WO2019145337A1 - Verfahren zum herstellen einer elektrode für eine batterie und elektrode für eine batterie - Google Patents

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WO2019145337A1
WO2019145337A1 PCT/EP2019/051581 EP2019051581W WO2019145337A1 WO 2019145337 A1 WO2019145337 A1 WO 2019145337A1 EP 2019051581 W EP2019051581 W EP 2019051581W WO 2019145337 A1 WO2019145337 A1 WO 2019145337A1
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pore
solvent
particles
battery
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PCT/EP2019/051581
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Leonore Glanz
Calin Iulius WURM
Harald Bauer
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Robert Bosch Gmbh
Leap Lithium Energy And Power Gmbh Co Kg
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the invention relates to a method for producing an electrode for a battery and an electrode for a battery.
  • US 2015/0 303 481 A1 describes an energy storage device, e.g. a lithium-ion battery.
  • the electrode of the lithium-ion battery is made by mixing a binder with active material and, optionally, a conductive carbon powder. Subsequently, the mixture is processed by means of solvent-free grinding. The resulting mixture is hot pressed in a rolling mill to a film (calendered) or on a
  • Carrier film at least temporarily laminated to obtain a film that is later calendered, laminated or glued to the metal collector to obtain the electrodes.
  • an adhesion layer is applied to the metal collector prior to mixing or actual electrode on the metal collector to allow production.
  • the thickness of the adhesion layer is usually several microns, whereby the energy density is reduced.
  • Embodiments of the present invention can advantageously make it possible to produce an electrode for a battery in a technically simple and rapid manner or to provide an electrode for a battery, wherein a battery with a high energy density can be produced with the electrode.
  • a method for producing an electrode for a battery, in particular for a lithium-ion battery is proposed, wherein a pore image for forming pores in the electrode is removed from the electrode by means of a solvent and dirt particles and / or foreign particles are removed from a surface of the electrode, characterized in that at the same time the pore images from the electrode and dirt particles and / or foreign particles from the electrode by means of the
  • Dirt particles and / or foreign particles for example, caused by cutting or stamping of the electrode, is cleaned and the pore images is removed from the electrode for generating pores in the electrode.
  • An electrolyte can generally be introduced into the pores. Through the pores, an electrolyte of the battery can usually reach the particles of the electrode or the active material of the electrode and transport lithium ions.
  • an electrode for a battery in particular a lithium battery, is proposed, characterized in that the electrode has been produced according to the method described above.
  • the electrode can be produced in a technically simple and rapid manner, since at the same time dirt particles and / or foreign particles, which are produced, for example, when cutting or punching the electrode, and the pore images are removed from the electrode to produce pores in the electrode Electrode.
  • An electrolyte can generally be introduced into the pores. Through the pores, an electrolyte of the battery can usually reach the particles of the electrode or the active material of the electrode and transport lithium ions.
  • the pore-forming agent makes the surface of the electrode porous. Therefore, a good toothing to a bonding agent (which is arranged between the electrode and a metallic Ableitfolie) take place and the layer of the adhesion promoter or the adhesion layer are thereby made particularly thin or the adhesive or the adhesive layer may even completely or completely omitted. It has been found that, in particular at low contents of PTFE (polytetrafluoroethylene) in the range from about 0.2% by weight to about 2% by weight of the active material of the electrode, an adhesive layer or adhesion layer or adhesive layer having a thickness in the range of about 1 pm is sufficient until about 3 pm.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • “Simultaneous” or “simultaneous” may in particular mean that the two processes of removing the pore image from the electrode and the dirt particles and / or foreign particles from the surface of the electrode take place in a single step. That that the two processes at least partially overlap in time. Preferably, the two processes start at the same time. It is possible, of course, that one of the two processes is completed earlier than the other process. It is also conceivable that the operations are carried out the same time, i. E. that this
  • Solvent removes the pore images from the electrode for as long as the solvent cleans the surface of debris and / or debris, of course no pore image can be removed from the electrode if any pore patterns in the electrode (accessible from outside the electrode) are already removed has been removed, and of course no dirt particles and / or foreign particles can be removed from the electrode when there are no dirt particles and / or foreign particles on the electrode.
  • Attach the electrode to a current collector This is usually when connecting to a metal collector or a
  • Polyethylene glycol is used in the PTFE-containing electrode, since by opening the surface or pores after calendering again the second binder is available on the surface and in lamination to
  • the current collector requires no additional adhesive layer or adhesion layer for this embodiment, despite the use of PTFE as a binder.
  • the method further comprises the following steps, which are carried out before removing the pore image and the dirt particles and / or foreign particles: mixing a binder, a
  • the pore image and the active material additionally conductive carbon powder is mixed. This generally improves the conductivity of the electrode.
  • volume fraction of the electrode makes the electrode technically simple and safe can be connected to the current collector.
  • the electrode is at least partially, preferably completely immersed in the solvent.
  • the method can usually be performed technically simple and very fast.
  • the following steps are carried out: filtering out dirt particles and / or foreign particles from the solvent; and distilling the dirt particles and / or Foreign particles of filtered solvent to remove the pore pattern from the solvent.
  • the pore image comprises polyvinylpyrrolidone (PVP), carboxymethylcellulose (CMC), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polystyrene (PS) and / or dibutyl phthalate (DBP).
  • PVP polyvinylpyrrolidone
  • CMC carboxymethylcellulose
  • PE polyethylene
  • PP polypropylene
  • PS polystyrene
  • DBP dibutyl phthalate
  • the volume ratio of the pore image to the other constituents of the electrode is in the range from about 1% to about 50%, in particular in the range between about 15% and about 40%.
  • Fig. 1 shows a sequence in an embodiment of the
  • FIG. 1 shows a sequence in an embodiment of the method according to the invention.
  • the materials may for example have powdered form. These three materials or the three powders are next mixed or mixed with each other. 25 Conductive carbon powder may optionally be mixed. In particular, the mixture is mixed homogeneously.
  • calendering or lamination of the mixture to form a self-supporting film 27 takes place. Subsequently, calendering or lamination or sticking of the film to the metal collector or current collector 30 is performed. It is possible that a (thin) adhesive layer between the film and the metal collector or the current collector is arranged. However, an adhesion layer is not (necessarily) necessary. Subsequently, cutting / punching of the electrode 35 takes place, in which electrodes of the desired size are produced.
  • Dirt particles and / or foreign particles 40 performed.
  • the pore images and the dirt particles and / or foreign particles are removed at the same time or simultaneously.
  • the assembly of the cell takes place, the electrode being the positive pole or the negative pole of the cell.
  • step: "adding an electrolyte” 45 Another steps to complete or complete the battery include the usual steps.
  • the surface of the electrode is cleaned of dirt particles and / or foreign particles.
  • the dirt particles and / or foreign particles for example, during (or) cutting the electrode and / or during
  • Punching of the electrode 35 may have arisen or arise.
  • the surface is usually not cleaned mechanically. Also, a suction of the surface usually does not take place.
  • the same solvent title used to remove the pore image from the electrode is used to clean the surface of the electrode of
  • the electrode can be immersed, for example, in the solvent.
  • the solvent is used to remove or extract the pore images from the electrode and at the same time to clean the surface of the electrode.
  • the electrode can be technically simple, in particular without an adhesion layer or with a very thin adhesion layer, on the
  • the solvent depends on the pore image used. It may be necessary to heat or heat the release tab and / or the electrode to remove the pore images from the electrode.
  • the solvent in which the pore image is dissolved and the debris and / or foreign particles may be present , recycled or reused.
  • the dirt particles and / or foreign particles are removed from the solvent.
  • the solvent title can be separated from the pore image.
  • the pore images can also be reused.
  • the pore image may be a solid or a liquid, such as a
  • Plasticizer for example dibutyl phthalate (DBP).
  • the pore image may include or be polyvinylpyrrolidone (PVP), carboxymethylcellulose (CMC), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polystyrene (PS) and / or dibutyl phthalate (DBP). Also conceivable is a mixture of the substances mentioned as pore images.
  • PVP polyvinylpyrrolidone
  • CMC carboxymethylcellulose
  • PE polyethylene
  • PP polypropylene
  • PS polystyrene
  • DBP dibutyl phthalate
  • the solvent depends on the material of the pore image.
  • the solvent may include or be water or ethanol for polyvinylpyrrolidone (PVP) and carboxymethylcellulose (CMC).
  • PVP polyvinylpyrrolidone
  • CMC carboxymethylcellulose
  • the solvent may include or be acetone, toluene, xylene, trichlorobenzene and / or tetrahydronaphthalene.
  • the solvent for dibutyl phthalate (DBP) may include or be n-hexane.
  • the electrode is usually immersed in only a single solvent since the two steps (removal of the pore image to create the pores and removal of loose particles from the surface of the electrode) are performed by the solvent. This saves time and money.
  • the solvent can be removed by means of a soft article, e.g. a sponge is applied to the surface of the electrode.
  • a soft article e.g. a sponge is applied to the surface of the electrode.
  • the pore images are dissolved out of the electrode and dirt particles and / or foreign particles are removed from the electrode 40.
  • the electrode can be rinsed off, for example with water, in order to remove the solvent from the electrode.
  • One pole or both poles of a lithium battery may include an electrode as described above.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrode für eine Batterie, insbesondere für eine Lithium-Ionen-Batterie, vorgeschlagen,wobei ein Porenbilder zum Bilden von Poren in der Elektrode aus der Elektrode mittels eines Lösemittels entfernt wird und Schmutzpartikel und/oder Fremdpartikel von einer Oberfläche der Elektrode entfernt werden, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig der Porenbilder aus der Elektrode und Schmutzpartikel und/oder Fremdpartikel von der Elektrode mittels des Lösemittels entfernt werden (40).

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zum Herstellen einer Elektrode für eine Batterie und Elektrode für eine
Batterie
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrode für eine Batterie und eine Elektrode für eine Batterie.
Stand der Technik
Die US 2015/0 303 481 Al beschreibt eine Energiespeichervorrichtung, z.B. eine Lithium- Ionen- Batterie. Die Elektrode der Lithium- Ionen- Batterie wird hergestellt durch Mischen eines Bindemittels mit Aktivmaterial und, gegebenenfalls, mit einem leitenden Kohlenstoffpulver. Anschließend wird die Mischung mittels lösmittelfreiem Vermahlen verarbeitet. Die sich ergebende Mischung wird warm in einem Walzwerk zu einem Film verpresst (kalandriert) oder auf eine
Trägerfolie wenigstens temporär laminiert, um einen Film zu erhalten, der später kalandriert, laminiert oder auf den Metallkollektor geklebt wird, um die Elektroden zu erhalten. Üblicherweise wird eine Adhäsionsschicht auf den Metallkollektor vor der Mischung bzw. eigentlichen Elektrode auf den Metallkollektor aufgebracht, um die Herstellung zu erlauben. Die Dicke der Adhäsionsschicht beträgt üblicherweise einige Mikrometer, wodurch die Energiedichte reduziert wird.
Da in der Herstellung kein Lösemittel verwendet wird und somit kein
Verdampfungsprozess stattfindet, um das Lösemittel aus der Elektrode zu entfernen, gibt es keine oder nur wenige offene Poren. Offene Poren sind jedoch einerseits notwendig, um in diese später Elektrolyt zu füllen, das die
Beweglichkeit der Lithium-Ionen in den so gebildeten ionenleitfähigen Pfaden des Elektrolyten sicherstellt. Wenn es nicht genügend offene Poren gibt und nicht alle
KU:KR:KR bzw. viele Teilchen der Elektrode bzw. nicht das gesamte bzw. nicht im
Wesentlichen das gesamte Aktivmaterial der Elektrode Zugang zu dem Elektrolyt haben, wird die Leistungsfähigkeit reduziert, da Lithiumionen nicht
wegtransportiert bzw. geleitet werden können. Wenn die Oberfläche jeden Teilchens bzw. der Aktivmaterialteilchen, die in Kontakt mit dem Elektrolyt sind, sich verringert, erhöht sich der Widerstand der Zelle und folglich reduziert sich üblicherweise die Leistung der Elektrode.
Andrerseits sorgen offene Poren für eine gute Verbindung mit einer Haftschicht auf der metallischen Ableiterfolie. Diese Haftschichten sind in der Regel kohlenstoffhaltig zur Erzielung eines geringen Übergangswiderstandes und in der Regel mit einem Polymer als Binder versehen. Wird die Elektrode gemäß der US 2015/0 303 481 Al hergestellt, befindet sich insbesondere beim warmen
Verpressen eine nicht unerhebliche Menge an PTFE (Polytetrafluorethylen) an der Oberfläche der Elektrode, so dass eine haftfähige und elektrisch leitfähige Verbindung nur hergestellt werden kann, wenn die Haftschicht beim Laminieren plastisch in die Poren gedrückt werden kann. Liegen an der Oberfläche jedoch gemäß der US 2015/0 303 481 Al hersteilbedingt nur wenige offene Poren vor, muss die Haftschicht zum Ausgleich besonders dick, d.h. im Bereich von ca. 5 pm bis ca. 20 pm, typischerweise im Bereich dicker als 10 pm ausgeführt werden, was zu einer schlechten volumetrischen Energiedichte führt.
Zudem entstehen beim mechanischen- oder LASER-Schneiden oder Stanzen der Elektrode Fremdpartikel und/oder Schmutzpartikel, die üblicherweise durch Bürsten und/oder Ansaugen von der Elektrode entfernt werden, wodurch jedoch die Oberfläche bzw. die Oberflächen der Elektroden beschädigt werden können.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in vorteilhafter Weise ermöglichen, eine Elektrode für eine Batterie technisch einfach und schnell herzustellen bzw. eine Elektrode für eine Batterie bereitzustellen, wobei mit der Elektrode eine Batterie mit einer hohen Energiedichte hergestellt werden kann. Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrode für eine Batterie, insbesondere für eine Lithium-Ionen-Batterie, vorgeschlagen, wobei ein Porenbilder zum Bilden von Poren in der Elektrode aus der Elektrode mittels eines Lösemittels entfernt wird und Schmutzpartikel und/oder Fremdpartikel von einer Oberfläche der Elektrode entfernt werden, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig der Porenbilder aus der Elektrode und Schmutzpartikel und/oder Fremdpartikel von der Elektrode mittels des
Lösemittels entfernt werden.
Ein Vorteil hiervon ist, dass typischerweise die Elektrode gleichzeitig von
Schmutzpartikeln und/oder Fremdpartikeln, die beispielsweise vom Schneiden bzw. Stanzen der Elektrode entstanden sind, gereinigt wird und der Porenbilder aus der Elektrode zum Erzeugen von Poren in der Elektrode entfernt wird. In die Poren kann im Allgemeinen ein Elektrolyt eingeführt werden. Durch die Poren kann üblicher Weise ein Elektrolyt der Batterie zu den Teilchen der Elektrode bzw. dem Aktivmaterial der Elektrode gelangen und Lithium-Ionen transportieren.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Elektrode für eine Batterie, insbesondere eine Lithium-Batterie, vorgeschlagen, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode gemäß des oben beschriebenen Verfahrens hergestellt wurde.
Vorteilhaft hieran ist, dass typischerweise die Elektrode technisch einfach und schnell hergestellt werden kann, da gleichzeitig Schmutzpartikel und/oder Fremdpartikel, die beispielsweise beim Schneiden bzw. Stanzen der Elektrode entstanden sind, und der Porenbilder aus der Elektrode entfernt werden zum Erzeugen von Poren in der Elektrode. In die Poren kann im Allgemeinen ein Elektrolyt eingeführt werden. Durch die Poren kann üblicher Weise ein Elektrolyt der Batterie zu den Teilchen der Elektrode bzw. dem Aktivmaterial der Elektrode gelangen und Lithium-Ionen transportieren.
Besonders vorteilhaft an dem Verfahren bzw. an der Elektrode für eine Batterie ist, dass der Porenbildner die Oberfläche der Elektrode porös gestaltet. Daher kann eine gute Verzahnung zu einem Haftvermittler (der zwischen der Elektrode und einer metallischer Ableiterfolie angeordnet wird) erfolgen und die Schicht des Haftvermittlers bzw. der Adhäsionsschicht hierdurch besonders dünn ausgeführt werden oder der Haftvermittler bzw. die Adhäsionsschicht kann sogar ganz bzw. vollständig weggelassen werden. Es hat sich gezeigt, dass insbesondere bei geringen Gehalten an PTFE (Polytetrafluorethylen) im Bereich von ca. 0,2 Gewichtsprozent bis ca. 2 Gewichtsprozent des Aktivmaterials der Elektrode eine Haftvermittlerschicht bzw. Adhäsionsschicht bzw. Haftschicht mit einer Dicke im Bereich von ca. 1 pm bis ca. 3 pm ausreichend ist.
„Gleichzeitig“ bzw.„Gleichzeitiges“ kann insbesondere bedeuteten, dass die beiden Vorgänge des Entfernens des Porenbilders aus der Elektrode und der Schmutzpartikel und/oder Fremdpartikel von der Oberfläche der Elektrode in einem einzigen Schritt stattfinden. D.h. dass die beiden Vorgänge sich zumindest teilweise zeitlich überschneiden. Vorzugsweise beginnen die beiden Vorgänge zu dem gleichen Zeitpunkt. Möglich ist natürlich, dass einer der beiden Vorgänge früher als der andere Vorgang abgeschlossen bzw. beendet ist. Auch denkbar ist, dass die Vorgänge gleich lange durchgeführt werden, d.h. dass das
Lösemittel gleich lange den Porenbilder aus der Elektrode entfernt wie das Lösemittel die Oberfläche von Schmutzpartikeln und/oder Fremdpartikeln reinigt, wobei natürlich kein Porenbilder mehr aus der Elektrode entfernt werden kann, wenn jeglicher Porenbilder in der Elektrode (der von außerhalb der Elektrode zugänglich ist) bereits entfernt wurde, und natürlich keine Schmutzpartikel und/oder Fremdpartikel von der Elektrode mehr entfernt werden können, wenn sich keine Schmutzpartikel und/oder Fremdpartikel mehr auf der Elektrode befinden.
Ideen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird der Schritt des gleichzeitigen Entfernens des Porenbilders und der Schmutzpartikel und/oder Fremdpartikel nach dem
Befestigen der Elektrode auf einem Stromsammler durchgeführt. Hierdurch wird üblicherweise beim Verbinden mit einem Metallkollektor bzw. einem
Stromsammler keine Adhäsionsschicht benötigt. Dies erhöht typischerweise die Energiedichte.
Da sich beim heiß Kalandrieren PTFE (Polytetrafluorethylen) in der Regel zur Oberfläche hin abscheidet, was aus der Herstellung von Graphit-PTFE- Elektroden aus der Brennstoffzelle bekannt ist, wo sich der Übergangswiderstand durch die sukzessive Ansammlung von PTFE immer weiter erhöht, kann eine nach Herstellung des Elektrodenfilms durchgeführte zusätzliche Porenherstellung mit Abreinigung bzw. Entfernung loser Partikel insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn ein weiterer Binder wie PVDF (Polyvinylidenfluorid) oder PEO
(Polyethylenglycol) in der PTFE-haltigen Elektrode verwendet wird, da durch das Öffnen der Oberfläche bzw. Poren nach dem Kalandrieren auch wieder der zweite Binder an der Oberfläche verfügbar ist und beim Laminieren zum
Verkleben über thermische Effekte oder Lösemittel genutzt werden kann. Der Stromsammler benötigt für diese Ausführung trotz der Verwendung von PTFE als Binder keine zusätzliche Haftschicht bzw. Adhäsionsschicht.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner folgende Schritte, die vor dem Entfernen des Porenbilders und der Schmutzpartikel und/oder Fremdpartikel ausgeführt werden: Mischen eines Bindemittels, eines
Porenbilders und eines Aktivmaterials miteinander zum Erzeugen einer
Mischung; Aufbringen der Mischung auf einem Stromsammler zum Erzeugen der Elektrode. Ein Vorteil hiervon ist in der Regel, dass die Elektrode technisch einfach und schnell hergestellt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform wird bei dem Mischen des Bindemittels, des Porenbilders und des Aktivmaterials zusätzlich leitendes Kohlenstoffpulver eingemischt. Hierdurch wird im Allgemeinen die Leitfähigkeit der Elektrode verbessert.
Gemäß einer Ausführungsform wird zwischen der Elektrode und dem
Stromsammler eine Adhäsionsschicht aufgebracht. Ein Vorteil hiervon ist typischerweise, dass, auch wenn der Porenbilder nur einen geringen
Volumenanteil der Elektrode ausmacht, die Elektrode technisch einfach und sicher mit dem Stromsammler verbunden werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Elektrode zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, in das Lösemittel eingetaucht. Hierdurch kann das Verfahren in der Regel technisch einfach und besonders schnell durchgeführt werden.
Gemäß einer Ausführungsform werden nach dem Schritt des Entfernens des Porenbilders und der Schmutzpartikel und/oder Fremdpartikel folgende Schritte ausgeführt: Herausfiltern von Schmutzpartikeln und/oder Fremdpartikeln aus dem Lösemittel; und Destillieren des von Schmutzpartikeln und/oder Fremdpartikeln gefilterten Lösemittels zum Entfernen des Porenbilders aus dem Lösemittel. Ein Vorteil hiervon ist, dass in der Regel das Lösemittel und/oder der Porenbilder wiederverwendet werden kann. Dies spart typischerweise Kosten.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Porenbilder Polyvinylpyrrolidon (PVP), Carboxymethylcellulose (CMC), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polystyren (PS) und/oder Dibutylphthalat (DBP). Hierdurch kann im Allgemeinen das Verfahren besonders effektiv und kostengünstig durchgeführt werden.
Gemäß einer Ausführungsform liegt das Volumenverhältnis des Porenbilders zu den übrigen Bestandteilen der Elektrode im Bereich von ca. 1% bis ca. 50%, insbesondere im Bereich zwischen ca. 15% und ca. 40%. Ein Vorteil hiervon ist typischerweise, dass eine Elektrode mit einem besonders geringen Widerstand hergestellt werden kann.
Es wird darauf hingewiesen, dass einige der möglichen Merkmale und Vorteile der Erfindung hierin mit Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen einer Elektrode für eine Batterie beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die Merkmale in geeigneter Weise kombiniert, angepasst oder ausgetauscht werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.
Fig. 1 zeigt einen Ablauf bei einer Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Figur ist lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche
Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleichwirkende
Merkmale.
Ausführungsformen der Erfindung Fig. 1 zeigt einen Ablauf bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Zunächst findet die Zugabe eines Aktivmaterials 10, die Zugabe eines
Bindemittels 15 und die Zugabe eines Porenbilders 20 statt. Die Materialien können beispielsweise Pulverform haben. Diese drei Materialien bzw. die drei Pulver werden als nächstes miteinander gemischt bzw. vermischt 25. Leitendes Kohlenstoffpulver kann optional zugemischt werden. Die Mischung wird insbesondere homogen gemischt.
Nun findet ein Kalandrieren oder eine Lamination der Mischung zum Erzeugen eines sich selbsttragenden Films 27 statt. Nachfolgend wird ein Kalandrieren oder eine Lamination oder ein Kleben des Films auf den Metallkollektor bzw. den Stromsammler 30 durchgeführt. Möglich ist, dass eine (dünne) Adhäsionsschicht zwischen dem Film und dem Metallkollektor bzw. dem Stromsammler angeordnet wird. Eine Adhäsionsschicht ist jedoch nicht (zwingend) notwendig. Anschließend findet ein Schneiden/Stanzen der Elektrode 35 statt, bei der Elektroden der gewünschten Größe erzeugt werden.
Nun wird der Schritt des Entfernens des Porenbilders und Entfernen der
Schmutzpartikel und/oder Fremdpartikel 40 durchgeführt. Der Porenbilder und die Schmutzpartikel und/oder Fremdpartikel werden zugleich bzw. gleichzeitig entfernt.
Anschließend findet im Schritt„Zellzusammenbau“ 45 der Zusammenbau der Zelle statt, wobei die Elektrode der Pluspol oder der Minuspol der Zelle ist.
Schließlich wird ein Elektrolyt hinzugegeben (Schritt:„Zugabe eines Elektrolyts“ 45). Weitere Schritte zum Vollenden bzw. dem vollständigen Herstellen der Batterie umfassen die üblichen Schritte.
In dem gleichen Schritt, in dem der Porenbilder (zumindest größtenteils) aus der Elektrode entfernt wird, wird die Oberfläche der Elektrode von Schmutzpartikel und/oder Fremdpartikeln gereinigt. Die Schmutzpartikel und/oder Fremdpartikel können beispielsweise beim (Zu-)Schneiden der Elektrode und/oder beim
Stanzen der Elektrode 35 entstanden sein bzw. entstehen. Die Oberfläche wird hierbei üblicherweise nicht mechanisch gereinigt. Auch ein Absaugen der Oberfläche findet üblicherweise nicht statt. Dasselbe Lösemitel, das zum Entfernen des Porenbilders aus der Elektrode verwendet wird, wird zum Reinigen der Oberfläche der Elektrode von
Schmutzpartikel und/oder Fremdpartikeln verwendet.
Hierzu kann die Elektrode beispielsweise in das Lösemitel eingetaucht werden. Während des Eintauchens wird durch das Lösemitel der Porenbilder aus der Elektrode entfernt bzw. extrahiert und gleichzeitig die Oberfläche der Elektrode gereinigt. Bei der Reinigung der Oberfläche der Elektrode werden
Schmutzpartikel und/oder Fremdpartikel von der Oberfläche der Elektrode entfernt.
Durch das Entfernen des Porenbilders werden offene Poren in der Elektrode gebildet. Der später hinzugefügte Elektrolyt gelangt in diese Poren und kann Ionen transportieren. Der Elektrolyt gelangt somit in Kontakt mit der Oberfläche von großen Teilen des Aktivmaterials der Elektrode.
Durch den Porenbilder kann die Elektrode technisch einfach, insbesondere ohne Adhäsionsschicht oder mit einer sehr dünnen Adhäsionsschicht, auf dem
Stromsammler befestigt werden.
Das Lösemittel hängt von dem verwendeten Porenbilder ab. Es kann notwendig sein, das Lösemitel und/oder die Elektrode zu erwärmen oder zu erhitzen, um den Porenbilder aus der Elektrode zu entfernen.
Nach dem gleichzeitig stattfindenden Entfernen des Porenbilders aus der Elektrode und dem Entfernen von Schmutzpartikeln und/oder Fremdpartikeln von der Elektrode 40, kann das Lösemittel, in dem der Porenbilder gelöst ist, und die Schmutzpartikel und/oder Fremdpartikel (normalerweise in ungelöster Form) vorhanden sind, recycelt bzw. wiederverwendet werden.
Hierzu können die Schmutzpartikel und/oder Fremdpartikel, z.B. durch einen Sieb und/oder eine Membran, aus dem Lösemittel entfernt werden.
Durch Destillation kann das Lösemitel von dem Porenbilder getrennt werden.
Nun kann das Lösemitel (auch Lösungsmitel genannt) wiederverwendet werden. Auch der Porenbilder kann wiederverwendet werden. Der Porenbilder kann ein Feststoff oder eine Flüssigkeit, wie z.B. ein
Plastifizierungsmittel, beispielsweise Dibutylphthalat (DBP) sein.
Der Porenbilder kann Polyvinylpyrrolidon (PVP), Carboxymethylcellulose (CMC), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polystyren (PS) und/oder Dibutylphthalat (DBP) umfassen oder sein. Vorstellbar ist auch eine Mischung der genannten Stoffe als Porenbilder.
Das Lösemittel hängt von dem Material des Porenbilders ab.
Das Lösemittel kann Wasser oder Ethanol für Polyvinylpyrrolidon (PVP) und Carboxymethylcellulose (CMC) umfassen oder sein. Für Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) und/oder Polystyren (PS) kann das Lösemittel Aceton, Toluol, Xylol, Trichlorobenzol und/oder Tetrahydronaphthalin umfassen oder sein. Das Lösemittel für Dibutylphthalat (DBP) kann n-Hexan umfassen oder sein.
Die Elektrode wird üblicherweise in nur ein einziges Lösemittel eingetaucht, da die beiden Schritte (Entfernen des Porenbilders zum Erzeugen der Poren und Entfernen von losen Partikeln von der Oberfläche der Elektrode) durch das Lösemittel durchgeführt werden. Dies spart Zeit und Geld.
Weitere Möglichkeiten des Zustandekommens des Kontakts zwischen Lösemittel und Porenbilder bzw. der Oberfläche der Elektrode ist, dass das Lösemittel auf die Elektrode aufgesprüht wird.
Auch ist es möglich, dass das Lösemittel mittels eines weichen Gegenstands, z.B. einem Schwamm, auf die Oberfläche der Elektrode aufgebracht wird. Hierbei wird der Porenbilder aus der Elektrode herausgelöst und Schmutzpartikel und/oder Fremdpartikel von der Elektrode entfernt 40. Anschließend kann die Elektrode, beispielsweise mit Wasser, abgespült werden, um das Lösemittel von der Elektrode zu entfernen.
Ein Pol oder beide Pole einer Lithium-Batterie kann bzw. können eine wie vorstehend beschriebene Elektrode umfassen.
Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie„aufweisend“,
„umfassend“, etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie„eine“ oder„ein“ keine Vielzahl ausschließen. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
5

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Herstellen einer Elektrode für eine Batterie, insbesondere für eine Lithium-Ionen-Batterie, wobei
ein Porenbilder zum Bilden von Poren in der Elektrode aus der Elektrode mittels eines Lösemittels entfernt wird und
Schmutzpartikel und/oder Fremdpartikel von einer Oberfläche der Elektrode entfernt werden,
dadurch gekennzeichnet, dass
gleichzeitig der Porenbilder aus der Elektrode und Schmutzpartikel und/oder Fremdpartikel (40) von der Elektrode mittels des Lösemittels entfernt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Schritt des gleichzeitigen Entfernens des Porenbilders und der
Schmutzpartikel und/oder Fremdpartikel (40) nach dem Befestigen der Elektrode auf einem Stromsammler durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verfahren ferner folgende Schritte umfasst, die vor dem Entfernen des Porenbilders und der Schmutzpartikel und/oder Fremdpartikel (40) ausgeführt werden:
Mischen eines Bindemittels, eines Porenbilders und eines Aktivmaterials miteinander zum Erzeugen einer Mischung (25);
Aufbringen der Mischung auf einem Stromsammler zum Erzeugen der Elektrode.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei dem Mischen des Bindemittels, des Porenbilders und des Aktivmaterials zusätzlich leitendes Kohlenstoffpulver eingemischt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen der Elektrode und dem Stromsammler eine Adhäsionsschicht aufgebracht wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Elektrode zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, in das
Lösemittel eingetaucht wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6,
dadurch gekennzeichnet, dass
nach dem Schritt des Entfernens des Porenbilders und der Schmutzpartikel und/oder Fremdpartikel (40) folgende Schritte ausgeführt werden:
Herausfiltern von Schmutzpartikeln und/oder Fremdpartikeln aus dem Lösemittel; und
Destillieren des von Schmutzpartikeln und/oder Fremdpartikeln gefilterten Lösemittels zum Entfernen des Porenbilders aus dem Lösemittel.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Porenbilder Polyvinylpyrrolidon (PVP), Carboxymethylcellulose (CMC), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polystyren (PS) und/oder
Dibutylphthalat (DBP) umfasst.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Volumenverhältnis des Porenbilders zu den übrigen Bestandteilen der Elektrode im Bereich von ca. 1% bis ca. 50%, insbesondere im Bereich zwischen ca. 15% und ca. 40%, liegt.
10. Elektrode für eine Batterie, insbesondere eine Lithium-Batterie,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Elektrode gemäß eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt wurde.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110931706A (zh) * 2019-12-04 2020-03-27 惠州亿纬锂能股份有限公司 一种锂离子电池极片及其制备方法和用途

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100015327A1 (en) * 2008-07-21 2010-01-21 Battelle Memorial Institute Methods and compositions for preparing porous electrodes
WO2013012334A1 (en) * 2011-07-21 2013-01-24 Technische Universiteit Delft Electrode assembly for a lithium ion battery, process for the production of such electrode assembly, and lithium ion battery comprising such electrode assemblies
DE102012208311A1 (de) * 2012-05-18 2013-11-21 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Herstellen einer Elektrode für einen elektrochemischen Energiespeicher und elektrochemischer Energiespeicher
US20150303481A1 (en) 2014-04-18 2015-10-22 Maxwell Technologies, Inc. Dry energy storage device electrode and methods of making the same

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5772934A (en) * 1996-05-24 1998-06-30 W. R. Grace & Co.-Conn. Process to produce lithium-polymer batteries
US20070243649A1 (en) * 2006-04-14 2007-10-18 Beard Kirby W Centrifugally Cast Electrochemical Cell Components

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100015327A1 (en) * 2008-07-21 2010-01-21 Battelle Memorial Institute Methods and compositions for preparing porous electrodes
WO2013012334A1 (en) * 2011-07-21 2013-01-24 Technische Universiteit Delft Electrode assembly for a lithium ion battery, process for the production of such electrode assembly, and lithium ion battery comprising such electrode assemblies
DE102012208311A1 (de) * 2012-05-18 2013-11-21 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Herstellen einer Elektrode für einen elektrochemischen Energiespeicher und elektrochemischer Energiespeicher
US20150303481A1 (en) 2014-04-18 2015-10-22 Maxwell Technologies, Inc. Dry energy storage device electrode and methods of making the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110931706A (zh) * 2019-12-04 2020-03-27 惠州亿纬锂能股份有限公司 一种锂离子电池极片及其制备方法和用途

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