制造用于存储电能的存储装置的电极的方法、这种电极的应用及电极与流程

1.本发明涉及一种根据权利要求1前序部分所述的用于制造尤其是用于机动车的用于存储电能的存储装置的电极的方法。本发明还涉及这种电极的应用以及一种电极。


背景技术：

2.jp2002279994a公开一种具有负电极的电池。
3.此外，可以查询2019年10月2日互联网的超链接“http://www.google.de/url？sa＝t&rct＝j&q＝&esrc＝s&source＝web&cd＝3&ved＝2ahukewjgz_p4zzphahunzvakhzmuc_mqfjacegqi axac&url＝http％3a％2f％2fwww.theses.fr％2f2012greni043.pdf&usg＝aovvaw2e3-ugrowlkdrllt4aawo8”lara jabbour等人的公开物“elaboration of li-ion batteries using cellulose fibres and papermaking techniques(使用纤维素纤维和造纸技术开发锂离子电池)”。该公开物公开一种方法，其中将包含石墨和微纤维化的纤维素作为固相的含水浆料浇铸到模具中，然后将水从浆料中蒸发。由此获得由石墨和微纤维化的纤维素制成的多孔薄膜。所述薄膜被用于准备用于锂离子电池的电极。


技术实现要素：

4.本发明的任务是，提供一种用于制造尤其是用于机动车的用于存储电能的存储装置的电极的方法、这种电极的应用以及一种电极，从而能够以特别有利的方式制造该电极。
5.根据本发明，所述任务通过一种具有权利要求1的特征的方法、通过一种具有权利要求9的特征的应用以及通过一种具有权利要求10的特征的电极来解决。本发明的有利设计方案是从属权利要求的主题。
6.本发明的第一方面涉及一种用于制造尤其是用于机动车的用于存储电能、尤其是电流的存储装置的电极的方法。在该方法中，用至少一种用于存储电能的活性材料涂覆电极的基体。所述活性材料例如可以包括锂和/或石墨和/或镍并且尤其是用于借助存储装置或在存储装置中尤其是通电地和/或静电地存储电能，其中，该存储装置例如是原电池。尤其是，该存储装置可以是电池、尤其是锂离子电池，或者是存储电池单体、尤其是蓄电池单体并且在此例如是锂离子电池单体，从而活性材料尤其是可以至少包括锂。此外，例如活性材料用于从存储装置放出在存储装置中或借助存储装置存储的电能，也就是说从存储装置导出并且例如输送给至少一个耗电器。
7.优选地，所述基体由与存储材料不同的材料构成。尤其是，该基体可以由金属的和/或能导电的材料、尤其是铜或铝构成。该基体优选是固体，其中，该基体可以构造成薄膜、尤其是金属箔或者构造成金属板材。尤其是，该基体可以用作集电体，该集电体也称为电流集流器或电流抽头或集电器。
8.该存储装置尤其是在存储装置的完全制成的状态下例如在优选构造成汽车、尤其是轿车的机动车中使用或用于该机动车，以便存储和提供电能，借助所述电能可以电地尤
其是纯电地驱动机动车。因此，机动车例如构造成混合动力车辆或电动车辆、尤其是构造成电池电动车辆(bev)。
9.现在为了能够总体上以特别有利的方式制造电极以及因此制造存储装置，在根据本发明的方法中规定，提供一种混合物，其包含活性材料和尤其是与活性材料分开构造的纤维。因此，该混合物优选是异质混合物、尤其是异质物质混合物，其具有作为第一物质、尤其是作为第一固体材料的纤维和作为第二物质、尤其是作为第二固体材料的活性材料。
10.此外，在根据本发明的方法中规定，用混合物涂覆基体，其中，该混合物不含容纳纤维的并且在涂覆基体之后至少大部分从混合物中排出的溶剂。换句话说，混合物是无溶剂的。对此尤其是可理解为，混合物不包括、具有或包含溶剂，该溶剂容纳纤维并且在涂覆基体之后至少大部分从混合物中排出或被导出。通过用混合物涂覆基体，由混合物在基体上形成、也就是说制造具有活性材料和纤维的涂层。如上所述或根据上述定义，由于混合物是无溶剂的，因此在该方法中不发生将溶剂从混合物中去除。由此，电极可以特别时间有利地和成本低廉地制造。
11.本发明所基于的认识尤其是，对于涂层、尤其是对于用于锂离子电池的阴极或正极的涂层通常使用n-甲基吡咯烷酮(nmp)作为溶剂。通过本发明现在可以避免nmp，并且在没有nmp或没有其它溶剂的情况下制造电极，所述溶剂在用混合物涂覆基体之后至少大部分从混合物中排出。通常规定，对于电极涂层、尤其是对于阴极涂层，使用具有nmp的膏作为溶剂。对于阳极涂层，可设想使用水作为溶剂。由于活性材料相对于水的稳定性，水作为溶剂的使用对于阴极涂层来说不可能无问题。使用在涂覆基体之后至少大部分、尤其是完全从混合物中排出或去除的溶剂的基本优点是，由此造成涂层或电极的有利的多孔性。通过多孔性，电极或涂层具有气孔，在所述气孔中、尤其是在存储装置的完全制成的状态下可以容纳优选液态的电解质。尤其是，所述电解质可以尤其是完全填充气孔，其中，通过气孔容纳电解质可以实现有利的离子传导性。多孔性尤其是通过如下方式产生，即将溶剂在涂覆基体之后至少大部分、尤其是完全从混合物或从涂层中尤其是有针对性地去除、尤其是通过蒸发、也就是说通过蒸发过程去除。所述蒸发过程紧接着涂覆，也就是说紧接着涂覆过程，在涂覆过程的范围内利用混合物涂覆基体。
12.无溶剂地制造电极能够实现特别时间有利地并且成本低廉地制造电极，因为例如可以避免干燥或蒸发步骤，即避免将溶剂至少大部分、尤其是完全从混合物中去除的工作步骤以及用于回收至少大部分地从混合物中去除的溶剂的步骤。也可以取消净化。此外，电极可以环境可持续发展地制造，因为可以省去对此不利的溶剂，例如尤其是nmp。
13.然而，如果现在省去在涂覆基体之后至少大部分从混合物或从涂层中去除的溶剂，则涂层或电极的孔隙度不能通过蒸发、干燥或去除混合物中的溶剂来产生。然而就此而言，通过使用纤维尤其是在存储装置的完全制成的状态下可以确保有利的离子传导性。
14.在此，已被证明特别有利的是，在用混合物涂覆基体之后使涂层与尤其是液态的电解质接触，该电解质至少部分被纤维或通过纤维吸收、尤其是吸入。换句话说，所述纤维代替之前所述的气孔吸收电解质，尤其是通过纤维吸入至少一部分电解质。由此可以确保特别有利的离子传导性。
15.为了能够特别时间有利地和成本低廉地制造电极，在本发明的另一个设计方案中规定，在用混合物涂覆基体之前和之后不发生用溶剂涂覆基体。此外，已被证明特别有利的
是，使用纤维素纤维作为所述纤维。由此可以实现特别有利的离子传导性，因为例如纤维素纤维可以特别好地吸收、尤其是吸入尤其是液态的电解质。
16.在本发明的另一个设计方案中，通过挤出用混合物涂覆基体。由此，可以以特别简单的、时间有利的且成本低廉的方式用混合物涂覆基体并且由此被设置。在挤出的范围内，尤其是固态的基体例如被输送穿过或驱使穿过、尤其是插入穿过或牵拉穿过开口、尤其是穿过喷嘴。在将基体输送穿过开口期间，尤其是在开口内用混合物涂覆基体，尤其是使得在将基体输送穿过开口期间，将混合物施加、尤其是涂敷在基体上、尤其是基体的外周侧的外周面上。替代地或附加地，在将基体输送穿过开口期间，在开口之前和/或开口之后将混合物施加到基体上、尤其是外周侧的侧面上。通过挤出，例如可以以简单的、时间有利的且成本低廉的方式实现电极或结构元件的有利的外周侧的形状，所述结构元件包括用混合物涂覆的基体。尤其是，所述形状可以通过尤其是沿开口的周向方向限定该开口的壁区域来建立。
17.为了将混合物施加、尤其是涂覆到基体上、尤其是涂覆到外周侧的外周面上，例如使用至少一个涂覆机构，所述涂覆机构可以具有喷嘴、尤其是宽缝喷嘴。例如，混合物穿流或流过喷嘴并且借助喷嘴被喷出并且喷向基体、尤其是喷向外周侧的外周面并且由此被施加或涂敷到基体上、尤其是外周侧的外周面上。
18.此外，已被证明特别有利的是，通过层压用混合物涂覆基体。在层压的过程中，例如将混合物或涂层与基体热接合和/或材料锁合地接合。因此，层压包括例如热接合方法和/或材料锁合的接合方法，借助于该接合方法在使用热量的情况下将混合物或涂层与基体热地和/或材料锁合地连接。为此，例如加热基体和/或混合物，尤其是使得混合物在基体的热的状态或被加热的状态下和/或在混合物的热的状态或被加热的状态下被施加到基体上、尤其是施加到外周侧的外周面上，由此例如混合物或涂层热地和/或材料锁合地与基体连接。
19.为了能够特别简单且成本低廉地制造电极，在本发明的另一个设计方案中规定，所述纤维是能导电的。所述实施方式基于如下思想，即所述纤维可以承担至少一个另外的或附加的功能。例如，如果所述纤维是能导电的，则可以放弃用于导电性的其它导电添加剂，例如炭黑或碳纳米管。所述纤维的另外的功能化和/或纤维的至少一个特性也可以用于实现例如构造成电池单体、尤其是蓄电池单体的存储装置的特别高的安全性。
20.就此而言，已被证明特别有利的是，所述纤维由不可燃的或不易燃的材料构成。换句话说，所述纤维具有防火特性。所述纤维由不可燃的材料构成的特征尤其是理解为，所述纤维是不可燃的并且没有可燃的成分或是具有可燃成分的不可燃的，从而所述纤维例如在等级a1或a2-s1中是根据用于限定燃烧特性的标准en13501-1的等级的d0，或所述纤维例如在根据限定建筑材料等级的标准din4102-1的建筑材料等级a1或a2中。所述纤维由不易燃的材料构成的特征尤其是可以理解为，所述纤维例如在根据用于限定燃烧特性的标准en13501-1的等级b、c-s1、d0或a2、b、c-s2、d0或a2、b、c-s3、d0或a2、b、c-s1、d1或a2、b、c-s1、d2或a2、b、c-s3、d2中，或者所述纤维例如在根据限定建筑材料等级的标准din4102-1的建筑材料等级b1中。只要在本公开内容的范围内参考en13501-1标准和din4102-1标准，这些标准可以理解为在其2019年10月9日的有效文本中的en13501-1标准和din4102-1标准。
21.替代地或附加地可设想，所述纤维具有特别高的导热性，由此可以以特别简单且
成本低廉的方式实现基于纤维的电极的特别高的导热性。
22.最后已被证明特别有利的是，所述混合物也包括除了纤维和除了活性材料外设置的粘合剂，该粘合剂例如容纳纤维和/或活性材料。换句话说，所述纤维和/或活性材料可以嵌入到粘合剂中。所述粘合剂负责纤维和活性材料的有利的粘结以及例如负责混合物在基体上的特别有利的附着。
23.优选地，使用聚合物、尤其是聚偏二氟乙烯(pvdf)作为粘合剂。
24.本发明的第二方面涉及一种借助根据本发明的第一方面的方法制造的电极的应用，其中，电极被用于存储电能用的存储装置的电极、尤其是正电极。所述正电极也被称为正极或电正极并且例如在存储装置放电时是其阴极。放电可以理解为，存储在存储装置中的或借助存储装置存储的电能从存储装置中导出或由存储装置中导出并且例如输送给电消耗器。本发明的第一方面的优点和有利的设计方案可视为本发明的第二方面的优点和有利的设计方案，并且反之亦然。本发明还涉及一种电极的应用或借助根据本发明第一方面的方法制造的电极的应用，其中，所述电极在机动车的一个或多个上述存储器装置中使用并且因此在机动车中使用或用于机动车。借助存储装置或在存储装置中可以存储电能，所述电能例如用于或可用于电地、尤其是纯电地驱动机动车。在此，之前所述的消耗器例如是电机，该电机通过以存储在存储装置中的电能供应给电机而在发动机运行中并且由此作为电动机运行或可运行。借助所述电动机，机动车尤其是纯电地被驱动。
25.本发明的第三方面涉及一种用于尤其是用于机动车的用于存储电能的存储装置的电极。在此，该电极借助根据本发明的第一方面的方法来制造。本发明的第一方面和第二方面的优点和有利的设计方案可视为本发明的第三方面的优点和有利的设计方案，并且反之亦然。
附图说明
26.本发明的其它细节由下面对优选实施例的描述连同附图得出。在此：
27.图1示出用于阐述根据本发明的用于制造尤其是用于机动车的用于存储电能的存储装置的电极的方法的流程图；以及
28.图2示出该方法的示意图。
29.在附图中，相同的或功能相同的元件设有相同的附图标记。
具体实施方式
30.下文中借助图1和图2描述一种用于制造用于存储电能、尤其是电流的存储装置的电极1的方法。所述存储装置被用于存储用于例如构造成汽车、尤其是构造成轿车的机动车的电能。因此，该存储装置在机动车中使用或被用于机动车，使得所述机动车在其完全制造好的状态下具有存储装置和电极1。所述机动车是混合动力车辆或电动车辆、尤其是电池电动车，使得该机动车具有至少一个电机。该机动车可以借助电机、尤其是纯电动地被驱动。为此，电机在发动机运行中运行并且因此作为电动机运行。为了在发动机运行中运行电机，向电机供应存储在存储装置中的电能、尤其是电流。为了能够实现特别大的电功率以用于电动地、尤其是纯电动地驱动机动车，所述存储装置和电机优选构造成高压部件，其相应的电压、尤其是电运行电压或额定电压优选大于50伏特、尤其是大于60伏特或者优选是几百
伏特。该存储装置例如构造成电池、尤其是高压电池。尤其是，该存储装置可以构造成锂离子电池。该存储装置例如包括多个相互电连接的电池单体，这些电池也被称为存储电池单体并且例如构造成锂离子电池单体。电极1在此例如是存储电池单体之一的电极。电极1例如是存储电池单体或存储装置的也被称为正极的正电极的组成部分，从而电极1例如相对于存储装置或存储电池单体的放电是存储装置或存储电池单体的阴极。在存储装置或存储电池单体放电时，存储在存储装置或存储电池单体中的电能从存储电池单体或从存储装置被导出并且例如被输送给电机。在此，存储装置或存储电池单体尤其是原电池。
31.在该方法的第一步骤s1中，提供在图2中特别示意性示出的混合物2，其具有至少一种活性材料和除了该活性材料以外设置的纤维。所述活性材料在图2中特别示意性地通过三角形示出并且用3标记，而纤维同样特别示意性地通过线条示出并且用4标记。所述纤维4优选是固体的并且因此是第一固体材料。替代地或附加地，活性材料3是固体的并且因此例如是混合物2的第二固体材料。在该方法的第二步骤s2中，用混合物2并且由此用活性材料3和纤维4来涂覆电极1的基体5，其中，混合物2尤其是在涂覆基体5之前、在涂覆基体之后和在涂覆基体5期间不含在涂覆基体5之后至少大部分从混合物2中排出的溶剂。因此，在该方法中不发生在用混合物2涂覆基体5之后溶剂至少大部分从混合物2中排出。通过用混合物2涂覆基体5，由混合物2在基体5上形成电极1的具有活性材料3和纤维4的涂层6。因此，已完成制造的电极1是如下结构元件，该结构元件具有基体5和施加在基体5上并且尤其附着在基体5上的具有活性材料3和纤维4的涂层6。基体5在此优选由金属的和/或能导电的材料、例如铜或铝构成。
32.为了用混合物2涂覆基体5，使用也被称为涂覆机构的涂覆装置7。该涂覆装置7包括至少一个尤其是环形的开口8，该开口例如构造成喷嘴或者是这种喷嘴的组成部分。优选固体的并且因此构造成固体的基体5在图2中通过箭头9示出的输送方向上尤其是至少基本上连续地被输送穿过涂覆装置7的优选构造成贯通开口的开口10。在此，开口8通入到开口10中并且被混合物2穿流，从而在基体5沿输送方向被输送穿过开口10并且因此穿过涂覆装置7期间，涂覆装置7通过开口8喷出混合物2并且朝着基体5、尤其是朝着基体5的外周侧的外周面11喷洒。由此，混合物2被施加或涂覆到基体5上、尤其是外周侧的外周面11上，由此在外周侧的外周面11上构成、也就是说制造涂层6。
33.在图2中也示意性示出存储电池单体并且用12标记，其中，存储电池单体12在其已完成制造的状态下具有电极1。存储电池单体12在其已完成制造的状态下此外包括电池单体壳体13，在该电池单体壳体中容纳有尤其是液态的电解质14。在用混合物2涂覆基体5之后，将电极1布置在壳体13中并且在此与电解质14接触，尤其是浸入到电解质14中。这例如这样进行，使得电极1运动到壳体13中，而电解质14已经处于壳体13中，或者可以规定，首先电极1至少部分地布置在电池壳体13中并且随后电解质14被引入到电池单体壳体13中。之后，涂层6与电解质14接触、尤其是直接接触，其中，涂层6的纤维4容纳、尤其是吸入电解质14的至少一部分。此外，电极1在被插入到壳体13中之前可以与电解质14接触。用电解质14浸湿的电极1然后被引入到壳体13中。换句话说，用电解质14浸湿纤维4。由此可以确保电极1或存储电池单体12的特别有利的离子传导性。
34.由图2可看出，例如通过挤出用混合物2涂覆基体5。此外可设想，通过层压用混合物2涂覆基体。在层压的范围内，例如将混合物2或涂层6热地和材料锁合地连接到基体5上，
也就是说与基体5连接。优选地，混合物2还具有在图2中特别示意性地通过圆圈示出的粘合剂15，该粘合剂可以具有至少一种或正好一种聚合物、尤其是聚氟乙烯。
35.总体上可看出，所述纤维作为容纳电解质14的小海绵起作用。由此，可以实现用于制造电极1的无溶剂的制造过程，其中，同时可以确保电极1的足够的离子传导性。这种无溶剂的制造过程通常导致具有非常小的孔隙率或没有孔隙率的电极。然而，由于纤维4容纳电解质14，因此可以确保电极1在容纳电解质14方面的足够的容纳能力，从而可以确保有利的离子传导性。
36.因为混合物2不具有在用混合物2涂覆基体5之后至少大部分从混合物2中排出的溶剂，所以混合物2可以说是无溶剂的。由此可以避免耗费的工作步骤，例如用于至少大部分从混合物2中去除溶剂的干燥或过滤，使得电极1可以特别时间有利地且成本低廉地制造。
37.附图标记列表
[0038]1ꢀꢀꢀꢀꢀ
电极
[0039]2ꢀꢀꢀꢀꢀ
混合物
[0040]3ꢀꢀꢀꢀꢀ
活性材料
[0041]4ꢀꢀꢀꢀꢀ
纤维
[0042]5ꢀꢀꢀꢀꢀ
基体
[0043]6ꢀꢀꢀꢀꢀ
涂层
[0044]7ꢀꢀꢀꢀꢀ
涂覆装置
[0045]8ꢀꢀꢀꢀꢀ
开口
[0046]9ꢀꢀꢀꢀꢀ
箭头
[0047]
10
ꢀꢀꢀꢀ
开口
[0048]
11
ꢀꢀꢀꢀ
外周侧的外周面
[0049]
12
ꢀꢀꢀꢀ
存储电池单体
[0050]
13
ꢀꢀꢀꢀ
电池单体壳体
[0051]
14
ꢀꢀꢀꢀ
电解质
[0052]
s1
ꢀꢀꢀꢀ
第一步骤
[0053]
s2
ꢀꢀꢀꢀ
第二步骤