitfähigen Zer- Setzungsprodukten 10 gebildet. Um die elektrische Leitfähigkeit der Elektrode 3a weiter zu erhöhen, sind in dem Elektrodenmaterial 7 zusätzlich elektrisch leitfähige Partikel 11, welche z. B. aus Graphit bestehen, dispergiert. Die Fig. 3 - 6 zeigen verschiedene Herstellungsschritte im
Rahmen einer Herstellung eines elektrischen Energiespeichers 1 nach einem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Anhand der Fig. 3 - 6 ist insbesondere ersichtlich, dass es im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens auch möglich ist, neben einzelnen Energiespeicherkomponenten 2 - 6 auch einen kompletten Energiespeicher 1 herzustellen. In dem in Fig. 3 gezeigten Herstellungsschritt wird auf einem zuvor bereitgestellten elektrischen Kontaktelement 6a eine als Anode schaltbare poröse Elektrode 5a mittels Aerosolabscheidung abgeschieden. Hierfür wird ein ein Elektrodenmaterial sowie ein Porosierungsmittel enthaltendes Aerosol verwendet. Selbstverständlich ist es, wie erwähnt, auch möglich, das elektrische Kontaktelement 6a entsprechend mittels Aerosolabscheidung abzuscheiden. Das elektrische Kontaktelement 6a wäre dann zuvor auf einem geeigneten Trägermaterial abzuscheiden. Hierfür wäre ein ein Kontaktelementmaterial enthaltendes Aerosol zu verwenden, welches gegebenenfalls einen geringen Anteil an Porosierungsmittel enthält.
In dem in Fig. 4 gezeigten Herstellungsschritt wird auf der als Anode schaltbaren porösen Elektrode 5a ein Separator 4a mittels Aerosolabscheidung abgeschieden. Hierfür wird ein ein Separatormaterial sowie ein Porosierungsmittel enthaltendes Aerosol verwendet.
In dem in Fig. 5 gezeigten Herstellungsschritt wird auf dem Separator 4a eine als Kathode schaltbare poröse Elektrode 3a mittels Aerosolabscheidung abgeschieden. Hierfür wird ein ein Elektrodenmaterial sowie ein Porosierungsmittel enthaltendes Aerosol verwendet.
In dem in Fig. 6 gezeigten Herstellungsschritt wird auf die als Kathode schaltbare poröse Elektrode 3a ein weiteres elektrisches Kontaktelement 2a mittels Aerosolabscheidung abgeschieden. Hierfür wird ein ein Kontaktelementmaterial enthaltendes Aerosol verwendet, welches gegebenenfalls einen geringen Anteil an Porosierungsmittel enthält.
An die in den Fig. 3 - 6 gezeigten Herstellungsschritte können sich weitere Herstellungsschritte, wie z. B. ein Anbringen von elektrischen Leiterelementen, so genannten Abieitern, an die elektrischen Kontaktelemente 2a, 6a, diverse Verpa- ckungs- und Versiegelungsmaßnahmen sowie eine Befüllung des Energiespeichers 1, d. h. insbesondere der Elektroden 3a, 5a sowie des zwischen diesen angeordneten Separators 4a, mit einem Flüssigelektrolyten anschließen.
Die Fig. 7, 8 zeigen je eine Prinzipdarstellung einer Anlage zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die in Fig. 7 gezeigte Anlage umfasst drei Behältnisse 12, 13, 14, welche jeweils mit einer Gaszuführung 15, 16, 17 verbunden sind. In den Gaszuführungen 15, 16, 17 wird jeweils ein bestimmtes gasförmiges Trägermedium, bei welchem es sich z. B. um Luft oder Kohlendioxid handelt, druckbeaufschlagt vorgehalten. Zwischen die jeweiligen Gaszuführungen 15, 16, 17 und die Behältnisse 12, 13, 14 ist eine Massen- bzw. Volu- mendurchflussregelungseinrichtung 18 geschaltet, über welche der Massen- bzw. Volumenstrom des über die jeweilige Gaszuführungen 15, 16, 17 in die jeweiligen Behältnisse 12, 13, 14 strömenden gasförmigen Trägermediums gesteuert werden kann.
Für die beispielhafte Herstellung einer als Elektrode 3a, 5a zu verwendenden Energiespeicherkomponente 3, 5 kann sich in dem Behältnis 12 ein partikuläres Elektrodenmaterial, in dem Behältnis 13 ein partikuläres Porosierungsmittel und in dem Behältnis 14 ein partikuläres Leitmaterial befinden.
Über das in die jeweiligen Behältnisse 12, 13, 14 strömende gasförmige Trägermedium wird in den Behältnissen 12, 13, 14 jeweils ein Aerosol gebildet. Die jeweiligen Aerosole werden über Zuleitungen in eine zentrale Mischeinrichtung 19 geleitet. In die Zuleitungen zu der zentralen Mischeinrichtung 19 sind Druckmesseinrichtungen 20 geschaltet, um den Druck der in die zentrale Mischeinrichtung 19 strömenden Aerosole zu überwachen .
Die einzelnen Aerosole werden in der zentralen Mischeinrichtung 19 miteinander vermischt, d. h. zu einem Aerosol zusammengeführt. Über eine der zentralen Mischeinrichtung 19 zugeordnete weitere Gaszuführung 21 kann das anteilsmäßige Ver- hältnis zwischen den Partikeln und dem gasförmigen Trägermediums in dem in der Mischeinrichtung 19 enthaltenen Aerosol reguliert werden. Das Aerosol wird mittels einer Düsenvorrichtung 22 auf einen in einer Abscheidungskammer 23 angeordneten, wie durch den Doppelpfeil angedeutet, beweglich gelagerten Träger 24 gerichtet und auf dessen der Düsenvorrichtung 22 zugewandten Oberfläche abgeschieden. Die Beschleunigung des Aerosols aus der Düsenvorrichtung 22 erfolgt durch das in der Abscheidungskammer 23 anliegende Vakuum, welches mittels einer Vakuumpumpe 25 erzeugt wird. Ersichtlich ist auch der Abscheidungskammer 23 eine Druckmesseinrichtung 20 zugeordnet, über welche die Druckverhältnisse innerhalb der Abscheidungskammer 23 überwacht werden können.
Um eine gute Durchmischung der abzuscheidenden Materialien her- bzw. sicherzustellen, können die oder kann ein Teil der abzuscheidenden Materialien vor der Abscheidung auf dem Trä- ger 24, insbesondere vor Eintritt in die Düsenvorrichtung 22 und/oder in der Düsenvorrichtung 22, verwirbelt werden. Die Verwirbelung bedingt eine bestimmte Durchmischung der Ab- scheidungsmaterialien, welche für den Abscheidungsprozess vorteilhaft sein kann. Die Durchmischung kann anlagentech- nisch durch in in bestimmte Leitungsabschnitte der Anlage geschaltete oder in die Düsenvorrichtung 22 integrierte
Verwirbelungseinrichtungen (nicht gezeigt), wie z. B.
Verwirbelungsdüsen , realisiert werden. Im Unterschied zu der in Fig. 7 gezeigten Anlage ist bei der in Fig. 8 gezeigten Anlage keine zentrale Mischeinrichtung 19 vorgesehen. Die in den einzelnen Behältnissen 12, 13, 14 erzeugten Aerosole werden jeweils über diesen gesondert zugeordnete Mischeinrichtungen 19a, 19b, 19c in jeweilige Dü- senvorrichtungen 22a, 22b, 22c geleitet, über welche Düsenvorrichtungen 22a, 22b, 22c diese in einzelnen Abscheidungs- schritten, d. h. insbesondere auch zeitlich aufeinanderfolgend respektive zeitlich gestaffelt, auf dem Träger 24 abge- schieden werden können. Der Vorteil dieser Variante liegt darin, dass die jeweiligen Abscheidungsmaterialien individuell für die Abscheidung aufbereitet, insbesondere vorbehandelt, und dosiert werden können. Für die jeweiligen Abscheidungsmaterialien sind sonach unterschiedliche Anlagen- und Prozessparameter, wie z. B. Pulveragitationsmodi, Druck- und/oder Temperaturverhältnisse, Leitungsquerschnitte,
Düsengeometrien, Strömungsgeschwindigkeiten, Strömungsprofile und gasförmige Trägermedien, darstellbar.
Insbesondere für die in Fig. 8 gezeigte Anlage gilt, dass es anstelle in den jeweiligen Behältnissen 12, 13, 14 jeweilige Abscheidungsmaterialien zur Abscheidung einer bestimmten Energiespeicherkomponente 2 - 6, d. h. z. B. einer Elektrode 3a, 5a, vorzuhalten, auch möglich ist, in den jeweiligen Behältnissen 12, 13, 14 jeweils komplette Partikelmischungen zur Abscheidung einer bestimmten Energiespeicherkomponente 2 - 6 vorzuhalten.
Demnach kann beispielsweise in dem Behältnis 12 eine ein Elektrodenmaterial und ein Porosierungsmittel enthaltende Partikelmischung zur Erzeugung eines Aerosols zur Abscheidung einer als Kathode zu schaltenden Elektrode 3a, in dem Behältnis 13 eine ein Separatormaterial und ein Porosierungsmittel enthaltende Partikelmischung zur Erzeugung eines Aerosols zur Abscheidung eines Separators 4a und in dem Behältnis 14 eine ein Elektrodenmaterial und ein Porosierungsmittel enthaltende Partikelmischung zur Erzeugung eines Aerosols zur Abscheidung einer als Anode zu schaltenden Elektrode 5a enthalten sein.
Gleichermaßen besteht insbesondere im Zusammenhang mit der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einer in Fig. 8 gezeigten Anlage die Möglichkeit, das abzuscheidende Materialien mit gleichen oder ähnlichen Materialeigenschaften bzw. Partikeleigenschaften, insbesondere gleicher oder ähnlicher Dichte und/oder Morphologie und/oder Partikelgröße, in einzelnen Fraktionen unter Ausbildung einer Partikelmischung vorgemischt und fraktionsweise abgeschieden werden. In den einzelnen Behältnissen 12, 13, 14 können sonach Aerosole aus vorgemischten Partikelmischungen gleicher oder ähnlicher Partikel erzeugt werden, welche im Weiteren zeitgleich oder fraktionsweise, d. h. zeitlich aufeinanderfolgend bzw. zeit- lieh gestaffelt, auf dem Träger 24 abgeschieden werden.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge- schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Herstellung wenigstens einer Energiespeicherkomponente (2, 3, 4, 5, 6) für einen elektrischen Energiespeicher (1), dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der wenigstens einen Energiespeicherkomponente (2, 3, 4, 5, 6) wenigstens ein die wenigstens eine Energiespeicherkomponente bildendes Energiespeicherkom- ponentenmaterial sowie wenigstens ein
Porosierungsmittel , welches der Ausbildung poröser Strukturen in der herzustellenden Energiespeicherkomponente (2, 3, 4, 5, 6) dient, mittels Aerosolabscheidung in einem gemeinsamen Abscheidungsprozess auf einem Trägermaterial abgeschieden werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Energiespeicherkomponente (3, 5) in Form einer Elektrode (3a, 5a) hergestellt wird, wobei hierzu wenigstens ein zur Abgabe oder Aufnahme von Ionen ausgebildetes Elektrodenmaterial als Energiespeicherkomponen- tenmaterial abgeschieden wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass neben dem wenigstens einen Elektrodenmaterial zusätzlich wenigstens ein elektrisch leitfähiges Leitmaterial abgeschieden wird und/oder ein ein elektrisch leitfähiges Leitmaterial umfassendes Elektrodenmaterial abgeschieden wird .
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Energiespeicherkomponente (4) in Form eines zwischen zwei Elektroden (3a, 5a) eines Energiespeichers (1) anzuordnenden elektrisch isolierenden, jedoch ionisch leitfähigen Separators (4a) hergestellt wird, wobei hierzu wenigstens ein elektrisch isolierendes, gegebenenfalls ionisch leitfähiges
Separatormaterial als Energiespeicherkomponentenmaterial abgeschieden wird. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Energiespeicherkomponente (2, 6) in Form eines mit einer Elektrode (3a, 5a) eines Energiespeichers (3, 5) zu kontaktierenden elektrisch leitfähigen Kontaktelements (2a, 6a) hergestellt wird, wobei hierzu wenigstens ein elektrisch leitfähiges Kontaktelementmaterial als Energiespeicherkomponentenma- terial abgeschieden wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Porosierungsmittel wenigstens ein Zersetzungsmaterial und/oder ein wenigstens ein Zersetzungsmaterial umfassendes Porosierungsmittel verwendet wird, wobei sich das Zersetzungsmaterial rückstandsfrei zersetzen lässt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Porosierungsmittel wenigstens ein Zersetzungsmaterial und/oder ein wenigstens ein Zersetzungsmaterial umfassendes Porosierungsmittel verwendet wird, wobei sich das Zersetzungsmaterial oberhalb seiner materialspezifischen Zersetzungstemperatur unter Ausbildung elektrisch leitfähiger Zersetzungsprodukte thermisch zersetzen lässt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Porosierungsmittel Core- Shell-Partikel , bestehend aus wenigstens einem Kernmaterial und wenigstens einem das Kernmaterial umhüllenden Hüllmaterial, abgeschieden werden, wobei das Hüllmaterial elektrisch leitfähig ist und sich das Kernmaterial, insbesondere oberhalb seiner materialspezifischen Zersetzungstemperatur, rückstandsfrei zersetzen lässt oder das Kernmaterial elektrisch leitfähig ist und sich das Hüllmaterial, insbesondere oberhalb seiner materialspezifischen Zersetzungstemperatur, rückstandsfrei zersetzen lässt oder sich das Hüllmaterial oberhalb seiner ma- terialspezifischen Zersetzungstemperatur unter Ausbil- dung elektrisch leitfähiger Zersetzungsprodukte ther- misch zersetzen lässt oder sich das Kernmaterial oberhalb seiner materialspezifischen Zersetzungstemperatur unter Ausbildung elektrisch leitfähiger Zersetzungspro- dukte thermisch zersetzen lässt .
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Porosierungsmittel wenigstens ein leichtflüchtiges Zersetzungsmaterial und/oder ein wenigstens ein leichtflüchtiges Zersetzungsmaterial umfassendes Porosierungsmittel verwendet wird, wobei sich das leichtflüchtige Zersetzungsmaterial unter den im Rahmen des Abscheidungsprozesses herrschenden Prozessbedingungen selbstständig verflüchtigt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Energie- speicherkomponentenmaterial und das wenigstens eine Porosierungsmittel sowie gegebenenfalls weitere Abschei- dungsmaterialien unter Ausbildung einer Partikelmischung vorgemischt werden und die Partikelmischung abgeschieden wird .
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Energiespeicher- komponentenmaterial oder ein Teil des wenigstens einen Energiespeicherkomponentenmaterials und das wenigstens eine Porosierungsmittel oder wenigstens ein Teil des we nigstens einen Porosierungsmittels sowie gegebenenfalls weitere Abscheidungsmaterialien zeitlich gestaffelt abgeschieden werden.
Verfahren nach Anspruch 10 oder einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass abzuscheidende Mate rialien mit gleichen oder ähnlichen Materialeigenschaften, insbesondere gleicher oder ähnlicher Dichte und/oder Morphologie und/oder Partikelgröße, in einzel- nen Fraktionen unter Ausbildung einer Partikelmischung vorgemischt und fraktionsweise abgeschieden werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die oder ein Teil der abzuscheidenden Materialien vor ihrer Abscheidung in einer Verwirbelungseinrichtung verwirbelt werden.
14. Energiespeicherkomponente (2, 3, 4, 5, 6) für einen
elektrischen Energiespeicher (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeicherkomponente (2, 3, 4, 5, 6) gemäß dem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprü che hergestellt ist.
Elektrischer Energiespeicher (1), insbesondere Lithium- Ionen-Energiespeicher, umfassend wenigstens eine Energiespeicherkomponente (2, 3, 4, 5, 6) nach Anspruch 14.
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