[发明专利]用于制备锂‑离子‑电池的方法

说明书

本发明涉及用于制备锂-离子-电池的方法，所述锂-离子-电池具有较高的能量密度、比能和较长寿命。所述方法尤其适合以高速进行的过程(例如卷绕方法)连续制备锂-离子-电池。

锂-离子-电池作为单个电化学电池是锂-离子-电池组的最小基本功能单元。在本发明的意义上，锂-离子-电池组不仅表示可重复充电的电池组(二次电池组)而且表示不可充电的电池组(一次电池组)。可重复充电的锂-离子-电池组与锂-离子-二次电池组同义。这两个术语还包括锂-电池组和锂-离子-蓄电池。电池组由至少两个连接的电池组成。

典型地在锂-离子-电池组中，两个或多个锂-离子-电池串联或并联。锂-离子-电池在此包括两个相反电极，负的阳极和正的阴极。两个电极通过设置在电极之间的隔膜彼此电隔离和机械隔离。锂-离子-电池被电解质填充。隔膜可被锂-离子穿透，因此在充电过程或放电过程中可以在阳极和阴极之间交换离子。

典型的电极构造通常包括电极导体，例如金属载体箔或金属箔，所述电极导体至少用电化学活性材料涂布。电极导体首先充当电流的引线。电化学活性材料能够在电池充电或放电时接收或给出锂-离子。同时其可以接收或给出电子。

为了提供电极，用电化学活性材料涂布电极导体。为此，通常制备电化学活性材料和粘结剂以及导电材料在载体溶剂中的混合物，并且例如借助于施加辊将其施加至导体上。然后例如使经涂布的电极导体通过连续式炉，使得载体溶剂蒸发并且粘结剂粘结。以该方式实现电化学活性材料内的结合以及涂层在导体(例如金属导体箔)上的附着。

然后用正电极和负电极和隔膜组装锂-离子-电池。锂-离子-电池可以例如以圆柱形绕组、棱柱形平面绕组或电池堆的形式实施。为了制备圆柱形绕组或棱柱形平面绕组，例如以阳极、隔膜、阴极、隔膜的顺序依次设置组件然后盘卷或折叠。这两个过程在下文也被概括为总称“卷绕”。为了以电池堆的形式实施，首先切割组件并且形成由阳极、隔膜和阴极组成的堆。还有可能首先从卷筒堆叠组件。然后例如通过冲压进行每个堆的切割。

可以在绕组或电池堆上施加压力，从而保证锂-离子-电池内的组件(尤其是电极和隔膜)的良好结合。

问题在于电极的电化学活性涂层通常是脆性的并且几乎不具有弹性行为。所述性能负面地影响锂-离子-电池的制备。例如可能在卷绕或切割电极的过程中在电化学活性涂层中出现裂纹和断裂。同时可能在活性材料和导体之间的界面处出现脱离。其结果是活性材料的损失，电极的不均匀电荷以及最终电池组的缩短的寿命。

由US 3,918,989和DE 102010039416 A1已知，在活性材料中添加增塑剂可以改进电极的柔性或可加工性。然而所述增塑剂是活性材料内的非活性组分，因此以锂-离子-电池的能量密度为代价。除去增塑剂需要额外的方法步骤(如化学提取)并且造成额外的成本。通常使用的典型增塑剂如邻苯二甲酸二丁酯(DBP)多数具有毒性并且常见的提取溶剂如正己烷是可燃的，从而在所述方法中还必须遇到提高的安全措施。

因此本发明所基于的目的是提供用于制备锂-离子-电池的改进的方法，所述方法至少部分地解决上述问题。

根据本发明在第一方面通过根据权利要求1所述的方法并且在第二方面通过根据权利要求10所述的方法实现所述目的。所述方法的优选实施方式在从属权利要求中给出。两个方面的方法有利地在保护气体(优选氮气或氩气)下进行。尤其是，第一方面的方法在保护气体下进行。

本发明的第一方面涉及用于制备锂-离子-电池的方法，所述方法包括下文说明的步骤。

在步骤A)中，提供具有第一电极导体和施加至第一电极导体上的第一电化学活性涂层的第一电极和具有第二电极导体和施加至第二电极导体上的第二电化学活性涂层的第二电极。

优选地，第一和/或第二电极在纵向方向上是以幅面状连续的。以该方式可以例如通过从卷筒解绕电极以有利的方式连续提供第一和第二电极。尤其是，根据本发明的方法基本上连续进行。

第一和第二电极包括至少一个负电极(阳极)和至少一个正电极(阴极)。例如，第一电极可以以负电极的形式实施并且第二电极可以以正电极的形式实施。术语“负电极”表示在锂-离子-电池运行时能够给出电子的电极。相反，术语“正电极”表示在锂-离子-电池运行时能够接收电子的电极。