WO2023174657A1 - Verfahren zum herstellen einer elektrode für eine elektrochemische zelle, kompositelektrode und elektrochemische zelle - Google Patents

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Nina Zensen
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing an electrode for an electrochemical cell, a composite electrode obtainable by this method and an electrochemical cell with such a composite electrode.
  • a method for producing free-standing electrodes which dispenses with the use of carrier solvents.
  • dry and free-flowing particles made of active material, binders and additives such as conductive carbon black, also known as “carbon black” in technical usage
  • binders and additives such as conductive carbon black, also known as “carbon black” in technical usage
  • PFTE polytetrafluoroethylene
  • the free-standing electrodes are then applied to a metallic collector foil, for example a rolled aluminum foil, whereby the collector foil has previously been etched and provided with an adhesion promoter layer (also referred to as “primer coatings”).
  • adhesion promoters must be used between the free-standing electrode film and the collector film in order to be able to create a sufficiently stable connection or adhesion between the electrode film and the collector film.
  • the associated additional coating acts as dead material in an electrochemical cell that uses such an electrode and thus reduces its volumetric and gravimetric energy density.
  • the adhesion promoter is also usually applied wet chemically and/or requires wet chemical etching or other pretreatment of the collector film.
  • the free-standing electrode film must be hot-laminated onto the collector foil in order to achieve sufficient adhesion. This means that several cost-intensive and time-consuming steps are still necessary, some of which have to be carried out using wet chemicals.
  • the object of the invention is to provide a way to further reduce the effort in producing and the costs of electrodes for electrochemical cells.
  • wet coating for applying a primer coating and/or hot lamination should be omitted.
  • a method for producing an electrode for an electrochemical cell comprising the following steps: First, a free-standing electrode film and/or a dry electrode mixture is provided, wherein the free-standing electrode film and/or the dry electrode mixture comprises a large number of dry-processed particles, wherein the large number of dry-processed particles contains at least one binder, a conductivity additive and an active material.
  • a porous collector film is provided, wherein the porous collector film has openings which extend through the porous collector film.
  • the free-standing electrode film and/or the dry electrode mixture is applied to the porous collector film and pressed to form a composite electrode, wherein the electrode film and/or the dry electrode mixture is at least partially pressed into the openings of the porous collector film, and wherein the composite electrode is free of adhesion promoters .
  • a “free-standing electrode film” is understood to mean a dimensionally stable, in particular inherently stable, electrode film that can be handled separately, that is, without having to be applied to an additional carrier material, in particular without already having to be applied to a collector film.
  • dry electrode mixture here and below refers to a mixture of the large number of dry-processed particles, whereby the dry electrode mixture does not have an inherently stable shape, but is pressed directly into the porous collector film, for example rolled or calendered, in order to obtain the composite electrode .
  • the free-standing electrode film is produced in particular according to the method for producing a free-standing electrode film, as described in US 2013/0157141 A1.
  • the dry electrode mixture can use the same components that can also be used for the production of free-standing electrode films according to US 2013/0157141 A1.
  • Electrode binders The type of (electrode) binders, conductivity additives and active materials in the electrode film is not further restricted as long as free-standing electrode films or dry electrode mixtures can be produced from them.
  • the electrode film has a density of 0.5 g/cm 3 or higher.
  • the electrode film in one variant comprises 30 to 98 percent by weight of graphite, 70 percent by weight or less Silicon, 9 percent by weight or less of carbon black and 0.5 to 10 percent by weight of binder, each based on the total weight of the electrode film.
  • the collector film is a metallic, metal-containing or at least electrically conductive carrier film that can serve as a current collector in the composite electrode.
  • expanded aluminum metals for example from Bender GmbH (Germany), are suitable if the electrode obtained in the production process according to the invention is a cathode.
  • composite electrode refers to the electrode produced using the method according to the invention and the entirety of the collector film and the electrode films applied to the collector film or pressed with the collector film, which thus serve as electrode coatings of the collector film.
  • the composite electrode and in particular the porous collector film, is free of adhesion promoters.
  • the composite electrode does not have a primer coating, as is known in the art. In this way, no additional process steps are necessary to apply such primer coatings with adhesion promoters. This avoids, in particular, the well-known wet chemical processes for applying primer coatings and process costs.
  • the electrode film can be at least partially pressed through the openings in the porous collector film, so that even in the event that the free-standing electrode film is only applied to a single side of the porous collector film, a composite electrode is obtained in which there is an electrode film on both sides of the porous collector film is available.
  • Pressing is preferably carried out by means of calendering, in particular by means of cold calendering.
  • Calendering enables a particularly controlled process in which a uniform force is provided for pressing the electrode film.
  • Cold calendering is understood to mean that calendering is carried out at a temperature in the range from 10 °C to 60 °C, in particular from 10 °C to 50 °C, preferably from 15 °C to 30 °C, for example at room temperature . In this way, costs for generating higher temperatures can be saved and deformations due to temperature differences can be avoided or at least reduced.
  • the porous collector film Due to the openings in the porous collector film, the porous collector film is more flexible or more elastic than a collector film without corresponding openings. As a result, the porous collector film has a lower material tension and less distortion during calendering, as a result of which the electrodes produced have a uniform shape even when high forces are used during the calendering step, that is, no or at least reduced distortion. This also results in fewer waves, wrinkles, cracks and camber. “Camber” here refers to the deviation from linearity, i.e. the deviation from a uniform contour with long sides aligned essentially parallel to one another, after calendering.
  • Porous collector foils also have the advantage of reducing weight compared to continuous collector foils, for example rolled foils.
  • Porous collector films are known from lightweight construction, are available worldwide and are easy to process.
  • the porous collector film is in particular a perforated film, a punched film, a cut film, an etched film, a slotted film, an expanded metal or a metallized fabric.
  • porous collector foils can be easily produced from continuous collector foils, such as rolled foils, i.e. so-called “solid foils”, and are available inexpensively.
  • the porous collector film can be an expanded metal. Due to their high surface area, expanded metals ensure good mechanical interlocking or anchoring between the electrode film and the porous collector foil.
  • Metallized fabrics have a particularly high level of flexibility in combination with a low weight. In this way, the energy density of electrochemical cells with composite electrodes produced according to the invention can be further increased.
  • Metallized glass fabrics as collectors in lithium ion cells are described, for example, in DE 10 2018 000272 A1.
  • the porous collector film can be cleaned and/or surface activated before the free-standing electrode film is applied. In this way, contaminants, such as process oils, are removed from the collector film.
  • the collector foil can be pretreated using plasma etching.
  • wet-chemical cleaning of the porous collector film is also possible, for example by pickling with caustic soda.
  • wet-chemical cleaning is less preferred in order to be able to carry out the process according to the invention with as few or as few wet-chemical steps as possible.
  • a first free-standing electrode film is applied to an upper side of the porous collector foil and a second free-standing electrode film is applied to an underside of the porous collector foil opposite the upper side, with both the first free-standing electrode film and the second free-standing electrode film being pressed onto the porous collector foil.
  • Such a process can be carried out in a vertical orientation of the collector film, in which the electrode film is pressed, for example, by means of calendering rollers arranged on both sides and opposite one another.
  • the process is preferably carried out solvent-free. In this way, the costs of the process can be further reduced and the use of ecologically questionable solvents, such as NMP, can be dispensed with.
  • the object of the invention is further achieved by a composite electrode for an electrochemical cell, obtainable by the method described above.
  • the composite electrode is obtained using the method described above.
  • the composite electrode can be produced particularly cheaply and has no or only small amounts of dead material.
  • an electrochemical cell comprising at least one composite electrode of the type described above.
  • the electrochemical cell according to the invention has, in particular, a high energy density, since there does not have to be an additional coating with adhesion promoters.
  • all electrodes of the electrochemical cell are composite electrodes of the type described above.
  • the electrochemical cell is preferably a lithium ion cell.
  • lithium ion cell is used synonymously for all terms commonly used in the prior art for galvanic elements and cells containing lithium, such as lithium battery, lithium cell, lithium polymer cell, lithium ion battery cell and lithium ions -Accumulator.
  • rechargeable batteries secondary batteries
  • - Fig. 1 shows a method for producing an electrode as known from the prior art
  • - Fig. 2 is a schematic representation of a first embodiment of a composite electrode according to the invention, as obtainable by means of a method according to the invention
  • FIG. 3 is a schematic representation of a second embodiment of a composite electrode according to the invention.
  • FIG. 4 is a schematic representation of a third embodiment of a composite electrode according to the invention.
  • Fig. 5 is a block diagram of the method according to the invention for producing an electrode, in particular the composite electrodes according to Figs. 2 to 4,
  • FIG. 6 is a schematic representation of partial steps of a first embodiment of the method according to the invention from Fig. 5, and
  • Fig. 7 is a schematic representation of a partial step of a second embodiment of the method according to the invention from Fig. 5.
  • FIG. 1 shows schematically a method for producing an electrode, as is known from the prior art.
  • an electrode film 12 is applied to both sides of a collector foil 10, which consists, for example, of a metal such as copper or aluminum, that is to say both in the direction of an upper side 14 of the collector foil 10 and in the direction of an underside 16 of the collector foil 10 opposite the upper side 14 .
  • a collector foil 10 which consists, for example, of a metal such as copper or aluminum, that is to say both in the direction of an upper side 14 of the collector foil 10 and in the direction of an underside 16 of the collector foil 10 opposite the upper side 14 .
  • the electrode film 12 is pressed onto the top side 14 or bottom side 16 by means of hot lamination, that is to say at a temperature of usually about 110 ° C to 150 ° C and with a predetermined pressure, as indicated by arrows in Fig. 1.
  • a primer coating 18 which contains an adhesion promoter is applied to both the upper side 14 and the underside 16.
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view of a composite electrode 20 according to the invention, as obtained by a method according to the invention for producing an electrode, which will be described in more detail later.
  • the composite electrode 20 includes a porous collector film 22 that includes a plurality of openings 24 that extend through the porous collector film 22.
  • the openings 24 run from an upper side 26 of the porous collector foil 22 to a lower side 28 of the porous collector foil 22.
  • Fig. 2 shows a sectional view which runs straight through the openings 24. It is understood that the areas of the porous collector film 22 shown separately in FIG. 2 are connected to one another at other locations along a transverse direction of extension of the porous collector film 22.
  • the composite electrode 20 also includes a free-standing electrode film 30, which comprises a plurality of dry-processed particles, the plurality of dry-processed particles containing a binder, a conductivity additive and an active material.
  • binders type of binders, conductivity additives and active materials is not further restricted as long as free-standing electrode films can be produced from them.
  • the free-standing electrode film 30 is produced according to the method described in US 2013/0157141 A1. Dry and free-flowing particles made of active material, binders and additives are mixed together and, for example, using a roller mill, compacted into a free-standing, i.e. inherently stable, electrode film.
  • “fibrillatable” polymers such as polytetrafluoroethylene (PFTE) serve as binders.
  • the composite electrode 20 has no adhesion promoters, that is, no coating analogous to the primer coating 18 is provided (see FIG. 1).
  • the electrode film 30 extending through the openings 24 of the porous collector film 22 in the composite electrode 20.
  • the electrode film 30 largely covers the top 26 and the bottom 28 of the porous collector film 22.
  • the contact area between the porous collector film 22 and the electrode film 30 - with the external dimensions remaining the same - is higher than the available contact area between the collector 10, which has no openings, and the electrode film 12 from FIG.
  • the electrode film 30 is mechanically secured against slipping, warping or detachment, as indicated by double arrows in FIG. 2.
  • the composite electrode 20 according to the invention thus enables electrochemical cells with an increased energy density, since primer coatings 18 can be dispensed with, which only represent dead material with regard to the maximum achievable energy density, without having to accept any loss in the durability and mechanical resilience of the composite electrode 20.
  • the protruding area of the porous collector film 22, that is, the area on which no electrode film 30 is applied, can later serve as a conductor tab of the composite electrode 20 in the installed position.
  • the material of the porous collector film 22 is not further limited.
  • the porous collector foil 22 is made of copper or aluminum.
  • the porous collector film 22 is a perforated film.
  • FIG. 1 A second embodiment of the composite electrode 20 according to the invention is shown in FIG. 1
  • the second embodiment essentially corresponds to the first embodiment, so only the differences will be discussed below becomes.
  • the same reference numbers designate the same or functionally the same components, and reference is made to the above statements.
  • the porous collector film 22 is an expanded metal.
  • Expanded metals are available worldwide at low cost and have a flexible mesh structure. In this way, a particularly favorable mechanical interlocking between the porous collector film 22 and the electrode film 30 is achieved.
  • Expanded metals are known, for example, from lightweight construction.
  • a comparable structure can also be achieved with a porous collector film 22 made of a metallized fabric.
  • FIG. 1 A third embodiment of the composite electrode 20 according to the invention is shown in FIG. 1
  • the third embodiment essentially corresponds to the first and second embodiments, so that only differences will be discussed below.
  • the same reference numbers designate the same or functionally the same components, and reference is made to the above statements.
  • the porous collector film 22 is a slotted film, so that the openings 24 extend obliquely from the top 26 to the bottom 28 through the porous collector film 22.
  • the free-standing electrode film 30 and the porous collector film 22 are provided (see steps S1 and S2 in FIG. 5).
  • the porous collector film 22 can be pretreated by cleaning and/or surface-activating the porous collector film 22, for example by means of corona surface treatment.
  • the free-standing electrode film 30 is then applied to the porous collector film 22 and pressed (cf. step S3 in FIG. 5).
  • 6 shows schematically selected method steps of a first embodiment of the method according to the invention.
  • the free-standing electrode film 30 is applied to the top 26 of the porous collector film 22 and then pressed using a calendering roller 32.
  • the pressure force applied by the calendering roller causes the electrode film 30 to be pushed through the openings 24 and, after pressing, covers both the top side 26 and the bottom side 28 of the porous collector film 22.
  • Calendering is preferably carried out at a temperature in the range from 10 °C to 60 °C, in particular from 10 °C to 50 °C, preferably from 15 °C to 30 °C, in particular at room temperature.
  • the electrode film 30 is not pressed completely through the openings 24, but only to the extent that sufficient adhesion is created between the electrode film 30 and the porous collector film 22.
  • a second electrode film 30 is then applied to the opposite side of the porous collector film 22 and also pressed.
  • FIG. 7 shows schematically the step of pressing the electrode film 30 in a second embodiment of the method according to the invention.
  • the second embodiment of the method according to the invention essentially corresponds to the first embodiment, so that only differences will be discussed below. Reference is made to the above statements.
  • an electrode film 30, hereinafter also referred to as the first electrode film is applied both to the top side 26 of the porous collector film 22 and an electrode film 30, hereinafter also referred to as the second electrode film, is applied to the underside 28 of the porous collector film 22 pressed by means of two opposing calendering rolls 32 to obtain the composite electrode 20.
  • both the top 26 and the bottom 28 can be coated in a single process step, whereby the Process time in the production of the composite electrode 20 can be minimized.
  • such a process can be carried out in a vertical process management.
  • the manufacturing process can be designed in such a way that the composite electrode 20 is produced by moving against or along a vertical direction V, wherein in Fig. 7 the not yet pressed region of the composite electrode 20 shown above is geodetically higher than the already pressed region shown below Composite electrode area 20.
  • the binder made of PTFE is dry fibrillated, which means that binder fibrils are formed, which become entangled with the other components of the mixture or bind them (as described in US 2013/00157141 A1).
  • the mixture is calendered and a free-standing cathode film is created with a basis weight of 36 mg/cm 2 and an electrode density of 3.4 g/cm 3 .
  • the free-standing cathode film produced in this way is calendered against an expanded metal made of aluminum (with a thickness of approximately 38 pm) serving as a porous collector at room temperature, with the expanded metal collector being completely surrounded by the cathode film after calendering.

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Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrode für eine elektrochemische Zelle, umfassend folgende Schritte: Zunächst wird ein freistehender Elektrodenfilm (30) und/oder ein trockenes Elektrodengemenge bereitgestellt, der eine Vielzahl trocken prozessierter Partikel umfasst, wobei die Vielzahl trocken prozessierter Partikel ein Bindemittel, einen Leitfähigkeitszusatz sowie ein Aktivmaterial enthält. Zudem wird eine poröse Kollektorfolie (22) bereitgestellt, wobei die poröse Kollektorfolie (22) Öffnungen (24) aufweist, die sich durch die poröse Kollektorfolie (22) hindurch erstrecken. Der freistehende Elektrodenfilm (30) und/oder das trockene Elektrodengemenge wird auf der porösen Kollektorfolie (22) aufgebracht und verpresst unter Bildung einer Kompositelektrode (20), wobei der Elektrodenfilm (30) und/oder das trockene Elektrodengemenge wenigstens teilweise in die Öffnungen (24) der porösen Kollektorfolie (22) gepresst wird, und wobei die Kompositelektrode (20) frei von Haftvermittlern ist. Ferner wird eine auf diese Weise erhältliche Kompositelektrode (20) und eine elektrochemische Zelle mit einer solchen Kompositelektrode (20) angegeben.

Description

Verfahren zum Herstellen einer Elektrode für eine elektrochemische Zelle, Kompositelektrode und elektrochemische Zelle
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrode für eine elektrochemische Zelle, eine Kompositelektrode erhältlich nach diesem Verfahren sowie eine elektrochemische Zelle mit einer solchen Kompositelektrode.
Für die Herstellung von Elektroden für elektrochemische Zellen sind Verfahren bekannt, in denen lösemittelbasierte Beschichtungsmassen, sogenannte „Slurrys“, auf Kollektorfolien aufgetragen werden, wobei diese Beschichtungsmasse ein elektrochemisches Aktivmaterial, ein Bindemittel und Additive wie Leitfähigkeitszusätze sowie ein Trägerlösemittel umfasst. Anschließend ist ein Trocknungsschritt notwendig, da ein Slurry üblicherweise zusätzlich Lösungsmittel wie N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP) umfasst, welches entfernt muss, um nicht in der Elektrode beziehungsweise in einer elektrochemischen Zelle mit einer solchen Elektrode zu verbleiben. Diese Lösungsmittel müssen also nach dem Beschichtungsprozess entfernt werden, bevor die Elektrode in einer elektrochemischen Zelle verbaut werden kann. Daher sind nasschemische Elektrodenherstellungsverfahren mit zusätzlichen Kosten und erheblichem Aufwand verbunden. So muss beispielsweise das Trägerlösemittel abgezogen, auskondensiert und gereinigt werden. Dies bedingt einen erheblichen logistischen und energetischen Aufwand.
Aus der US 2013/0157141 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen freistehender Elektroden bekannt, welches auf den Einsatz von Trägerlösungsmitteln verzichtet. Dazu werden trockene und freifließende Partikel aus Aktivmaterial, Bindemittel und Additiven (wie zum Beispiel Leitruß, im technischen Sprachgebrauch auch als „Carbon Black“ bezeichnet) miteinander vermischt und zu einem freistehenden, das heißt eigenstabilen, Elektrodenfilm verarbeitet. Als Bindemittel dienen insbesondere „fibrillierbare“ Polymere wie Polytetrafluorethylen (PFTE). Die freistehenden Elektroden werden anschließend auf eine metallische Kollektorfolie, zum Beispiel eine gewalzte Aluminiumfolie, aufgebracht, wobei die Kollektorfolie zuvor geätzt und mit einer Haftvermittlerschicht (auch als „Primer-Beschichtungen“ bezeichnet) versehen wurde. Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass zwischen freistehendem Elektrodenfilm und Kollektorfolie zwingend Haftvermittler eingesetzt werden müssen, um eine ausreichend stabile Verbindung beziehungsweise Haftung zwischen Elektrodenfilm und Kollektorfilm erzeugen zu können. Die damit einhergehende zusätzliche Beschichtung wirkt in einer elektrochemischen Zelle, die eine solche Elektrode verwendet, als Totmaterial und reduziert somit deren volumetrische und gravimetrische Energiedichte.
Das Aufträgen des Haftvermittlers erfolgt zudem üblicherweise nasschemisch und/oder bedingt eine nasschemische Ätzung oder eine andere Vorbehandlung der Kollektorfolie. Zudem muss der freistehende Elektrodenfilm heiß auf die Kollektorfolie laminiert werden, um eine ausreichende Haftung zu erzielen. Somit sind weiterhin mehrere kostenintensive und zeitaufwändige Schritte notwendig, die teilweise nasschemisch erfolgen müssen.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Möglichkeit bereitzustellen, den Aufwand in der Herstellung und die Kosten von Elektroden für elektrochemische Zellen weiter zu reduzieren. Insbesondere soll auf nasschemische Prozesse verzichtet oder deren Anzahl zumindest reduziert werden können. Bevorzugt soll eine Nassbeschichtung zur Applikation einer Primer-Beschichtung und/oder eine Heißlamination entfallen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrode für eine elektrochemische Zelle, umfassend folgende Schritte: Zunächst wird ein freistehender Elektrodenfilm und/oder ein trockenes Elektrodengemenge bereitgestellt, wobei der freistehende Elektrodenfilm und/oder das trockene Elektrodengemenge eine Vielzahl trocken prozessierter Partikel umfasst, wobei die Vielzahl trocken prozessierter Partikel mindestens ein Bindemittel, einen Leitfähigkeitszusatz sowie ein Aktivmaterial enthält. Zudem wird eine poröse Kollektorfolie bereitgestellt, wobei die poröse Kollektorfolie Öffnungen aufweist, die sich durch die poröse Kollektorfolie hindurch erstrecken. Der freistehende Elektrodenfilm und/oder das trockene Elektrodengemenge wird auf der porösen Kollektorfolie aufgebracht und verpresst unter Bildung einer Kompositelektrode, wobei der Elektrodenfilm und/oder das trockene Elektrodengemenge wenigstens teilweise in die Öffnungen der porösen Kollektorfolie gepresst wird, und wobei die Kompositelektrode frei von Haftvermittlern ist. Unter einem „freistehenden Elektrodenfilm“ wird hier und im Folgenden ein formstabiler, insbesondere eigenstabiler, Elektrodenfilm verstanden, der separat gehandhabt werden kann, das heißt ohne auf ein zusätzliches Trägermaterial aufgebracht sein zu müssen, insbesondere ohne bereits auf eine Kollektorfolie aufgebracht sein zu müssen.
Das „trockene Elektrodengemenge“ bezeichnet hier und im Folgenden eine Mischung aus der Vielzahl trocken prozessierter Partikel, wobei das trockene Elektrodengemenge nicht an sich eine eigenstabile Form aufweist, sondern direkt in die poröse Kollektorfolie verpresst wird, beispielsweise eingewalzt oder einkalandriert, um die Kompositelektrode zu erhalten.
Dies ermöglicht es, dass das trockene Elektrodengemenge direkt in den porösen Kollektor eingewalzt oder einkalandriert werden kann, wobei der poröse Kollektor in der resultierenden Kompositelektrode mittig oder asymmetrisch in der Kompositelektrode ausgerichtet sein kann.
Um das Verfahren besonders einfach auszugestalten, wird insbesondere entweder ein freistehender Elektrodenfilm oder ein trockenes Elektrodengemenge verwendet.
Der freistehende Elektrodenfilm ist insbesondere gemäß dem Verfahren zum Erzeugen eines freistehenden Elektrodenfilms hergestellt, wie in der US 2013/0157141 A1 beschrieben.
Das trockene Elektrodengemenge kann die gleichen Komponenten verwenden, die auch gemäß der US 2013/0157141 A1 für die Herstellung von freistehenden Elektrodenfilmen zum Einsatz kommen können.
Die Art der (Elektroden-)Bindemittel, Leitfähigkeitszusätze und Aktivmaterialien im Elektrodenfilm ist nicht weiter eingeschränkt, solange aus diesen freistehende Elektrodenfilme oder trockene Elektrodengemenge herstellbar sind.
In einer Variante weist der Elektrodenfilm eine Dichte von 0,5 g/cm3 oder höher auf.
Ist die Kompositelektrode eine Anode, umfasst der Elektrodenfilm in einer Variante 30 bis 98 Gewichtsprozent Graphit, 70 Gewichtsprozent oder weniger Silizium, 9 Gewichtsprozent oder weniger Ruß und 0,5 bis 10 Gewichtsprozent Bindemittel, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Elektrodenfilms.
Die Kollektorfolie ist eine metallische, metallhaltige oder zumindest elektrisch leitende Trägerfolie, die in der Kompositelektrode als Stromableiter dienen kann.
Insbesondere sind Aluminium-Streckmetalle, beispielsweise von der Fa. Bender GmbH (Deutschland, geeignet, wenn die im erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren erhaltene Elektrode eine Kathode ist.
Der Begriff „Kompositelektrode“ bezeichnet die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Elektrode und die Gesamtheit aus Kollektorfolie und auf der Kollektorfolie aufgebrachten beziehungsweise mit der Kollektorfolie verpressten Elektrodenfilmen, die somit als Elektrodenbeschichtungen der Kollektorfolie dienen.
Erfindungsgemäß ist die Kompositelektrode, und insbesondere auch die poröse Kollektorfolie, frei von Haftvermittlern. Das bedeutet, dass die Kompositelektrode keine Primer-Beschichtung aufweist, wie sie im Stand der Technik bekannt sind. Auf diese Weise sind keine zusätzlichen Verfahrensschritte notwendig, um derartige Primer-Beschichtungen mit Haftvermittler aufzubringen. Dadurch werden insbesondere die bekannten nasschemischen Prozesse zum Aufbringen von Primer-Beschichtungen sowie Prozesskosten vermieden.
Es wurde erkannt, dass durch den Einsatz einer porösen Kollektorfolie auf zusätzliche Haftvermittler verzichtet werden kann, und trotzdem eine ausreichend stabile und zuverlässige Verbindung zwischen dem Elektrodenfilm aus trocken prozessierten Partikeln und der Kollektorfolie erzielt wird. Damit entfallen auch etwaige Vorbehandlungsschritte, welche durchgeführt werden müssten, um Haftvermittler auf eine Kollektorfolie aufbringen zu können.
Dieser Effekt wird darauf zurückgeführt, dass die Öffnungen der porösen Kollektorfolie eine größere Kontaktfläche zwischen Elektrodenfilm beziehungsweise Elektrodengemenge und poröser Kollektorfolie bereitstellen als es für nicht poröse Kollektorfolien, auch als „feste Folien“ oder sogenannte „solid foils“ bezeichnet, der Fall ist. Auf diese Weise wird eine Art mechanische Verzahnung beziehungsweise Verankerung zwischen dem Elektrodenfilm und der Kollektorfolie erzeugt. Zudem sind Adhäsionskräfte zwischen den beteiligten Komponenten aufgrund der größeren Oberfläche der porösen Kollektorfolie erhöht.
In diesem Zusammenhang wird durch das Verpressen des freistehenden Elektrodenfilms und/oder des trockenen Elektrodengemenges ein ausreichender Kontakt und eine zuverlässige Adhäsion zwischen dem Elektrodenfilm und der porösen Kollektorfolie hergestellt.
Insbesondere kann der Elektrodenfilm wenigstens teilweise durch die Öffnungen in der porösen Kollektorfolie hindurchgedrückt werden, sodass auch im Fall, dass lediglich auf einer einzelnen Seite der porösen Kollektorfolie der freistehende Elektrodenfilm aufgebracht wird, eine Kompositelektrode erhalten wird, bei der beidseitig auf der porösen Kollektorfolie ein Elektrodenfilm vorhanden ist.
Bevorzugt erfolgt das Verpressen mittels Kalandrieren, insbesondere mittels kaltem Kalandrieren.
Kalandrieren ermöglicht eine besonders kontrollierte Prozessführung, in der eine gleichmäßige Kraft zum Verpressen des Elektrodenfilms bereitgestellt wird.
Unter „kaltem Kalandrieren“ wird verstanden, dass das Kalandrieren bei einer Temperatur im Bereich von 10 °C bis 60 °C durchgeführt wird, insbesondere von 10 °C bis 50 °C, bevorzugt von 15 °C bis 30 °C, beispielsweise bei Raumtemperatur. Auf diese Weise können Kosten zum Erzeugen von höheren Temperaturen eingespart und Verformungen aufgrund von Temperaturunterschieden vermieden oder zumindest reduziert werden.
Durch die Öffnungen in der porösen Kollektorfolie ist die poröse Kollektorfolie flexibler beziehungsweise elastischer als eine Kollektorfolie ohne entsprechende Öffnungen. Dadurch weist die poröse Kollektorfolie eine niedrigere Materialspannung und einen geringeren Verzug beim Kalandrieren auf, wodurch die hergestellten Elektroden auch bei Einsatz von hohen Kräften während des Kalandrierschrittes eine gleichmäßige Form aufweisen, das heißt keinen oder zumindest reduzierten Verzug. Dadurch entstehen auch weniger Wellen, Falten, Risse und Camber. „Camber“ bezeichnet hier die Abweichung von der Linearität, das heißt die Abweichung von einer gleichmäßigen Kontur mit im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichteten Längsseiten, nach dem Kalandrieren.
Poröse Kollektorfolien haben zudem den Vorteil einer Gewichtsreduzierung im Vergleich zu durchgehenden Kollektorfolien, zum Beispiel Walzfolien. Poröse Kollektorfolien sind aus dem Leichtbau bekannt, weltweit verfügbar und leicht prozessierbar.
Die poröse Kollektorfolie ist insbesondere eine Lochfolie, eine gestanzte Folie, eine ausgeschnittene Folie, eine geätzte Folie, eine geschlitzte Folie, ein Streckmetall oder ein metallisiertes Gewebe.
Derartige poröse Kollektorfolien können aus durchgehenden Kollektorfolien, wie zum Beispiel Walzfolien, also sogenannten „solid foils“, auf einfache Weise hergestellt werden und sind kostengünstig verfügbar.
Die poröse Kollektorfolie kann ein Streckmetall sein. Streckmetalle sorgen aufgrund ihrer hohen Oberfläche für eine gute mechanische Verzahnung beziehungsweise Verankerung zwischen Elektrodenfilm und poröser Kollektorfolie.
Metallisierte Gewebe weisen eine besonders hohe Flexibilität auf in Kombination mit einem geringen Eigengewicht. Auf diese Weise kann die Energiedichte von elektrochemischen Zellen mit erfindungsgemäß hergestellten Kompositelektroden weiter erhöht werden.
Metallisierte Glasgewebe als Kollektor in Lithiumionenzellen sind zum Beispiel in der DE 10 2018 000272 A1 beschrieben.
Um die Wechselwirkung zwischen Elektrodenfilm und poröser Kollektorfolie noch weiter zu erhöhen, kann die poröse Kollektorfolie vor dem Aufbringen des freistehenden Elektrodenfilms gesäubert und/oder oberflächenaktiviert werden. Auf diese Weise werden Verunreinigungen, beispielsweise Prozessöle, von der Kollektorfolie entfernt.
Besonders gute Reinigungsergebnisse sind mit einer Corona-
Oberflächenbehandlung zu erzielen. Alternativ kann die Kollektorfolie mittels Plasmaätzen vorbehandelt werden.
Grundsätzlich ist auch eine nasschemische Säuberung der porösen Kollektorfolie möglich, beispielsweise durch Beizen mit Natronlauge. Jedoch ist eine nasschemische Säuberung weniger bevorzugt, um das erfindungsgemäße Verfahren mit möglichst keinem oder möglichst wenigen nasschemischen Schritten durchführen zu können.
In einer Variante wird ein erster freistehender Elektrodenfilm auf einer Oberseite der porösen Kollektorfolie aufgebracht und ein zweiter freistehender Elektrodenfilm auf einer der Oberseite entgegengesetzte Unterseite der porösen Kollektorfolie aufgebracht, wobei sowohl der erste freistehende Elektrodenfilm als auch der zweite freistehende Elektrodenfilm auf der porösen Kollektorfolie verpresst wird.
Auf diese Weise kann in einem einzigen Verfahrensschritt auf beiden Seiten der porösen Kollektorfolie ein entsprechender Elektrodenfilm aufgebracht und befestigt werden, sodass sich die Gesamtdauer zum Aufträgen der Elektrodenfilme weiter reduzieren lässt.
Zudem wird beim Verpressen zusätzlich zu den Wechselwirkungen zwischen den jeweiligen Elektrodenfilmen und dem porösen Kollektor auch eine Wechselwirkung zwischen den beiden Elektrodenfilmen hergestellt, die ausgehend von der Oberseite und der Unterseite mit Druck beaufschlagt werden, sodass die Interaktion der beiden verpressten Elektrodenfilme untereinander für eine weitere mechanische Stabilisierung der hergestellten Kompositelektrode sorgen kann.
Zudem lässt sich ein solcher Prozess in einer vertikalen Ausrichtung der Kollektorfolie durchführen, bei dem beispielsweise mittels beidseitig und gegenüberliegend angeordneten Kalandrierwalzen der Elektrodenfilm verpresst wird.
Bevorzugt wird das Verfahren lösemittelfrei durchgeführt. Auf diese Weise können die Kosten des Verfahrens weiter gesenkt werden und es kann auf den Einsatz von ökologisch bedenklichen Lösemitteln, wie beispielsweise NMP, verzichtet werden. Die Aufgabe der Erfindung wird des Weiteren gelöst durch eine Kompositelektrode für eine elektrochemische Zelle, erhältlich nach dem zuvor beschriebenen Verfahren.
Insbesondere ist die Kompositelektrode nach dem zuvor beschriebenen Verfahren erhalten.
Die Kompositelektrode ist besonders günstig herstellbar und weist keine oder nur geringe Mengen an Totmaterial auf.
Ferner wird die Aufgabe der Erfindung gelöst durch eine elektrochemische Zelle, umfassend wenigstens eine Kompositelektrode der zuvor beschriebenen Art.
Die erfindungsgemäße elektrochemische Zelle weist insbesondere eine hohe Energiedichte auf, da keine zusätzliche Beschichtung mit Haftvermittlern vorliegen muss.
Insbesondere sind alle Elektroden der elektrochemischen Zelle Kompositelektroden der zuvor beschriebenen Art.
Die elektrochemische Zelle ist bevorzugt eine Lithiumionenzelle.
Der Begriff „Lithiumionenzelle“ wird in diesem Zusammenhang synonym für alle im Stand der Technik gebräuchlichen Bezeichnungen für Lithium enthaltende galvanische Elemente und Zellen verwendet, wie beispielsweise Lithium-Batterie, Lithium-Zelle, Lithium-Polymer-Zelle, Lithiumionen-Batterie-Zelle und Lithiumionen-Akkumulator. Insbesondere sind wieder aufladbare Batterien (Sekundärbatterien) inbegriffen.
Weitere Merkmale und Eigenschaften der Erfindung werden durch die nachfolgende ausführliche Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen verdeutlicht, die nicht in einem einschränkenden Sinn verstanden werden sollen, sowie durch die Figuren. In diesen zeigen:
- Fig. 1 ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrode wie aus dem Stand der Technik bekannt, - Fig. 2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kompositelektrode, wie sie mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens erhältlich ist,
- Fig. 3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kompositelektrode,
- Fig. 4 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kompositelektrode,
- Fig. 5 ein Blockschema des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer Elektrode, insbesondere der Kompositelektroden nach Fig. 2 bis 4,
- Fig. 6 eine schematische Darstellung von Teilschritten einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens aus Fig. 5, und
- Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Teilschritts einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens aus Fig. 5.
In Fig. 1 ist schematisch ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrode dargestellt, wie aus dem Stand der Technik bekannt.
In diesem wird auf eine Kollektorfolie 10, die beispielsweise aus einem Metall wie Kupfer oder Aluminium besteht, beidseitig ein Elektrodenfilm 12 aufgebracht, das heißt sowohl in Richtung einer Oberseite 14 der Kollektorfolie 10 als auch in Richtung einer der Oberseite 14 entgegengesetzten Unterseite 16 der Kollektorfolie 10.
Der Elektrodenfilm 12 wird mittels Heißlaminieren, das heißt bei einer Temperatur von üblicherweise etwa 110 °C bis 150 °C und mit einem vorgegebenen Druck auf die Oberseite 14 beziehungsweise Unterseite 16 angedrückt, wie durch Pfeile in Fig. 1 angedeutet.
Um eine ausreichende Haftung zwischen Kollektorfolie 10 und den Elektrodenfilmen 12 bereitzustellen, ist sowohl auf der Oberseite 14 als auch auf der Unterseite 16 eine Primer-Beschichtung 18 aufgebracht, die einen Haftvermittler enthält.
Dieser muss in einem vorgelagerten Schritt auf die Kollektorfolie 10 aufgebracht werden und verbleibt in der fertiggestellten Elektrode als Totmaterial. In Fig. 2 ist eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Kompositelektrode 20 dargestellt, wie sie durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Elektrode erhalten wurde, welches später noch näher beschrieben werden wird.
Die Kompositelektrode 20 umfasst eine poröse Kollektorfolie 22, die mehrere Öffnungen 24 umfasst, die sich durch die poröse Kollektorfolie 22 hindurch erstrecken.
Mit anderen Worten verlaufen die Öffnungen 24 von einer Oberseite 26 der porösen Kollektorfolie 22 zu einer Unterseite 28 der porösen Kollektorfolie 22.
Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht, welche gerade durch die Öffnungen 24 hindurch verläuft. Es versteht sich, dass die in Fig. 2 getrennt dargestellten Bereiche der porösen Kollektorfolie 22 an anderen Stellen entlang einer Quererstreckungsrichtung der porösen Kollektorfolie 22 miteinander verbunden sind.
Die Kompositelektrode 20 umfasst zudem einen freistehenden Elektrodenfilm 30, der eine Vielzahl trocken prozessierter Partikel umfasst, wobei die Vielzahl trocken prozessierter Partikel ein Bindemittel, einen Leitfähigkeitszusatz sowie ein Aktivmaterial enthält.
Die Art der Bindemittel, Leitfähigkeitszusätze und Aktivmaterialien ist nicht weiter eingeschränkt, solange aus diesen freistehende Elektrodenfilme herstellbar sind.
Insbesondere ist der freistehende Elektrodenfilm 30 gemäß dem in der US 2013/0157141 A1 beschriebenen Verfahren erzeugt. Dabei werden trockene und freifließende Partikel aus Aktivmaterial, Bindemittel und Additiven miteinander vermischt und beispielsweise unter Verwendung eines Walzenstuhls zu einem freistehenden, das heißt eigenstabilen, Elektrodenfilm verdichtet. Als Bindemittel dienen insbesondere „fibrillierbare“ Polymere wie Polytetrafluorethylen (PFTE).
Grundlegend kann anstelle des freistehenden Elektrodenfilms 30 auch ein trockenes Elektrodengemenge zum Einsatz kommen, welches die gleichen Komponenten enthalten kann wie zuvor für den freistehenden Elektrodenfilm 30 beschrieben. Erfindungsgemäß weist die Kompositelektrode 20 keine Haftvermittler auf, das heißt, es ist keine Beschichtung analog zur Primer-Beschichtung 18 vorgesehen (vgl. Fig. 1).
Stattdessen wird eine ausreichende Haftung des Elektrodenfilms 30 an der porösen Kollektorfolie 22 dadurch gewährleistet, dass sich in der Kompositelektrode 20 der Elektrodenfilm 30 durch die Öffnungen 24 der porösen Kollektorfolie 22 hindurch erstreckt. Zugleich bedeckt der Elektrodenfilm 30 größtenteils die Oberseite 26 und die Unterseite 28 der porösen Kollektorfolie 22.
Anders ausgedrückt ist die Kontaktfläche zwischen der porösen Kollektorfolie 22 und dem Elektrodenfilm 30 - bei gleichbleibenden Außenmaßen - höher als die verfügbare Kontaktfläche zwischen dem Kollektor 10, der keine Öffnungen aufweist, und dem Elektrodenfilm 12 aus Fig. 1.
Zudem ist der Elektrodenfilm 30 mechanisch gegen ein Verrutschen, Verziehen oder Ablösen gesichert, wie durch Doppelpfeile in Fig. 2 angedeutet.
Somit ermöglicht die erfindungsgemäße Kompositelektrode 20 elektrochemische Zellen mit einer erhöhten Energiedichte, da auf Primer-Beschichtungen 18 verzichtet werden kann, die lediglich Totmaterial hinsichtlich der maximal erzielbaren Energiedichte darstellen, ohne Einbußen in der Haltbarkeit und der mechanischen Belastbarkeit der Kompositelektrode 20 hinnehmen zu müssen.
Der überstehende Bereich der porösen Kollektorfolie 22, das heißt, der Bereich, auf dem kein Elektrodenfilm 30 aufgebracht ist, kann später in Einbauposition als Ableiterfahne der Kompositelektrode 20 dienen.
Das Material der porösen Kollektorfolie 22 ist nicht weiter eingeschränkt. Beispielsweise ist die poröse Kollektorfolie 22 aus Kupfer oder Aluminium.
In der ersten Ausführungsform ist die poröse Kollektorfolie 22 eine Lochfolie.
In Fig. 3 ist eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kompositelektrode 20 dargestellt.
Die zweite Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der ersten Ausführungsform, sodass im Folgenden lediglich auf Unterschiede eingegangen wird. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche oder funktionell gleiche Bauteile, und es wird auf die obigen Ausführungen verwiesen.
In der zweiten Ausführungsform ist die poröse Kollektorfolie 22 ein Streckmetall.
Streckmetalle sind weltweit kostengünstig verfügbar und weisen eine flexible Maschenstruktur auf. Auf diese Weise wird eine besonders günstige mechanische Verzahnung zwischen poröser Kollektorfolie 22 und dem Elektrodenfilm 30 erzielt.
Streckmetalle sind beispielsweise aus dem Leichtbau bekannt.
Eine vergleichbare Struktur lässt sich ebenfalls mit einer porösen Kollektorfolie 22 aus einem metallisierten Gewebe realisieren.
In Fig. 4 ist eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kompositelektrode 20 dargestellt.
Die dritte Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der ersten und zweiten Ausführungsform, sodass im Folgenden lediglich auf Unterschiede eingegangen wird. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche oder funktional gleiche Bauteile, und es wird auf die obigen Ausführungen verwiesen.
In der dritten Ausführungsform ist die poröse Kollektorfolie 22 eine geschlitzte Folie, sodass sich die Öffnungen 24 schräg von der Oberseite 26 zur Unterseite 28 hin durch die poröse Kollektorfolie 22 hindurch erstrecken.
Im Folgenden wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen einer Elektrode, das heißt einer Kompositelektrode wie zuvor beschrieben, für eine elektrochemische Zelle näher erläutert.
Zunächst werden der freistehende Elektrodenfilm 30 und die poröse Kollektorfolie 22 bereitgestellt (vgl. Schritte S1 und S2 in Fig. 5).
Optional kann die poröse Kollektorfolie 22 vorbehandelt werden, indem die poröse Kollektorfolie 22 gesäubert und/oder oberflächenaktiviert wird, beispielsweise mittels Corona-Oberflächenbehandlung.
Anschließend wird der freistehende Elektrodenfilm 30 auf die poröse Kollektorfolie 22 aufgebracht und verpresst (vgl. Schritt S3 in Fig. 5). In Fig. 6 sind schematisch ausgewählte Verfahrensschritte einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt.
In dieser wird der freistehende Elektrodenfilm 30 auf die Oberseite 26 der porösen Kollektorfolie 22 aufgebracht und anschließend mittels einer Kalandrierwalze 32 verpresst.
Durch die von der Kalandrierwalze aufgebrachte Druckkraft wird der Elektrodenfilm 30 durch die Öffnungen 24 hindurchgedrückt und bedeckt nach dem Verpressen sowohl die Oberseite 26 als auch die Unterseite 28 der porösen Kollektorfolie 22.
Das Kalandrieren erfolgt bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von 10 °C bis 60 °C, insbesondere von 10 °C bis 50 °C, bevorzugt von 15 °C bis 30 °C, insbesondere bei Raumtemperatur.
Grundsätzlich ist es auch möglich, dass der Elektrodenfilm 30 nicht vollständig durch die Öffnungen 24 hindurchgepresst wird, sondern lediglich so weit, dass eine ausreichende Haftung zwischen dem Elektrodenfilm 30 und der porösen Kollektorfolie 22 hergestellt wird. In diesem Fall wird anschließend ein zweiter Elektrodenfilm 30 auf der gegenüberliegenden Seite der porösen Kollektorfolie 22 aufgebracht und ebenfalls verpresst.
In Fig. 7 ist der Schritt des Verpressens des Elektrodenfilms 30 in einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch gezeigt.
Die zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens entspricht im Wesentlichen der ersten Ausführungsform, sodass im Folgenden lediglich auf Unterschiede eingegangen wird. Es wird auf die obigen Ausführungen verwiesen.
In der zweiten Ausführungsform wird sowohl auf die Oberseite 26 der porösen Kollektorfolie 22 ein Elektrodenfilm 30, im Folgenden auch als erster Elektrodenfilm bezeichnet, als auch auf die Unterseite 28 der porösen Kollektorfolie 22 ein Elektrodenfilm 30, im Folgenden auch als zweiter Elektrodenfilm bezeichnet, aufgebracht und mittels zweier gegenüberliegender Kalandrierwalzen 32 verpresst, um die Kompositelektrode 20 zu erhalten.
Auf diese Weise ist eine Beschichtung sowohl der Oberseite 26 als auch der Unterseite 28 in einem einzigen Verfahrensschritt möglich, wodurch die Verfahrensdauer in der Herstellung der Kompositelektrode 20 minimiert werden kann.
Zudem kann ein solcher Prozess in einer vertikalen Prozessführung durchgeführt werden. Anders ausgedrückt kann der Herstellungsprozess so ausgestaltet werden, dass die Kompositelektrode 20 durch Bewegung entgegen oder entlang einer Vertikalrichtung V erzeugt wird, wobei in Fig. 7 der noch nicht verpresste, oben dargestellte Bereich der Kompositelektrode 20 geodätisch höher liegt als der bereits verpresste, unten dargestellte Bereich der Kompositelektrode 20.
Im Folgenden wird ein Versuchsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Elektrode, am Beispiel einer Kathode, beschrieben.
91 Gewichtsprozent NMC 622 als Aktivmaterial, 5 Gewichtsprozent PTFE als Bindemittel und 4 Gewichtsprozent Leitruß (Carbon Black Super C65), jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht aller Komponenten, werden vermischt.
Dabei wird das Bindemittel aus PTFE trocken fibrilliert, das heißt es werden Binderfibrillen geformt, welche sich mit den weiteren Komponenten der Mischung verstricken beziehungsweise diese binden (wie in der US 2013/00157141 A1 beschrieben). Die Mischung wird kalandriert und es entsteht ein freistehender Kathodenfilm mit einem Flächengewicht von 36 mg/cm2 und einer Elektrodendichte von 3,4 g/cm3.
Der so erzeugte freistehende Kathodenfilm wird gegen ein als poröser Kollektor dienendes Streckmetall aus Aluminium (mit einer Dicke von etwa 38 pm) bei Raumtemperatur kalandriert, wobei nach dem Kalandrieren der Streckmetall- Kollektor vollständig vom Kathodenfilm umgeben ist.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Herstellen einer Elektrode für eine elektrochemische Zelle, umfassend folgende Schritte:
- Bereitstellen eines freistehenden Elektrodenfilms (30) und/oder eines trockenen Elektrodengemenges, umfassend eine Vielzahl trocken prozessierter Partikel, wobei die Vielzahl trocken prozessierter Partikel mindestens ein Bindemittel, einen Leitfähigkeitszusatz sowie ein Aktivmaterial enthält;
- Bereitstellen einer porösen Kollektorfolie (22), wobei die poröse Kollektorfolie (22) Öffnungen (24) aufweist, die sich durch die poröse Kollektorfolie (22) hindurch erstrecken; und
- Aufbringen und Verpressen des freistehenden Elektrodenfilms (30) und/oder des trockenen Elektrodengemenges auf der porösen Kollektorfolie (22) unter Bildung einer Kompositelektrode (20), wobei der Elektrodenfilm (30) oder das trockene Elektrodengemenge wenigstens teilweise in die Öffnungen (24) der porösen Kollektorfolie (22) gepresst wird, und wobei die Kompositelektrode (30) frei von Haftvermittlern ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Verpressen mittels Kalandrieren erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Verpressen mittels kaltem Kalandrieren bei einer Temperatur im Bereich von 10 °C bis 60 °C erfolgt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die poröse Kollektorfolie (22) eine Lochfolie, eine ausgeschnittene Folie, eine geätzte Folie, eine gestanzte Folie, eine geschlitzte Folie, ein Streckmetall oder ein metallisiertes Gewebe ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die poröse Kollektorfolie (22) vor dem Aufbringen des freistehenden Elektrodenfilms (30) gesäubert und/oder oberflächenaktiviert wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die poröse Kollektorfolie (22) durch eine Corona-Behandlung oder durch Plasmaätzen vorbehandelt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein erster freistehender Elektrodenfilm (30) auf einer Oberseite (26) der porösen Kollektorfolie (22) aufgebracht wird und ein zweiter freistehender Elektrodenfilm (30) auf einer der Oberseite (26) entgegengesetzten Unterseite (28) der porösen Kollektorfolie (22) aufgebracht wird, wobei sowohl der erste freistehende Elektrodenfilm (30) als auch der zweite freistehende Elektrodenfilm (30) auf der porösen Kollektorfolie (22) verpresst werden.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren lösemittelfrei durchgeführt wird.
9. Kompositelektrode für eine elektrochemische Zelle, erhältlich nach einem
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
10. Elektrochemische Zelle, umfassend wenigstens eine Kompositelektrode (20) nach Anspruch 9.
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