用于制造锂离子电池的方法以及锂离子电池技术

用于制造锂离子电池的方法(10)包括如下步骤：提供壳体(11)并且将电极布置结构(12)置入到壳体(11)中。电极布置结构(12)由阴极(16)和阳极(14)的交替的层形成，其中，至少一个阳极(14)包含阳极活性材料，所述阳极活性材料包括硅基和/或钛基的组分。在电极布置结构(12)与壳体(11)之间设置至少一个柔性的体积补偿元件(28)，其中，所述体积补偿元件(28)包括外罩(30)和容纳在外罩(30)之内的惰性气体(32)或容纳在外罩(30)之内的电解质，并且所述体积补偿元件(28)抵消电极布置结构(12)的膨胀。封闭所述壳体(11)以形成锂离子电池(10)。接着，对锂离子电池(10)充电，其中，体积补偿元件(28)的外罩(30)在达到电极布置结构(12)的目标膨胀时被打开以释放惰性气体(32)或电解质。此外给出一种锂离子电池(10)。此外给出一种锂离子电池(10)。此外给出一种锂离子电池(10)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制造锂离子电池的方法以及锂离子电池


[0001]本专利技术涉及一种用于制造锂离子电池的方法以及一种锂离子电池。

技术介绍

[0002]以下，术语“锂离子电池”对于所有在现有技术中常用的名称同义地被使用于包含锂的电流元件和电池单体、例如锂电池、锂电池单体、锂离子电池单体、锂聚合物电池单体和锂蓄电器。特别是，可充电的电池(二次电池)也包含在内。术语“电池”和“电化学电池单体”对于术语“锂离子电池单体”同义地使用。锂离子电池也可以是固态电池、例如陶瓷或基于聚合物的固态电池。
[0003]锂离子电池具有至少两个不同的电极、即一个正电极(阴极)和一个负电极(阳极)。所述电极中的每个电极具有至少一个活性材料。阴极和阳极在制造过程期间相叠地、例如成堆叠地设置为一个电极布置结构，其中，为了在阴极和阳极之间电绝缘而使用一个分离器。
[0004]在锂离子电池中不仅阳极而且阴极必须能够容纳或放出锂离子。锂离子的容纳或放出可能导致活性材料的体积改变，其中，体积改变的程度与相应的活性材料相关。特别是对于具有高能量密度的锂离子电池考虑的阳极活性材料显示出强烈的体积改变。该体积改变的控制特别是在首次充电过程期间在将SEI(固体电解质界面、英语“solid electrolyte interface”)构成在阳极上时是特别有意义的。
[0005]出现的体积改变可能导致在阳极或阴极中产生不均匀的区域、特别是在相应的阳极或阴极与邻接的分离器之间的边界区域中。例如可能形成空腔，在所述空腔中收集所产生的气体。
[0006]这种不均匀性可能导致或者加强出现不希望的如下过程，所述过程对锂离子电池的性能和/或寿命发生不利作用、例如所谓的“锂镀层(Lithium
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Plating)”或与电解质的副反应。
[0007]为了使在充电过程期间由于体积改变出现的不均匀性的程度降低或完全排除所述不均匀性，可以对电极布置结构施加压力。
[0008]例如已知的是，在锂离子电池的柔性的壳体的情况下，如所述柔性的壳体使用在所谓的“软包电池单体”中，借助于匹配于壳体的尺寸构成的模型或夹紧装置压靠到壳体上。然而由此可能出现壳体和/或锂离子电池的变形和/或损伤。此外，所述方法不适合于具有刚性壳体、例如棱柱形壳体的锂离子电池。
[0009]用于限制体积改变的其他可能性是在阳极或阴极之内使用缓冲材料，所述缓冲材料具有较少的或没有体积改变。然而由此减少锂离子电池的可达到的能量密度。

技术实现思路

[0010]本专利技术的任务在于，提供一种具有高能量密度和长寿命的锂离子电池。此外，本专利技术的任务在于，给出一种用于制造这样的锂离子电池的方法。
[0011]本专利技术的任务通过一种用于制造锂离子电池的方法解决，所述方法包括如下步骤：提供壳体并且将电极布置结构置入到壳体中。电极布置结构由阴极和阳极的交替的层形成，其中，至少一个阳极包含阳极活性材料，所述阳极活性材料包括硅基和/或钛基的组分。在电极布置结构与壳体之间设置至少一个柔性的体积补偿元件，其中，所述体积补偿元件包括外罩和容纳在外罩之内的惰性气体或容纳在外罩之内的电解质，并且所述体积补偿元件抵消电极布置结构的膨胀。封闭壳体以形成锂离子电池。接着对锂离子电池充电，其中，体积补偿元件的外罩在达到电极布置结构的目标膨胀时被打开以释放惰性气体或电解质。
[0012]按照本专利技术，所述体积补偿元件用于阻止在电极布置结构之内出现不均匀性，其方式为，所述体积补偿元件在电极布置结构的体积增加时施加作用到电极布置结构上的力。
[0013]换言之，体积补偿元件压靠到电极布置结构上，只要所述电极布置机构在充电过程中扩大其体积的话，这点基于硅基和/或钛基的组分是可期待的。进行作用的力的大小基本上通过在体积补偿元件的外罩之内存在的惰性气体或电解质的可压缩性来确定。
[0014]然而同时，由体积补偿元件施加的力不这样大，使得电极布置结构的膨胀被完全禁止。因此，按照本专利技术电极布置结构可以以受控的方式膨胀，直至达到电极布置结构的目标膨胀。
[0015]所述目标膨胀特别是对应于电极布置结构的可期待的最大膨胀。这意味着，也在锂离子电池的寿命上对于所使用的电极布置结构不会期待大于目标膨胀的膨胀，除了不可避免的轻微的波动以外。因此，在首次达到目标膨胀之后不应再在基本范围内考虑出现不均匀性。
[0016]只要电极布置结构达到其目标膨胀，按照本专利技术打开体积补偿元件的外罩并且释放所包含的惰性气体或者所包含的电解质。按照这种方式，在锂离子电池的所属的充电过程之后知晓已打开的体积补偿元件的以及电极布置结构的所造成的大小和位置，以便确保锂离子电池的优化的电池单体设计。
[0017]所述体积补偿元件特别是设置在壳体的死体积(Totvolumen)中。所述死体积标示在壳体之内的如下区域，在所述区域中否则仅设有气态的组分。这种死体积在锂离子电池的已知的设计中已经存在，从而在制造过程中不必进行耗费的适配来可以实施按照本专利技术的方法。
[0018]阳极活性材料的硅基和/或钛基的组分特别是具有在锂移入或移出时具有强烈的体积改变的活性材料。相应地，硅基和/或钛基的组分是阳极活性材料和因此阳极以及电极布置结构对于在充电或放电过程期间出现的体积改变支配性(bestimmend)的组成部分。
[0019]术语“强烈的体积改变”这里特别是指代在锂移入或移出时的体积改变，所述体积改变大于石墨在锂移入或移出时的体积改变。
[0020]特别是，阳极活性材料在如下情况下显示出强烈的体积改变，即，在容纳锂的50％能最大可逆嵌入的摩尔量时阳极活性材料的体积至少扩大10％、例如至少50％，而在放出锂的50％能最大可逆容纳的摩尔量时阳极活性材料的体积至少缩小10％、例如至少50％，分别x相对于在容纳或放出锂之前的体积。
[0021]硅基和/或钛基的组分可以选自如下组，所述组包括硅、低氧化硅、硅碳复合材料、
硅合金、钛、氧化钛、钛碳复合材料及上述物质的组合物。
[0022]这种活性材料的特征在于特别高的能量密度。然而，所述活性材料在充电或放电过程期间显示出强烈的体积改变。按照本专利技术的方法能实现，利用这种活性材料的高的能量密度，而其强烈的体积改变不负面地作用于电极布置结构的稳定性和锂离子电池的寿命。
[0023]所述硅基和/或钛基的组分关于阳极的总质量特别是处在0.5至99重量％、优选3至98重量％的份额内。
[0024]惰性气体可以选自如下组，所述组包括二氧化碳、氮气、稀有气体及上述物质的组合物。特别是氩气、氖气或氙气、优选氩气适合作为稀有气体。对于选择惰性气体决定性的是对于锂离子电池的其他组成部分的兼容性以及惰性气体的成本。
[0025]在体积补偿元件的外罩之内的电解质是能对于锂离子电池的其他组成部分化学上兼容的电解质。优选地，所述电解质是与已经在锂离子电池中使用的电解质而相同的电解质。
[0026]所述电解质对于锂离子是传导性的并且可以是液体，所述液体包括溶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于制造和运行锂离子电池(10)的方法，所述方法包括如下步骤：
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提供壳体(11)，
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将电极布置结构(12)置入到壳体(11)中，其中，所述电极布置结构(12)由阴极(16)和阳极(14)的交替的层形成，并且至少一个阳极(14)包含阳极活性材料，所述阳极活性材料包括硅基和/或钛基的组分，
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将至少一个柔性的体积补偿元件(28)设置在电极布置结构(12)与壳体(11)之间，其中，所述体积补偿元件(28)包括外罩(30)以及容纳在外罩(30)之内的惰性气体(32)或者容纳在外罩之内的电解质，并且所述体积补偿元件(28)抵消电极布置结构(12)的膨胀，
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封闭壳体(11)以形成锂离子电池(10)，并且
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对锂离子电池(10)充电，其中，所述体积补偿元件(28)的外罩(30)在达到电极布置结构(12)的目标膨胀时被打开以释放惰性气体(32)或电解质。2.按照权利要求1所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢铉喆，荻原秀树，
申请(专利权)人：宝马股份公司，
类型：发明
国别省市：