用于电池组，特别是用于锂-离子-电池组的电极及其制造制造技术

描述了电池组电极的制造方法，其中由包含由至少一种电化学活性材料制备的颗粒、粘合剂和溶剂和/或分散剂的混合物通过电化学沉积形成电极，以及可根据该方法制备的电极和具有这种电极的电池和电池组。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于电池组，特别是用于锂-离子-电池组的电极及其制造本专利技术涉及用于电池组，特别是用于锂-离子-电池组的电极的制造方法。此外，本专利技术涉及根据所述方法制备的或可制备的电极以及具有这样的电极的电池或电池组。术语“电池组（Batterie）”最初是指在外壳中串联连接的多个原电池。现今，单个的原电池也常被称作Batterie。在原电池放电过程中，发生提供能量的化学反应，其由两个电相互耦合、但空间上彼此分开的部分反应构成。在氧化过程中，在负极处释放电子，由此产生电流经由外部负载流向接纳相应量的电子的正极。因此，在正极处发生还原过程。同时，在电池内出现与电极反应对应的离子流。通过传导离子的电解质确保所述流。所述放电反应在二次电池和电池组中是可逆的。如果在这种情况下使用术语阳极和阴极，则通常根据它们的放电功能命名电极。因此，在这样的电池中负极是阳极（氧化），正极是阴极（还原）。在已知的二次电池和电池组中，特别是锂-离子-电池组实现了相对高的能量密度。该电池组通常具有复合电极，其除电化学活性材料外还包含电化学非活性材料。基本上所有能够接纳和释放锂离子的材料都适合用作锂-离子-电池组用的电化学活性材料。用于负极的与此相关的现有技术特别是基于碳如石墨碳的颗粒或者能够嵌入锂的非石墨碳材料。此外，也可以使用可与锂合金化的金属和半金属材料。例如，元素锡、锑和硅能与锂形成金属间相。通常，所有电化学活性材料以颗粒形式包含在电极中。作为电化学非活性材料首先可提及电极粘合剂和电流导体。电子通过电流导体从电极输入和输出。电极粘合剂确保电极的机械稳定性以及保证了由电化学活性材料形成的颗粒相互间的接触和与电流导体的接触。此外，改善导电性的添加剂有助于改善电化学活性颗粒与电流导体的电连接。所有电化学非活性材料应至少在各自电极的电势范围内是电化学稳定的并对常见的电解质溶液具有化学惰性特性。碳基活性材料的锂化作用通常伴随着显著的体积增加。因此，在接纳锂离子时各颗粒的体积可增加最多10%。在金属和半金属储存材料的情况下所述体积增加还要更大。尽管这些材料具有比碳基材料显著更高的存储能力。但是，例如在将锡、锑和硅锂化时，体积膨胀也通常明显更大（在第一充电周期中最多300%）。在释放锂离子时，各活性材料的体积再萎缩，并在活性材料颗粒内产生了应力，以及可能的电极结构的改变。与此相关的电极的机械应力在很大程度上部分导致了活性材料相邻颗粒之间的接触损失。失去接触通常伴随着蠕变容量损失，这会导致涉及的电极的失效。在现有技术中已知的锂-离子-电池组用的电极的制造方法中，通常将包含上述电化学活性和非活性材料的糊状电极材料施加到合适的电流导体上，例如以辊轧法或刮涂法。该糊大都以薄层施加到导体上，并随后施以热处理。为了改善所施加的电极层的电化学性质，可以将正形成的层在压力下压实，例如借助辊轧-、压制-或压延法。所述加压处理大都起到改善活性材料颗粒彼此的以及与集流器的接触。根据WO2009/012899，锂-离子-电池组用的电极的制造优选由水基糊进行，该水基糊包含纤维素衍生物作为粘合剂以及可与锂合金化的金属或半金属制备的分散颗粒作为电化学活性材料以及石墨颗粒。如此制备的电极表现出好的循环性能。尽管金属或半金属存储材料在锂化过程中发生大的体积膨胀，但在该电极中相邻的活性材料颗粒之间的接触损失似乎仅以减小的比例出现。电极优选从包含羧甲基纤维素钠和作为活性材料的可与锂成合金的金属或半金属的分散颗粒的水基糊制备。但是，在此的问题在于，纤维素衍生物常常表现出较脆和几乎没有弹性的特性，这大多对电极的可加工性和因此特别对与集流器的接触造成负面影响。该特性通常要求使用可添加到上述糊中的增塑剂。本专利技术的目的是提供用于电池组，特别是用于锂-离子-电池组的电极，其在老化时具有改善的容量性能，特别是通过电极活性材料与电流导体的改善的接触。通过具有权利要求1的特征的方法实现所述目的。在从属权利要求2至11中指出本专利技术的方法的优选实施方案。根据权利要求12的电极以及根据权利要求13的电池或电池组也属于本专利技术。对此，将所有权利要求的条文通过引用并入本说明书的内容中。如同在由现有技术已知的锂-离子-电池组用的电极的制造方法中一样，在本专利技术的方法中，也使用包含至少一种电化学活性材料的颗粒、粘合剂和溶剂和/或分散剂的混合物。但是不同于已知方法，该混合物不是简单地以机械方式加工。相反，本专利技术的方法的特点在于，由该混合物电化学沉积电极。它们通过由至少一种活性材料制备的颗粒和粘合剂电化学沉积在导电基板上形成。通常，除电解质外，在技术上实现电化学沉积还需要至少两个电极以及外部电压源。在施加电压时，电解质中所含的阳离子移向负极，而所含的阴离子移向正极。在电极上发生电子的接纳和释放用于物质的还原或氧化沉积。在本情况下，包含由电化学活性材料制备的颗粒、粘合剂和溶剂和/或分散剂的混合物充当电解质，其将在下文中更详细解释。优选的是，在其上沉积电极的导电基板是电流导体，特别是通常用于锂-离子-电池组的电极的电流导体。该导电基板原则上可以由任意导电材料构成，只要其在该沉积法的电化学条件下是惰性的。其优选由金属或由金属合金构成。在制造锂-离子-电池组时，特别优选铝和铜。通常使用铝基板作为正极的电流导体，而使用铜作为负极的电流导体。优选将导电基板直接浸到该混合物中并与电压源连接以进行沉积。取决于该混合物中所含的组分，可以优选的是，将导电材料作为阴极或作为阳极连接并由此在该基板上进行阴极或阳极沉积。在这两种情况中都可以使用例如铜电极，特别是铜拉制板网（Kupferstreckmetall）-电极作为对电极。无论使用哪一种导电基板，该电化学沉积的方法都能够形成具有非常均匀的厚度的层状电极。该导电基板原则上可具有每种任意的几何形状。因此，也可考虑例如具有复杂三维结构（例如出现于无纺布或毡中）的导体作为基板。在这种导体中，形成结构的要素是线、纤维和/或针。它们通常被加工成在形成结构的要素之间具有许多空腔的平面构型物品。多孔固体如泡沫（特别是金属泡沫，如镍泡沫，例如描述在DE4017919、US4251603和EP0185830中）也可考虑用作具有复杂三维结构的导体。借助传统方法（例如通过刮刀），不可能用电极材料均匀涂布这些导体。因此，大都也只能有限地实现电极材料与这样的基板之间的令人满意的接触。通过根据本文所述的方法的电化学沉积可以解决所述问题。沉积速率特别可通过适当改变电流强度、电压和温度以及通过化学改性电解质（例如浓度、组成和pH-值的变化）来影响。电流密度是通常对电化学沉积来说重要并直接取决于上述参数的另一值。其被定义为电流强度与电流流过其中的流过面积之间的比率。除沉积速率外，也可以借助所述参数调节待沉积的电极层的厚度，以及优化其品质，特别是在均匀性方面。根据本专利技术的方法的电化学沉积优选在1mA/cm²至30mA/cm²，特别优选2mA/cm²至10mA/cm²的电流密度下进行。沉积时的电压优选在1V至10V的范围。在沉积时，沉积电极用的混合物的温度优选设定为0.5℃至80℃，特别是20℃至50℃的值。沉积时间，即为沉积电极而施加电压的时间，优选设定为5秒至30分钟，特别是10秒至10分钟的值。优选通过从水性介质中电化学本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.02.16 DE 102011004233.4;2011.08.26 EP 11178961.用于制造用于电池组的电极的方法，其中由包含至少一种电化学活性材料制成的颗粒、粘合剂和溶剂和/或分散剂的混合物通过电化学沉积形成所述电极，其特征在于，所述粘合剂是用反应性基团改性的多糖。2.根据权利要求1的方法，其特征在于，将所述至少一种电化学活性材料制成的颗粒和粘合剂沉积在导电基板上。3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，在阳极或阴极实施所述混合物的电化学沉积。4.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，由水性介质沉积所述电极。5.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，所述混合物以50...

【专利技术属性】
技术研发人员：B富赫斯比希勒，M施姆克，
申请(专利权)人：瓦尔达微创新有限责任公司，
类型：
国别省市：