DE102008001292A1 - Rechargeable lithium-ion cell has anode material and cathode material, which are separated from each other by surface layer covering anode and cathode material - Google Patents

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Abstract

The rechargeable lithium-ion cell has anode material and cathode material, which are separated from each other by a surface layer covering the anode and cathode material. The surface layer is obtained by coating and drying dispersion. The surface layer comprises 70 to 80 percent by weight of an inorganic substance, 10 to 20 percent by weight of a polymer and 1 to 20 percent by weight of an additive, particularly a processing aid. The anode material comprises lithium of intercalatable, nano-structured carbon modification, particularly graphite. The conducting salt is a lithium organoborate. An independent claim is included for a method for manufacturing a rechargeable lithium-ion cell.

Description

Die Erfindung betrifft Lithium-Ionenzellen mit geschichteten Elektrodenmassen und Verfahren zur Herstellung derselben, bei denen Anoden- und Kathodenmassen zu einem wirksamen, elektrische Energie speichernden Verbundsystem zusammengefügt werden, wobei die aktiven Elektrodenmassen bevorzugt aus nanostrukturierten Partikeln bestehen und keine zusätzliche Separatorfolie eingefügt wird.The The invention relates to lithium ion cells having layered electrode masses and methods of making the same comprising anode and cathode materials to an efficient, electrical energy storing composite system be joined together, wherein the active electrode masses preferably consist of nanostructured particles and no additional Separator foil is inserted.

Lithium-Batterien sind literaturbekannt und im „Handbook of Battery Materials”, Herausgeber: I. O. Besenhard, Verlag VCH, Weinheim, 1999 , beschrieben (1). Spezielle Herstellungsverfahren, wie z. B. der sog. Bellcore-Prozess sind in „Lithium Ion Batteries”, Herausgeber: M. Wahihara et O. Yamamoto, Verlag VCH, Weinheim 1998 S. 235 u. Fig. 10.9 (2) beschrieben. Im Stand der Technik werden zur Herstellung der Lithium-Polymer Batterien verschiedene Verfahren offenbart:
Ein Verfahren betrifft einen Beschichtungsprozeß, bei dem der für die Kathoden- bzw. Anodenmasse erforderliche Polymerbinder gelöst wird, z. B. mit N-Methylpyrrolidon (NMP) als Lösungsmittel, wobei die Polymerlösung mit den kathoden- bzw. anodenspezifischen Zusätzen wie Lithium interkalierbare Metalloxide bzw. Lithium interkalierbare Kohlenstoffe (Ruß, Graphit o. ä.) versetzt und dispergiert wird. Diese Dispersion wird dann mit einem in der Technik bekannten Beschichtungsverfahren auf Stromkollektoren aufgetragen, eine Separatorfolie als Zwischenlage eingefügt und das Trilaminat gewickelt.Lithium batteries are known from the literature and in the "Handbook of Battery Materials", publisher: IO Besenhard, Verlag VCH, Weinheim, 1999 , described (1). Special manufacturing methods, such. B. the so-called. Bellcore process are in "Lithium Ion Batteries", publisher: M. Wahihara et O. Yamamoto, Verlag VCH, Weinheim 1998 p. 235 u. Fig. 10.9 (2). The prior art discloses various processes for producing the lithium polymer batteries:
One method relates to a coating process in which the polymer binder required for the cathode or anode mass is dissolved, e.g. B. with N-methylpyrrolidone (NMP) as a solvent, wherein the polymer solution with the cathode or anode-specific additives such as lithium intercalatable metal oxides or lithium intercalatable carbons (carbon black, graphite o. Ä.) Is added and dispersed. This dispersion is then applied to current collectors by a coating method known in the art, a separator sheet interleaved, and the trilaminate wound.

Eine Variante der oben beschriebenen Beschichtungstechnik besteht in der Verwendung von wässrigen Polymerdispersionen anstelle der Polymerlösungen mit organischen Lösungsmitteln. Die erhaltenen Beschichtungen werden nach dem Trocknen zu Wickelzellen verarbeitet, wobei ebenfalls als Zwischenlage ein sog. Separator mit porösen Strukturen, z. B. aus Cellgard o. ä., verwendet wird. Ein derart hergestelltes System wird verkapselt und vor dem Verschließen mit Leitsalzlösung (Elektrolyt, d. h. Leitsalz gelöst in aprotischen Lösungsmitteln) gefüllt, z. B. indem Vakuum angelegt wird.A Variant of the coating technique described above consists in the use of aqueous polymer dispersions instead the polymer solutions with organic solvents. The resulting coatings become wound cells after drying processed, where also as an intermediate layer a so-called. Separator with porous structures, e.g. B. Cellgard o. Ä., is used. A system made in this way is encapsulated and before closing with conductive salt solution (electrolyte, d. H. Conducting salt dissolved in aprotic solvents) filled, z. B. by applying vacuum.

Der Bellcore-Prozess ist eine weitere Variante der Beschichtungstechnik. Hierbei wird in die Anoden- bzw. Kathodenmasse eine Komponente z. B. Dibutylphthalat (DBP) mit eingearbeitet, die vor der Zusammenführung von Anode/Kathode/Separator im sog. Bellcore-Prozess (vgl. Lit. 2) herausgelöst wird, um ausreichende Porosität d. h. Aufnahmevermögen für die Leitsalzlösung (Elektrolyt) zu schaffen.Of the Bellcore process is another variant of coating technology. Here, in the anode or cathode material, a component z. B. dibutyl phthalate (DBP) with incorporated before the merger of anode / cathode / separator in the so-called Bellcore process (see Ref. 2) is dissolved to ensure adequate porosity d. H. Absorption capacity for the electrolyte solution To create (electrolyte).

Die US-A-5,296,318 beschreibt eine wiederaufladbare Lithium-Interkalationsbatterie mit einem hybriden Polymerelektrolyten. Wesentliches Element dieser Offenbarung sind polymere Elektrolyte, die als selbsttragende Filme ausgebildet werden und aus einem Copolymer aus Vinylidenfluorid und Hexafluorpropylen in einem Gewichtsverhältnis besteht, in dem das Hexafluorpropylen Copolymer nicht kristallisiert oder geliert, so dass eine gute Filmfestigkeit sowie eine ausreichende ionische Leitfähigkeit erzielt werden. Auch diese Offenbarung beschreibt lösungsmittelgebundene Verfahren mit Polymeren als Binder.The US-A-5,296,318 describes a rechargeable lithium intercalation battery with a hybrid polymer electrolyte. Essential element of this disclosure are polymeric electrolytes which are formed as self-supporting films and consists of a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene in a weight ratio in which the hexafluoropropylene copolymer does not crystallize or gelled, so that a good film strength and a sufficient ionic conductivity are achieved. This disclosure also describes solvent-bound processes with polymers as binders.

Die US-A-5,456,000 beschreibt die Herstellung einer wiederaufladbaren Lithiumionen-Batteriezelle. Die Elektroden- und Separatorschichten werden aus selbsttragenden Filmen aufgebaut. Ein wesentliches Merkmal ist ihr Gehalt an Polymerbinder aus einer Polyvinylidenfluorid-Copolymermatrix und einem kompatiblen organischen Weichmacher, der später entfernt wird.The US-A-5,456,000 describes the manufacture of a rechargeable lithium ion battery cell. The electrode and separator layers are built up from self-supporting films. An important feature is their content of polymer binder from a polyvinylidene fluoride copolymer matrix and a compatible organic plasticizer, which is later removed.

Ein grundsätzlich anderer Prozess macht Verwendung von Extrusionsschritten. Die US-A-4,818,643 (entspricht der EP-A-0 145 498 und der DE 34 85 832 T ) beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Polymer-Gel-Elektrolyten und einer Kathode ohne Verwendung eines Trägerlösungsmittels, wobei beide Komponenten über eine Düse als Folien extrudiert werden.A fundamentally different process makes use of extrusion steps. The US-A-4,818,643 (equals to EP-A-0 145 498 and the DE 34 85 832 T ) describes a process for producing a polymer gel electrolyte and a cathode without using a carrier solvent, wherein both components are extruded through a die as films.

Die DE-A-100 20 031 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Lithium-Polymerbatterien, in dem jeweils trägerlösungsmittelfreie Anodenmasse, Separator (Polymer-Gel-Elektrolyt) und Kathodenmasse in parallel geschalteten Extrudern extrudiert und anschließend als eine Einheit zusammengeführt werden, die mit Kollektorfolien laminiert wird.The DE-A-100 20 031 discloses a process for the production of lithium polymer batteries in which carrier carrier-free anode mass, separator (polymer gel electrolyte) and cathode mass are extruded in parallel-connected extruders and subsequently combined as a unit which is laminated with collector foils.

Die Patentschrift DE 102 51 241 beschreibt ein Verfahren bei dem die Ableiter mit pastösen Aktivmassen beaufschlagt werden und anschließend mit der Separatorfolie zu einer Lithium-Polymer-Batterie zusammengefügt werden.The patent DE 102 51 241 describes a method in which the arresters are acted upon with pasty active masses and then joined together with the separator to a lithium polymer battery.

Die bislang beschriebenen Verfahren haben unterschiedliche Nachteile, sowohl hinsichtlich der verwendeten Einsatzstoffe als auch wegen der aufwendigen Fertigungsprozesse.The hitherto described methods have different disadvantages, both with regard to the starting materials used and because of the elaborate manufacturing processes.

Vor allem ist das Herstellen des Trilaminates durch Einfügen der Separatorfolie ein zeitaufwendiger und kostenintensiver Schritt.In front all is the production of the trilaminate by insertion the Separatorfolie a time-consuming and costly step.

Somit besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine verbesserte wiederaufladbare Lithiumionenzelle, sowie ein vereinfachtes Verfahren zur Herstellung von wiederaufladbaren Lithiumionenzellen bereitzustellen. Die durch das vereinfachte Verfahren hergestellten Lithiumionenzellen sollen eine verbesserte Zyklenstabilität und höheren Energie- und Leistungsdichten gewährleisten.Consequently the object of the invention is to provide an improved rechargeable Lithium ion cell, as well as a simplified method of production of rechargeable lithium-ion cells. By the simplified method lithium ion cells produced are intended improved cycle stability and higher Ensuring energy and power densities.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine wiederaufladbare Lithiumionenzelle umfassend eine Anodenmasse und eine Kathodenmasse, die durch eine als Separator wirkende Deckschicht voneinander getrennt sind. Bei dieser wiederaufladbaren Lithiumionenzelle wird die Deckschicht durch Auftragung und Trocknung einer Dispersion erhalten. Indem die erfindungsgemäße Deckschicht als Separator zwischen Anodenmasse und Kathodenmasse Verwendung findet, bedarf es keiner selbstgestützten Separatorfolie. Zum einen gewährleistet die durch Dispersion aufgetragene Deckschicht ein erheblich vereinfachtes Herstellungsverfahren, da die im Stand der Technik verwendeten, selbstgestützten Separatorfolien sehr dünn sein müssen und somit schwierig zu handhaben sind. Zum anderen ist durch Verwendung der Deckschicht, die mittels Dispersion aufgetragen wird, die Bandbreite der einsetzbaren Materialien für die Separierung von Anoden- und Kathodenmasse größer, da das Material keine selbststützende Eigenschaften aufweisen muss. Erfindungsgemäß umfasst das die Deckschicht bildende Material 70 bis 80 Gew.-% einer anorganischen Substanz, 10 bis 20 Gew.-% eines Polymeren und 1 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt zwischen 5 und 7,5 Gew.-%, eines Additivs, das ein Verarbeitungshilfsmittel sein kann.The Task is solved by a rechargeable lithium-ion cell comprising an anode mass and a cathode mass, which by a separating layer acting as a separator are separated from one another. at This rechargeable lithium-ion cell becomes the cover layer obtained by application and drying of a dispersion. By doing the cover layer according to the invention as a separator between anode material and cathode material is used requires there is no self-supported separator film. For one, the guaranteed by dispersion applied topcoat a considerably simplified Manufacturing process, since those used in the prior art, self-supported Separatorfolien be very thin and thus difficult to handle. On the other hand is by using the cover layer, which is applied by means of dispersion, the range of usable materials for separation of anode and cathode mass larger as the material does not have to have self-supporting properties. According to the invention the cover layer forming material 70 to 80 wt .-% of an inorganic Substance, 10 to 20 wt .-% of a polymer and 1 to 20 wt .-%, more preferably between 5 and 7.5% by weight of an additive which may be a processing aid.

Die anorganische Substanz umfasst in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Silikat, Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Boroxid, ein Alkali- oder Erdalkalimetalloxid, ein Phosphat, ein Carbonat und/oder ein Oxalat.The inorganic substance comprises in a particularly preferred embodiment of the present invention, a silicate, silica, alumina, Boroxide, an alkali or alkaline earth metal oxide, a phosphate Carbonate and / or an oxalate.

Das für die Deckschicht verwendete Polymer ist gemäß besonders bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung ausgewählt aus Homo- oder Copolymeren von Polyolefinen, Polystyrolen, Polyvinylpyrrolidon, Polyvinylalkylether. Als Polyolefine kommen vorzugsweise Polyethylene, Polystyrol (Homo oder Copolymere), sowie Polypropylene in Frage. Bevorzugt werden auch Fluorcopolymere oder Fluorterpolymere wie Dyneon THV oder andere Polymere wie Polyvinylpyrrolidon, Polyvinylalkylether u. ä. eingesetzt. Die Polymere müssen elektrochemisch stabil und temperaturstabil sein. Daher sind Polymere allgemein ganz besonders bevorzugt, die keine Doppelbindungen und lediglich Kohlenstoff und Sauerstoff in der Hauptkette umfassen.The The polymer used for the cover layer is particularly according to preferred embodiments of the invention selected from homopolymers or copolymers of polyolefins, polystyrenes, polyvinylpyrrolidone, polyvinyl alkyl ethers. Polyolefins are preferably polyethylenes, polystyrene (Homo or copolymers), as well as polypropylenes in question. To be favoured also fluorocopolymers or fluoropolymers such as Dyneon THV or others Polymers such as polyvinylpyrrolidone, polyvinyl alkyl ethers and. ä. used. The polymers must be electrochemically stable and be temperature stable. Therefore, polymers are generally very special preferred, which are not double bonds and only carbon and Include oxygen in the main chain.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Additiv ein Lithium enthaltendes Leitsalz, das ganz besonders bevorzugt ein Lithiumoxalatoborat oder ein Lithiumorganoborat ist. Ferner können als Additive LiPF6, Lithiumtriflate oder aprotische Lösungsmittel, wie beispielsweise Ethylen- oder Propylencarbonate eingesetzt werden. In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist dasselbe Additiv, insbesondere dasselbe Leitsalz sowohl in den aktiven Elektrodenmassen als auch in der Deckschicht vorhanden. Dadurch wird eine gute Verträglichkeit zwischen Deckschicht und den aktiven Elektrodenmassen erreicht. Eine gute Verträglichkeit zwischen Deckschicht und den aktiven Elektrodenmassen ist deshalb von besonderer Wichtigkeit, da die Deckschicht eben keine selbsttragende Separatormembran ist und Entmischungsvorgänge verhindert werden müssen.According to a further preferred embodiment, the additive is a lithium-containing conductive salt, which is very particularly preferably a lithium oxalato borate or a lithium organoborate. Further, as additives LiPF 6 , lithium triflates or aprotic solvents, such as ethylene or propylene carbonate can be used. In a very particularly preferred embodiment of the invention, the same additive, in particular the same conducting salt, is present both in the active electrode masses and in the covering layer. As a result, a good compatibility between the cover layer and the active electrode masses is achieved. Good compatibility between the cover layer and the active electrode masses is therefore of particular importance, since the cover layer is not a self-supporting separator membrane and segregation processes must be prevented.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht somit eine Umgehung der Nachteile bekannter Verfahren: Indem die Deckschicht auf die elektrochemisch aktiven Massen auf den Ableitern gecoatet wird, entfällt die Verwendung einer sonst üblichen gestützten Separatorfolie.The The present invention thus enables a circumvention of Disadvantages of known methods: By placing the topcoat on the electrochemical active substances on the arresters is coated, is omitted the use of an otherwise supported Separator.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen Anoden- und/oder Kathodenmasse nanostrukturierte Partikel. Der Begriff „nanostrukturiert” soll im Rahmen dieser Erfindung so verstanden werden, dass die Partikel als Primärpartikel bevorzugt einen Durchmesser zwischen 1 und 100 nm, besonders bevorzugt einen Durchmesser zwischen 1 und 50 nm, aufweisen. Für die Anodenmasse werden beispielsweise nanostrukturierte Carbon-Materialien oder Nanotubes verwendet, für die aktiven Kathodenmassen werden beispielsweise nanostrukturiertes Lithiumeisenphosphat, Lithiumnickelcobaltoxid verwendet. Besonders bevorzugt sind wiederaufladbare Lithiumionenzellen, bei denen die Anoden- und/oder Kathodenmasse 40 bis 70 Gew.-% nanostrukturierte Partikel aufweisen. Durch Verwendung von nanostrukturierten Partikeln wird eine höhere Kapazität und eine höhere Energiedichte der Lithiumionenzellen, und zwar um mehr als 10% gewährleistet.In a preferred embodiment of the invention Anode and / or cathode mass nanostructured particles. The term "nanostructured" should in the context of this invention are understood to mean that the particles as a primary particle preferably a diameter between 1 and 100 nm, more preferably a diameter between 1 and 50 nm. For the anode material, for example, nanostructured Carbon materials or nanotubes used for the active ones Cathode compounds are, for example, nanostructured lithium iron phosphate, Lithium nickel cobalt oxide used. Particularly preferred are rechargeable Lithium ion cells in which the anode and / or cathode mass 40 to 70 wt .-% nanostructured particles have. By using Nanostructured particles will have a higher capacity and a higher energy density of the lithium ion cells, and Although guaranteed by more than 10%.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen wiederaufladbaren Lithiumionenzellen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.Further preferred embodiments of the rechargeable lithium ion cell according to the invention len are defined in the dependent claims.

Ferner wird die Aufgabe gelöst durch Verfahren zur Herstellung einer wiederaufladbaren Lithiumionenzelle, indem (a) ein Kathodenableiter mit einem Primer und anschließend mit einer Kathodenmasse beschichtet wird, (b) ein Anodenableiter mit einer Anodenmasse beschichtet wird, (c) eine Deckschicht auf die Anoden- und/oder Kathodenmasse aufgetragen wird, indem eine Dispersion umfassend ein die Deckschicht bildendes Material auf Anoden- und/oder Kathodenmasse aufgetragen und getrocknet wird, und (d) Anodenmasse und Kathodenmasse zu einem Bilaminat kombiniert werden, so dass Anodenmasse und Kathodenmasse durch die Deckschicht voneinander getrennt sind.Further the object is achieved by methods of manufacture a rechargeable lithium-ion cell by (a) a cathode arrester with a primer and then with a cathode mass (b) an anode conductor is coated with an anode material is, (c) a cover layer on the anode and / or cathode ground is applied by applying a dispersion comprising the topcoat forming material applied to anode and / or cathode material and drying, and (d) anode mass and cathode mass into one Bilaminate be combined so that anode mass and cathode mass separated by the cover layer.

Bevorzugt umfasst die Dispersion umfassend das die Deckschicht bildende Material Wasser als Dispersionsmittel. Dieses Dispersionsmittel hat den Vorteil, umweltfreundlich zu sein. Gute Ergebnisse lassen sich auch mit aprotischen Dispersionsmittel, insbesondere mit Toluol erzielen. Bevorzugt weist die Dispersion einen Feststoffgehalt von 10 bis 20 Gew.-% auf.Prefers comprises the dispersion comprising the material forming the cover layer Water as a dispersant. This dispersant has the advantage to be environmentally friendly. Good results can also be achieved with aprotic To achieve dispersion medium, especially with toluene. Preferably the dispersion has a solids content of 10 to 20 wt .-% on.

Bei einem besonders bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahren werden Anodenmasse und Kathodenmasse bei 20 bis 100°C und/oder Drücken von 0,1 bis 20 MPa zu dem Bilaminat kombiniert werden.at a particularly preferred invention Method are anode mass and cathode mass at 20 to 100 ° C and / or Press from 0.1 to 20 MPa combined to the bilaminate become.

Weitere besonders bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den weiteren abhängigen Ansprüchen.Further particularly preferred embodiments of the invention Method emerge from the other dependent claims.

Im Folgenden werden die einzelnen Komponenten und Verfahrensschritte für bevorzugte Ausführungsformen beschrieben.in the Following are the individual components and process steps described for preferred embodiments.

Als aktive Elektrodenmassen, die auf die Elektrodenableiter aufgetragen werden, werden Anodenmassen und Kathodenmassen verwendet:

  • 1. Als Anodenmassen dienen beispielsweise Lithium interkalierbare Nanotubes, wie beispielsweise SWCNT (Single-Walled-Carbon-Nanotues) oder MWCNT (Mulitwalled-Carbon-Nanotubes) und submikrostrukturierte synthetische oder natürliche Graphite mit einem Anteil von 40 bis 60 Gew.-% Nanopartikel. Die Herstellung dieser Stoffe ist in ”Handbook of porous solids” herausgegeben von F. Schüth, K. S. W. Sing, J. Weitkamp Wiley-VCH, Weinheim, 2002, Band 3, Kapitel 4.8.5.2 beschrieben. Ferner kann auch MCMB (Meso Carbon Micro Beads) verwendet werden.
  • 2. Als Kathodenmassen dienen beispielsweise Lithium interkalierbare Metalloxide wie Lithiumcobaltoxid, Lithiumnickeloxid, Lithiumcobaltnickeloxid, Lithiumwolframoxid, Lithiummolybdänoxid sowie Lithiumeisenphosphat und Lithiumvanadiumphosphat, mit einem Anteil von 40 bis 70 Gew.-% in Partikelgrößen von weniger als 10 μm vorliegen.
Anode masses and cathode masses are used as active electrode masses which are applied to the electrode conductors:
  • 1. The anode materials used are, for example, lithium intercalatable nanotubes, such as, for example, SWCNT (single-walled carbon nanotubes) or MWCNT (multiwalled carbon nanotubes) and submicrostructured synthetic or natural graphites with a proportion of 40 to 60% by weight of nanoparticles. The production of these substances is in "Handbook of porous solids" edited by F. Schüth, KSW Sing, J. Weitkamp Wiley-VCH, Weinheim, 2002, Volume 3, Chapter 4.8.5.2 described. Furthermore, MCMB (Meso Carbon Micro Beads) can also be used.
  • 2. The cathode compositions used are, for example, lithium intercalatable metal oxides such as lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, lithium cobalt nickel oxide, lithium tungsten oxide, lithium molybdenum oxide and lithium iron phosphate and lithium vanadium phosphate, with a proportion of 40 to 70% by weight in particle sizes of less than 10 μm.

Die aktiven Elektrodenmassen werden bevorzugt hergestellt, indem die Ausgangsstoffe zunächst gemahlen werden. Besonders bevorzugt werden sie mit einem Leitsalz (z. B. Lithiumorganooxalat) gemahlen und verdichtet. Die Ausgangsstoffe werden dann mit einem organischen Dispersionsmittel, beispielsweise N-Methylpyrrolidon, Cyclohexanon, Methylethylketon o. ä., dispergiert und als Dispersion auf den jeweiligen Ableiter, bzw. den mit einem Primer versehenen Ableiter aufgetragen.The active electrode compositions are preferably prepared by the Starting materials are first ground. Especially preferred they are ground with a conductive salt (eg lithium organooxalate) and condensed. The starting materials are then treated with an organic Dispersing agents, for example N-methylpyrrolidone, cyclohexanone, Methyl ethyl ketone o. Ä., Dispersed and as a dispersion on the respective arrester, or provided with a primer Arrester applied.

Lithiumeisenphosphat und auch Lithiumvanadiumphosphat werden vor ihrem Einsatz bevorzugt mit elektrisch leitfähigen Materialien, wie beispielsweise Polypyrrol, beschichtet bevor sie auf den Ableiter aufgetragen werden. Besonders bevorzugt werden Lithiumeisenphosphat und auch Lithiumvanadiumphosphat mit einem Metall beschichtet, beispielsweise Nickel oder Eisen, indem die entsprechenden Metallcarbonyle mit Hilfe von Reduktionsmitteln zersetzt werden und sich aus einer wässrigen oder organischen Lösung auf den Partikeln abscheiden.Lithium iron phosphate and also lithium vanadium phosphate are preferred before use with electrically conductive materials, such as Polypyrrole, coated before being applied to the trap. Particular preference is given to lithium iron phosphate and also lithium vanadium phosphate coated with a metal, for example nickel or iron, by adding the appropriate metal carbonyls with the help of reducing agents are decomposed and made from an aqueous or organic Separate solution on the particles.

Die Herstellung der aktiven Elektrodenmassen (sowohl Kathodenmasse und Anodenmasse) erfolgt durch Mischen von 5 Gew.-% bis 7,5 Gew.-% Lithiumoxalatoborat (bezogen auf die jeweilige Aktivmasse) in einer Mühle, einem Schaufelmischer oder Extruder, und durch anschließendes Verdichten in einer Kugelmühle mit Mahlkörper, z. B. Maxx Mill MMI, bei einer Temperatur von 20 bis 45°C. Die Drehzahl der Welle der Kugelmühle beträgt etwa 45 bis 47 U/min, der Durchsatz beträgt 2,5–2,8 kg/h.The Preparation of the active electrode compositions (both cathode material and Anode mass) is carried out by mixing 5 wt .-% to 7.5 wt .-% Lithiumoxalatoborat (based on the respective active mass) in a mill, a paddle mixer or extruder, and by subsequent Compacting in a ball mill with grinding media, z. Maxx Mill MMI, at a temperature of 20 to 45 ° C. The speed of the shaft of the ball mill is about 45 to 47 rpm, the throughput is 2.5-2.8 kg / h.

Das so behandelte Aktivmaterial wird mit Unterdruck aus dem Prozessor (Maxx MMi) geschleust und dann in einem Auffanggefäß zwischengelagert. Im Anschluss an den Mahl- und Verdichtungsprozess, bei dem das Leitsalz auf und in die Oberfläche der Aktivmassen aufgetrommelt wird, erfolgt das Dispergieren der erhaltenen Aktivmassen, beispielsweise in einem 1:1 (Volumen) Gemisch aus Methylethylketon (MEK) und Cyclohexanon. Die Arbeiten werden unter Schutzgasatmosphäre durchgeführt.The active material treated in this way is introduced under vacuum from the processor (Maxx MMi) and then stored in a collecting vessel. Following the grinding and compression process, in which the conductive salt is drummed on and in the surface of the active compositions, the dispersing of the resulting active compositions, for example, in a 1: 1 (volume) mixture of methyl ethyl ketone (MEK) and Cy clohexanon. The work is carried out under a protective gas atmosphere.

Der Feststoffgehalt dieser Dispersionen beträgt 12 bis 18 Gew.-% für die Herstellung der aktiven Kathodenmasse und 15 bis 20 Gew.-% für die Herstellung der aktiven Anodenmasse.Of the Solids content of these dispersions is 12 to 18 wt .-% for the preparation of the active cathode material and 15 to 20 wt .-% for the preparation of the active anode material.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Elektrodenableiter mit einem Primer versehen, auf dem die Elektrodenmassen aufgetragen werden.According to one preferred embodiment of the invention become the Elektrodenableiter provided with a primer on which applied the electrode masses become.

Hierbei wird in einem ersten Schritt auf die ungeprimerte Folie aus Kupfer (Foliendicke 10 bis 11 μm von der Firma Gould, Eichstetten) die Dispersion der Anodenmasse aufgetragen. Die Breite des Ableiters beträgt 200 mm. Die Anodenmasse wird in einer Breite von 186 mm aufgetragen, so dass ein unbeschichteter Rand von 14 mm bleibt. Die Schichtdicke der Anodenmasse nach dem Trocknen liegt bei 20 bis 23 μm.in this connection In a first step, the unprimed foil is made of copper (Film thickness 10 to 11 microns from Gould, Eichstetten) applied the dispersion of the anode material. The width of the arrester is 200 mm. The anode mass is in a width of 186 mm so that an uncoated edge of 14 mm remains. The layer thickness of the anode mass after drying is 20 up to 23 μm.

Während es erfindungsgemäß erforderlich ist, dass der Kathodenableiter mit einem Primer versehen sein muss, ist der Primer auf dem Anodenableiter fakultativ. Als Anodenableiter dient die obengenannte Kupferfolie.While it is required according to the invention that the Kathodenableiter must be provided with a primer is the primer on the Anodenableiter optional. As Anodenableiter serves the above-mentioned copper foil.

Der Kathodenableiter muss geprimert sein. Als Kathodenableiter dient bevorzugt eine Al-Folie. Als Primer wird eine Beschichtung von Dyneon TWV 220D® (3M Corp.) mit 30 bis 40 Gew.-% Leitfähigkeitsruß (Ensaco®) verwendet.The cathode conductor must be primed. As a cathode conductor is preferably an Al foil. As a primer, a coating of Dyneon TWV 220D ® (3M Corp.) with 30 to 40 wt .-% conductive carbon black is used (Ensaco ®).

Der Primerauftrag erfolgt als wässrige Dispersion, die aufgetragen und anschließend getrocknet wird, wobei die Dicke des Primers 0,5 bis 3 μm beträgt. Die Beschichtung ist bruchfest, abriebfest, festhaftend und flächendeckend homogen.Of the Primer application is carried out as an aqueous dispersion which is applied and then dried, the thickness of the primer 0.5 to 3 microns. The coating is break-resistant, abrasion-resistant, adherent and homogeneous throughout.

Ein weiterer Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der Herstellung der Kathode.One another step of the method according to the invention consists in the production of the cathode.

Auf die Primerschicht des Kathodenableiters wird eine 10%-ige Dispersion der Kathodenmasse aufgetragen. Die Kathodenmasse umfasst Lithiumeisenphosphat, das mit Eisen gecoatet ist, indem Eisencarbonyl zersetzt wird, wobei dem Lithiumeisenphosphat bezogen auf die Gesamtmasse der Kathodenaktivmasse 5 Gew.-% Lithiumoxalatoborat zugegeben wird und die Mischung in MEK/Cyclohexanon (Volumen 1:1) dispergiert wird. Die Dispersion wird aufgetragen. Nach dem Beschichtungsvorgang wird das Lösungsmittelgemisch bei 100°C und einem Druck von etwa 0,75 KPa (10–1 Torr) abgezogen.On the primer layer of Kathodenableiters a 10% dispersion of the cathode composition is applied. The cathode composition comprises lithium iron phosphate coated with iron by decomposing iron carbonyl, with 5 weight percent lithium oxaloborate being added to the lithium iron phosphate based on the total mass of the cathode active material and the mixture dispersed in MEK / cyclohexanone (1: 1 volume). The dispersion is applied. After the coating operation, the solvent mixture is withdrawn at 100 ° C and a pressure of about 0.75 KPa (10 -1 Torr).

Die beschichtete Aluminiumfolie wird dann weiter verarbeitet. Die Beschichtung der Kathodenmasse ist nach dem Trocknen 24–27 μm dick und liegt in einer Breite von 185 mm auf der 200 mm breiten Aluminiumfolie vor. Ein Rand von 15 mm bleibt unbeschichtet.The coated aluminum foil is then processed further. The coating the cathode mass is 24-27 μm after drying thick and lies in a width of 185 mm on the 200 mm wide Aluminum foil before. An edge of 15 mm remains uncoated.

Beschreibung der Elektrodenmassen:Description of the electrode masses:

Die Anodenaktivmasse (AM) auf der Cu-Folie besteht aus 95 Gew.-% MCMB® und 5 Gew.-% Lithiumoxalatoborat. Die Kathodenaktivmasse auf der geprimerten Al-Folie besteht aus 95 Gew.-% gecoatetem Lithiumeisenphosphat und ebenfalls 5 Gew.-% Lithiumoxalatoborat.The anode active material (AM) on the Cu film consists of 95 wt .-% MCMB ® and 5 wt .-% lithium oxalato borate. The cathode active material on the primed Al film consists of 95 wt .-% coated lithium iron phosphate and also 5 wt .-% Lithiumoxalatoborat.

Die Partikelgröße des MCMB lag zu 80–85% im Bereich 3 bis 6 μm.The Particle size of the MCMB was 80-85% in the range 3 to 6 μm.

Die Partikelgröße des Lithiumeisenphosphats lag bei ca. 60 Gew.-% im Bereich von 2–9 μm.The Particle size of lithium iron phosphate was included about 60 wt .-% in the range of 2-9 microns.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem auf die Bildung eines Trilaminates durch Einfügen der Separatorfolie zwischen Anode und Kathode verzichtet wird, werden die Anode auf der Beschichtungsseite und/oder die Kathode auf der Beschichtungsseite mit einer modifizierenden Deckschicht versehen. Hierbei sind vier Varianten sinnvoll:
Die Deckschicht kann Elektrolytzusätze wie ein Leitsalz und/oder aprotische Lösungsmittel enthalten. In dem Fall spricht man von sogenannten dicken Deckschichten. Falls die Deckschicht keine Elektrolytzusätze enthält, spricht man von dünnen Deckschichten. Mehrere Anordnungen können kombiniert werden. Zum einen kann entweder die Kathodenmasse oder die Anodenmasse mit einer Deckschicht versehen sein, beide Elektrodenmassen können mit einer Deckschicht versehen sein oder bei den Deckschichten kann es sich um eine dünne oder eine dicke Deckschicht handeln.In the context of the method according to the invention, in which the formation of a trilaminate is omitted by inserting the separator film between anode and cathode, the anode on the coating side and / or the cathode on the coating side are provided with a modifying cover layer. Here are four variants useful:
The cover layer may contain electrolyte additives such as a conducting salt and / or aprotic solvents. In this case one speaks of so-called thick cover layers. If the cover layer contains no electrolyte additives, it is called thin cover layers. Several arrangements can be combined. On the one hand either the cathode material or the anode composition can be provided with a cover layer, both electrode materials can be provided with a cover layer or the cover layers can be a thin or a thick cover layer.

Die Herstellung der Deckschicht umfasst das Dispergieren der obengenannten Bestandteilen, Auftragen dieser Dispersion auf die aktiven Anoden- und/oder Kathodenmassen, trocknen der Dispersionsschicht, Zusammenfügen der Anode und Kathode über die Deckschicht zu einem Bilaminat, das dann wie üblich weiterverarbeitet wird.The preparation of the topcoat comprises dispersing the above ingredients, Supra gene of this dispersion on the active anode and / or cathode compositions, drying the dispersion layer, joining the anode and cathode over the cover layer to form a bilaminate, which is then further processed as usual.

Zusätze in der Deckschicht sind: Leitsalze, Lithiumorganoborat, z. B. Lithiumoxalatoborat, LiPF6, Lithiumtriflate u. ä. aprotische Lösungsmittel wie Ethylen-, Propylen-Carbonate o. ä.Additives in the topcoat are: conductive salts, lithium organoborate, e.g. B. Lithiumoxalatoborat, LiPF 6 , lithium triflates u. Ä. Aprotic solvents such as ethylene, propylene carbonates o. Ä.

Die Zusätze können mikroverkapselt oder unverkapselt eingesetzt werden.The Additives can be microencapsulated or unencapsulated be used.

Die Herstellung der Dispersion für die erfindungsgemäße Deckschicht erfolgt durch Dispergieren deren Bestandteile in Hilfsflüssigkeiten, vorzugsweise entionisiertes Wasser. Im Folgenden sind einige Beispiele für Deckschichten ohne Zusätze gezeigt, wobei Gew.T. für Gewichtsteile steht: Deckschicht 1: SiO2 20 Gew.T. Cacarbonat 30 Gew.T. Al2O3 20 Gew.T. LiPolysilicat 40 Gew.T. (50%ig wässrig) PVP 10 Gew.T. Deckschicht 2: Cacarbonat 25 Gew.T. Caphosphat 25 Gew.T Napolysilicat 50 Gew.T (50%ig wässrig) PVP 25 Gew.T Deckschicht 3: Al2O3 30 Gew.T. SiO2 30 Gew.T MgCarbonat 20 Gew.T Dyneon THV® 40 Gew.T (50%ig wässrig) 220D Deckschicht 4: SiO2 40 Gew.T CaCarbonat 30 Gew.T MgO 10 Gew.T Styrolux® 20 Gew.T Deckschicht 5: MgCarbonat 40 Gew.T LiBorat 30 Gew.T LiPolysilicat 40 Gew.T (50%ig wässrig) PVP 10 Gew.T

  • PVP = Polyvinylpyrrolidon (Molmasse ca. 30–50000).
The preparation of the dispersion for the cover layer according to the invention is carried out by dispersing their constituents in auxiliary liquids, preferably deionized water. The following are some examples of cover layers without additives, where Gew.T. for parts by weight: Cover layer 1: SiO 2 20 parts by weight Cacarbonat 30 parts by weight Al 2 O 3 20 parts by weight LiPolysilicat 40 parts by weight (50% aqueous) PVP 10 parts by weight Cover layer 2: Cacarbonat 25 parts by weight Caphosphat 25 parts by weight Napolysilicat 50% by weight (50% aqueous) PVP 25 parts by weight Cover layer 3: Al 2 O 3 30 parts by weight SiO 2 30 parts by weight MgCarbonat 20 parts by weight Dyneon THV ® 40% by weight (50% aqueous) 220D Cover layer 4: SiO 2 40 parts by weight CaCarbonat 30 parts by weight MgO 10 parts by weight Styrolux ® 20 parts by weight Cover layer 5: MgCarbonat 40 parts by weight LiBorat 30 parts by weight LiPolysilicat 40% by weight (50% aqueous) PVP 10 parts by weight
  • PVP = polyvinylpyrrolidone (molecular weight about 30-50000).

Die anorganischen Bestandteile liegen, wenn nicht anders angegeben, in Partikelgrößen von 1–30 μm vor.

  • Deckschicht 5: ohne Zusätze
  • Deckschicht 6: Deckschicht 1 + 10 Gew.T. Lioxalatoborat
  • Deckschicht 7: Deckschicht 1 + 15 Gew.T. Lioxalatoborat
  • Deckschicht 8: Deckschicht 4 + 10 Gew.T LiPF6
  • Deckschicht 9: Deckschicht 4 + 5 Gew.T LiPF6 + 10 Gew.T. Ethylencarbonat
Unless otherwise stated, the inorganic constituents are present in particle sizes of 1-30 μm.
  • Covering layer 5: without additives
  • Covering layer 6: covering layer 1 + 10 wt. Lioxalatoborat
  • Covering layer 7: covering layer 1 + 15 parts by weight Lioxalatoborat
  • Topcoat 8: Topcoat 4 + 10 parts by weight of LiPF 6
  • Topcoat 9: Topcoat 4 + 5 parts by weight LiPF 6 + 10 parts by weight. ethylene

Die Herstellung der Deckschichtdispersionen erfolgt – mit Ausnahme von Deckschicht 4, 8 und 9 – durch Dispergieren der feinpulvrigen Bestandteile in Wasser, wobei der Feststoffanteil bezogen auf das Gesamtgewicht der Dispersion zwischen 11 und 15 Gew.-% liegt.The Preparation of the topcoat dispersions takes place - with the exception of topcoat 4, 8 and 9 - by dispersing the finely powdered Ingredients in water, wherein the solids content based on the Total weight of the dispersion between 11 and 15 wt .-% is.

In den anderen Fällen diente Toluol als Dispersionsmittel. Der Feststoffanteil lag auch in diesen Fällen bei 11 bis 15 Gew.-%.In in the other cases, toluene served as a dispersing agent. The solids content was 11 to even in these cases 15% by weight.

Aufbringen der Deckschicht erfolgte durch Aufbringen der jeweiligen Dispersion mit Dicken von 30–80 μm auf Anode und/oder Kathode und anschließendem Trocknen 100–120°C, Vakuum 0,75 KPa (10–1 Torr). Die trockenen Schichten hatten Dicken von 15–40 μm.The covering layer was applied by applying the respective dispersion with thicknesses of 30-80 μm on anode and / or cathode and subsequent drying 100-120 ° C, vacuum 0.75 KPa (10 -1 Torr). The dry layers had thicknesses of 15-40 μm.

Die Weiterverarbeitung zu Bilaminaten (B) erfolgte durch Zusammenlegen der mit den Deckschichten beschichteten Elektroden, so dass z. B. die Deckschicht der Anode an die Kathodenbeschichtung gelegt wurde. Oder die Deckschicht umfassende Kathode wurde auf die Anodenbeschichtung gelegt.The Further processing to form bilaminates (B) was carried out by combining the coated with the cover layers electrodes so that z. B. the cover layer of the anode was placed on the cathode coating. Or the cover layer comprehensive cathode was on the anode coating placed.

Herstellung der Zelle:Production of the cell:

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren des Zusammenfügens von Anode und Kathode mit den jeweiligen Deckschichten zu dem Bilaminat, wird das Bilaminat (B) mittels einer Walze bei Temperaturen von 20 bis 100°C verdichtet, anschließend gewickelt und dann über die jeweiligen nicht beschichteten Elektrodenflächen durch Metallspritzen oder Laserschweißen kontaktiert bzw. gepolt. Die + und -Polkappen sind als Gewindeschrauben gestaltet mit Auflagescheiben o. ä. zur Fixierung von Pol und/oder Zelle.To the method of joining according to the invention of anode and cathode with the respective cover layers to the bilaminate, is the bilaminate (B) by means of a roller at temperatures of 20 to 100 ° C compressed, then wound and then over the respective non-coated electrode surfaces contacted by metal spraying or laser welding or poled. The + and - caps are designed as threaded screws with support disks o. Ä. For fixing Pol and / or Cell.

Nachfolgend sind Beispiele der Erfindung gezeigt. Die in den Beispielen genannten Anteile sind stets Gewichtsteile.

  • a) Herstellung der Anodenmasse: 95 Teile MCMB® durchschnittliche Partikelgröße 6–20 μm werden mit 5 Teilen Lithiumoxalatoborat versetzt und in einem Mahlwerk intensiv vermischt (Drais-MAXX-Mill, MMF). Die Temperatur beträgt 20–55°C, die Drehzahl 40–50 U/min, die Rührzeit ca. 50 min. Durch den Rührprozess wird nicht nur eine innige Vermischung erreicht, sondern auch eine Verdichtung des Ausgangsmaterials. Das Leitsalz (Lithiumoxalatoborat) ist nicht mehr als separate Komponente erkennbar.
  • b) Das erhaltene Gemisch wird in Methylethylketon (MEK)/Cyclohexanon (Volumen 1:1) dispergiert. Der Feststoffgehalt liegt bei ca. 12% bezogen auf die Gesamtmasse der Dispersion.
  • c) Die Dispersion wird auf eine Gould-Kupfer-Folie (Dicke 10 μm) (unter N2) aufgetragen (Breite der Kupferfolie 200 mm). Breite der Beschichtung 186 mm und anschließend getrocknet. Nach dem Trocknen beträgt die Schichtdicke der Dispersionsschicht ca. 20–25 μm (Anode).
  • d) In einem Parallelschritt wird die Kathode hergestellt: Lithiumeisenphosphat mit Partikeln eines Durchmessers von 50 nm bis 10 μm, wobei ein Anteil von ca. 55 Gew.-% der Partikel im Nanobereich liegt, wird mit Eisen gecoatet, indem Eisencarbonyl zersetzt wird. Der Anteil des Eisencoatings nach dem Beschichten liegt bei ca. 2,5 bis 3,5 Gew.-% bezogen auf eingesetztes LiFePO4, Das Material wird einer weiteren Modifizierung, nämlich Verdichten mit Leitsalz wie unter a beschrieben, unterzogen. Es werden 95 Teile Fe-gecoatetes LiFePO4 und 5 Teile Lithiumoxalatoborat gemischt.
  • e) Diese nach d) hergestellte elektrochemisch aktive Kathodenmasse wird wie unter b) beschrieben dispergiert und als 10%ige Dispersion für die Auftragung auf den Kathodenableiter verwendet.
  • f) Eine Aluminiumfolie (10 μm stark), geprimert mit einer 23%igen wässrigen Dispersion aus Ensaco® Leitfähigkeitsruß (10 Teile) und Dyneon THV 220 (13 Teile) (% bezieht sich auf die Gesamtmasse des trocknen Primers) wird nach dem Trocknen des Primers mit der nach 11 hergestellten Dispersion (unter N2) beschichtet. Die Breite der geprimerten Al-Folie beträgt 200 mm. Die Breite der Beschichtung liegt bei 185–186 mm. Die Dicke der Beschichtung liegt nach dem Trocknen bei 24–27 μm.
  • g) In der nachfolgenden Tabelle werden die Kombinationen von Deckschichten mit Anode und/oder Kathode vorgestellt.
  • h) Die Bilaminate B1–B11 (vgl. Tabelle) werden bei 20 bis 100°C und Drücken von 0,5 bis 5 MPa gepresst und bilden ein wickelbares Verbundsystem. Der Wickeldurchmesser beträgt 7,5 cm. Das Verbundsystem wird nach dem Einhausen, Befüllen, Kontaktieren und Polen mit jeweils Schraubgewinden als Polkappen (zur Fixierung und Stabilisierung) formiert wird und stellt damit eine wiederaufladbare Zelle (Z1–Z11) dar. Das Befüllen erfolgt mit 1 molaren Elektrolyt (LiPF6 in Diethylcarbonat) nach dem Evakuieren der Zelle.
  • i) Die galvanostatische Ladung erfolgt stufenweise mit einem Digatron-Ladegerät in der ersten Stufe bei 3,0 Volt, dann bis 3,6 Volt und zur Endspannung bis 4,1 Volt, jeweils mit Strömen von 0,15 m A/cm2. Die Entladung erfolgt ebenfalls mit Strömen von 0,15 mA/cm2. Die Wickelzelle verfügt über eine Entladekapazität von 60 Ah bei einer Aktivfläche von 1,5 m2. Die Zyklenstabilität liegt bei ca. 800, das Fading (Verlust der Wirksamkeit bei 1 bis 1,5%).
  • j) Wird nicht nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gearbeitet mit Deckschichten, sondern mit einem Celgard-Separator, so wird unter sonst vergleichbaren Bedingungen in der Vergleichs(Standard)Zelle eine Entladekapazität von 40 Ah bei einer Aktivfläche von 1,5 m2 und eine Zyklenstabilität von ca. 400 bei einem Fading von 2% erreicht.
Hereinafter, examples of the invention are shown. The proportions mentioned in the examples are always parts by weight.
  • a) Preparation of anode mass: 95 parts MCMB ® average particle size of 6-20 microns are mixed with 5 parts Lithiumoxalatoborat and intensively mixed in a grinder (Drais Mill MAXX, MMF). The temperature is 20-55 ° C, the speed 40-50 U / min, the stirring time about 50 min. Through the stirring process not only an intimate mixing is achieved, but also a compression of the starting material. The conductive salt (Lithiumoxalatoborat) is no longer recognizable as a separate component.
  • b) The resulting mixture is dispersed in methyl ethyl ketone (MEK) / cyclohexanone (1: 1 volume). The solids content is about 12% based on the total mass of the dispersion.
  • c) The dispersion is applied to a Gould-copper foil (thickness 10 μm) (under N 2 ) (width of the copper foil 200 mm). Width of the coating 186 mm and then dried. After drying, the layer thickness of the dispersion layer is about 20-25 μm (anode).
  • d) In a parallel step, the cathode is prepared: lithium iron phosphate with particles of a diameter of 50 nm to 10 microns, wherein a proportion of about 55 wt .-% of the particles is in the nano range, is coated with iron by iron carbonyl is decomposed. The proportion of iron coating after coating is about 2.5 to 3.5 wt .-% based on LiFePO 4 used , the material is subjected to a further modification, namely compaction with conductive salt as described under a. 95 parts of Fe-coated LiFePO 4 and 5 parts of lithium oxalato borate are mixed.
  • e) This electrochemically active cathode composition prepared according to d) is dispersed as described under b) and used as a 10% dispersion for application to the Kathodenableiter.
  • f) An aluminum foil (10 microns thick), primed with a 23% aqueous dispersion of Ensaco ® conductive carbon black (10 parts) and Dyneon THV 220 (13 parts) (% refers to the total mass of the dry primer) is, after drying, the Primers coated with the dispersion prepared according to 11 (under N 2 ). The width of the primed Al foil is 200 mm. The width of the coating is 185-186 mm. The thickness of the coating is after drying at 24-27 microns.
  • g) In the following table the combinations of cover layers with anode and / or cathode are presented.
  • h) The bilaminates B1-B11 (see Table) are pressed at 20 to 100 ° C and pressures of 0.5 to 5 MPa and form a coilable composite system. The winding diameter is 7.5 cm. The composite system is after Einhausen, filling, contacting and Poland with each screw threads as Polkappen (for fixation and stabilization) is formed and thus represents a rechargeable cell (Z 1 -Z 11 ). The filling is carried out with 1 molar electrolyte (LiPF 6 in diethyl carbonate) after evacuation of the cell.
  • i) The galvanostatic charge is carried out stepwise with a Digatron charger in the first stage at 3.0 volts, then to 3.6 volts and the final voltage to 4.1 volts, each with currents of 0.15 m A / cm 2 . The discharge also takes place with currents of 0.15 mA / cm 2 . The winding cell has a discharge capacity of 60 Ah with an active area of 1.5 m 2 . The cycle stability is about 800, the fading (loss of effectiveness at 1 to 1.5%).
  • j) If it is not carried out by the process according to the invention with outer layers, but with a Celgard separator, under otherwise comparable conditions in the comparison (standard) cell, a discharge capacity of 40 Ah at an active surface of 1.5 m 2 and a cycle stability of about 400 at a fading of 2%.

Im Folgenden sind ganz besonders bevorzugte Aspekte der Erfindung beispielhaft dargestellt.in the Below are very particularly preferred aspects of the invention by way of example shown.

Die Erfindung betrifft ganz besonders bevorzugt eine wiederaufladbare Lithiumionenzelle, wobei Anoden- und Kathodemasse eine modifizierende Deckschicht aber keine Separatorfolie enthalten und die elektrochemisch aktiven Massen der Anode- und Kathode bevorzugt 40–70% aus nanostrukturierten Partikeln bestehen (% sind Gew.-% bezogen jeweils auf die Elektrodenmasse).The The invention very particularly preferably relates to a rechargeable Lithium ion cell, wherein anode and cathode composition is a modifying Cover layer but no separator foil included and the electrochemical active masses of the anode and cathode preferably 40-70% consist of nanostructured particles (% are wt .-% based each on the electrode mass).

Ferner betrifft die Erfindung eine wiederaufladbare Lithiumionenzelle, wobei als elektrochemisch aktive Anodenmasse bevorzugt nanostrukturierte synthetische und/oder natürliche Lithium intercalierbare Graphite verwendet werden.Further the invention relates to a rechargeable lithium-ion cell, wherein as electrochemically active anode material preferably nanostructured synthetic and / or natural lithium intercalatable Graphite can be used.

Ferner betrifft die Erfindung eine wiederaufladbare Lithiumionenzelle, wobei als elektrochemisch aktive Kathodenmasse Lithium intercalierbares Lithiumcobaltoxid, Lithiumnickeloxid, Lithiumcobaltnickeloxid, Lithiumwolframoxid, Lithiummolybdänoxid sowie Lithiumeisenphosphat in Form bevorzugt nanostrukturierter Partikel verwendet wird.Further the invention relates to a rechargeable lithium-ion cell, wherein as the electrochemically active cathode mass lithium intercalatable Lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, lithium cobalt nickel oxide, lithium tungsten oxide, Lithium molybdenum oxide and lithium iron phosphate in the form preferably nanostructured particles is used.

Ferner betrifft die Erfindung eine wiederaufladbare Lithiumionenzelle, wobei die Aktivmassen vor dem Einsatz mit Lithiumleitsalzen, vorzugsweise Lithiumorganoboraten in einem separaten Mahl- und Verdichtungsprozess behandelt werden.Further the invention relates to a rechargeable lithium-ion cell, wherein the active materials prior to use with lithium secondary salts, preferably Lithium organoborates in a separate grinding and compression process be treated.

Ferner betrifft die Erfindung eine wiederaufladbare Lithiumionenzelle, wobei der Anteil des Lithiumleitsalzes bezogen auf die jeweilige Aktivmasse 5–15 Gew.-% beträgt.Further the invention relates to a rechargeable lithium-ion cell, wherein the proportion of the lithium secondary salt based on the respective Active mass is 5-15 wt .-%.

Ferner betrifft die Erfindung eine wiederaufladbare Lithiumionenzelle, wobei die Zelle als Wickelzelle aufgebaut ist und zwischen Anode und Kathode keine zusätzliche Separatorfolie als elektrochemische Trennschicht enthält.Further the invention relates to a rechargeable lithium-ion cell, wherein the cell is constructed as a wound cell and between anode and cathode no additional separator foil as electrochemical Contains separation layer.

Ferner betrifft die Erfindung eine wiederaufladbare Lithiumionenzelle, wobei die Deckschicht für die Elektrodenmasse aus Silikaten, SiO2, Al2O3, Boroxid, Alkali- und Erdalkalioxide, Phosphate, Carbonate, Oxalate, Silicate in Mengen von 70–80 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge der trocken modifizierenden Deckschicht enthält und 10 bis 20 Gew.-% Zusätze von organischen Polymeren wie Polyolefinen, Polystyrol, Polyfluorverbindungen als Homo, Co oder Terpolymere sowie Polyvinylpyrrolidon, Polyvinylalkylether od. ä. enthält und gegebenenfalls noch Additive wie Lithiumleitsalze in Mengen von 0 bis 15 Gew.-%, besonders bevorzugt von 5 bis 15 Gew.-% enthält.Furthermore, the invention relates to a rechargeable lithium-ion cell, wherein the cover layer for the electrode composition of silicates, SiO 2 , Al 2 O 3 , boron oxide, alkali and alkaline earth oxides, phosphates, carbonates, oxalates, silicates in amounts of 70-80 wt .-% based contains 10 to 20 wt .-% additions of organic polymers such as polyolefins, polystyrene, polyfluoro compounds as homo, co or terpolymers and polyvinylpyrrolidone, polyvinyl alkyl ethers od. Ä., And optionally also additives such as lithium salts in amounts of 0 to 15 wt .-%, particularly preferably from 5 to 15 wt .-%.

Ferner betrifft die Erfindung eine wiederaufladbare Lithiumionenzelle, wobei die Bestandteile der Deckschicht in Hilfsflüssigkeiten wie Wasser, Toluol, aprotischen Lösungsmitteln dispergiert und mit Feststoffgehalten von 10–20 Gew.-% eingesetzt werden.Further the invention relates to a rechargeable lithium-ion cell, wherein the constituents of the cover layer in auxiliary liquids such as water, toluene, aprotic solvents and be used with solids contents of 10-20 wt .-%.

Ferner betrifft die Erfindung eine wiederaufladbare Lithiumionenzelle, wobei bereits predispergierte Bestandteile der modifizierenden Deckschicht eingesetzt werden.Further the invention relates to a rechargeable lithium-ion cell, already predispersed components of the modifying cover layer be used.

Die Erfindung ist ferner ganz besonders gekennzeichnet durch Verfahren zur Herstellung von wiederaufladbaren Lithiumionenzellen, wobei ein Kathodenableiter, geprimerte Aluminiumfolie mit einer elektrochemisch aktiven Kathodenmasse, bestehend aus nanostrukturierten, Lithium interkalierbaren Schwermetalloxiden wie NiOxid, CoOxid, MoOxid, Woxid oder Gemischen und/oder LiFePO4, LiVPO4 beschichtet und getrocknet wird und dann eine modifizierende Deckschicht enthält.The The invention is further particularly characterized by methods for the production of rechargeable lithium-ion cells, wherein a cathode conductor, primed aluminum foil with an electrochemical active cathode material, consisting of nanostructured, lithium intercalatable Heavy metal oxides such as NiOxid, CoOxid, MoOxid, Woxid or mixtures and / or LiFePO4, LiVPO4 is coated and dried and then contains a modifying topcoat.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer wiederaufladbaren Lithiumionenzelle, wobei die Ableiterfolie 6–12 μm stark ist, der Primer aus Terfluorpolymeren und leitfähigem Ruß (30 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse des Primers) besteht, eine Dicke von 0,5–3 μm aufweist und die Schichtdicke der aufgetragenen Kathodemasse 20–40 μm beträgt und die modifizierende Deckschicht 10–40 μm stark ist.Further The invention relates to a method for producing a rechargeable Lithium ion cell, wherein the arrester foil 6-12 microns strong, the primer of terfluoropolymers and conductive Carbon black (30% by weight, based on the total mass of the primer) consists, has a thickness of 0.5-3 microns and the layer thickness of the applied cathode composition 20-40 microns is and the modifying cover layer 10-40 microns strong.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer wiederaufladbaren Lithiumionenzelle, wobei Anodenableiter, Cu-Folie vorzugsweise geprimert mit einer elektrochemischen aktiven Anodenmasse bestehend aus Lithium interkalierbaren Carbon-Modifikationen, und/oder synthetischem oder natürlichem Graphit, beschichtet, dann getrocknet und dann mit einer modifizierenden Deckschicht versehen wird.Further The invention relates to a method for producing a rechargeable Lithium ion cell, with Anodenableiter, Cu film preferably primed with an electrochemical active anode mass consisting of lithium intercalatable carbon modifications, and / or synthetic or natural graphite, coated, then dried and then is provided with a modifying cover layer.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer wiederaufladbaren Lithiumionenzelle, wobei die Kupferfolie 8–14 μm stark ist und die Schichtdicke der aufgetragenen Anodenmasse 25–45 μm beträgt.Further The invention relates to a method for producing a rechargeable Lithium ion cell, wherein the copper foil 8-14 microns is strong and the layer thickness of the applied anode mass 25-45 microns is.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer wiederaufladbaren Lithiumionenzelle, wobei eine Kathodenfolie bestehend aus geprimerter Aluminium-Folie mit einer Beschichtung von Lithium interkalierbaren Schwermetalloxiden oder Lithiumeisenphosphat, Lithiumvanadiumphosphat mit einer erfindunsgemäßen Elektrode bestehend aus Ableiter (CuFolie), Anodenmasse und modifizierender Deckschicht zu einem Bilaminat kombiniert wird.Further The invention relates to a method for producing a rechargeable Lithium ion cell, wherein a cathode foil consisting of primed Aluminum foil with a coating of lithium intercalatable Heavy metal oxides or lithium iron phosphate, lithium vanadium phosphate consisting with a erfindunsgemäßen electrode made of arrester (Cu foil), anode material and modifying cover layer is combined into a bilaminate.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer wiederaufladbaren Lithiumionenzelle, wobei eine Anoden-Folie bestehend aus einer Kupfer-Folie mit einer Beschichtung von Liintercalierbaren synthetischem oder natürlichem Graphit mit einer Elektrode, bestehend aus Ableiterfolie zu einem Bilaminat kombiniert wird.Further The invention relates to a method for producing a rechargeable Lithium ion cell, wherein an anode foil consisting of a copper foil with a coating of Liintercalierbaren synthetic or natural graphite with an electrode consisting of Conductor foil is combined to a bilaminate.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer wiederaufladbaren Lithiumionenzelle, wobei die gebildeten Bilaminate bei 20 bis 100°C und Drücken von 0,1 bis 20 Mpa verdichtet werden.Further The invention relates to a method for producing a rechargeable Lithium ion cell, wherein the formed bilaminates at 20 to 100 ° C. and pressing from 0.1 to 20 Mpa.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer wiederaufladbaren Lithiumionenzelle, wobei das Bilaminat gewickelt, eingehaust und gepolt wird, wobei die Pole (+ und –) jeweils Schraub-Gewindescheiben sind.Further The invention relates to a method for producing a rechargeable Lithium ion cell, wherein the bilaminate wound, housed and is poled, with the poles (+ and -) respectively threaded threaded disks are.

Verfahren zur Herstellung einer wiederaufladbaren Batterie, wobei die Zellen formiert werden (4,1 Volt und Strömen von 0,15 mA/m2) und über ein Batteriemanagement zu größeren Speichereinheiten vorzugsweise durch Parallelschaltung zusammengeschlossen werden. Tabelle: Anode entspr. Beispiel Deckschicht Nr. (Dicke μm) Kathode entspr. Beispiel Deckschicht Nr. (Dicke μm) Kombiniert zu Bilaminat (B) c 1 (20) f 1 (15) B1 c 1 (20) f 2 (15) B2 c 1 (20) f 3 (20) B3 c 1 (20) f 4 (25) B4 c 1 (20) f 5 (26) B5 c 1 (20) f 6 (22) B6 c 1 (20) f 7 (25) B7 c 1 (20) f 8 (20) B8 c 1 (20) f 9 (25) B9 c - f 6 (45) B10 c - f 6 (35) 811 A method for producing a rechargeable battery, wherein the cells are formed (4.1 volts and currents of 0.15 mA / m 2 ) and combined via a battery management to larger memory units, preferably by parallel connection. Table: Anode corresponds to example Cover layer No. (thickness μm) Cathode corresponds to example Cover layer No. (thickness μm) Combined with Bilaminate (B) c 1 (20) f 1 (15) B1 c 1 (20) f 2 (15) B2 c 1 (20) f 3 (20) B3 c 1 (20) f 4 (25) B4 c 1 (20) f 5 (26) B5 c 1 (20) f 6 (22) B6 c 1 (20) f 7 (25) B7 c 1 (20) f 8 (20) B8 c 1 (20) f 9 (25) B9 c - f 6 (45) B10 c - f 6 (35) 811

Die Bilaminate B1–B11 wurden zu den Zellen Z1–Z11 weiterverarbeitet und zwar ohne Einsatz einer gesonderten Separatorfolie.The bilaminates B1-B11 were further processed to the cells Z 1 -Z 11 without the use of a separate separator film.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - US 5296318 A [0005] - US 5296318 A [0005]
  • - US 5456000 A [0006] - US 5456000 A [0006]
  • - US 4818643 A [0007] - US 4818643 A [0007]
  • - EP 145498 A [0007] - EP 145498 A [0007]
  • - DE 3485832 T [0007] - DE 3485832 T [0007]
  • - DE 10020031 A [0008] - DE 10020031 A [0008]
  • - DE 10251241 [0009] - DE 10251241 [0009]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • - „Handbook of Battery Materials”, Herausgeber: I. O. Besenhard, Verlag VCH, Weinheim, 1999 [0002] - "Handbook of Battery Materials", publisher: IO Besenhard, Verlag VCH, Weinheim, 1999 [0002]
  • - „Lithium Ion Batteries”, Herausgeber: M. Wahihara et O. Yamamoto, Verlag VCH, Weinheim 1998 S. 235 u. Fig. 10.9 [0002] - "Lithium Ion Batteries", publisher: M. Wahihara et O. Yamamoto, Verlag VCH, Weinheim 1998 S. 235 u. Fig. 10.9 [0002]
  • - ”Handbook of porous solids” herausgegeben von F. Schüth, K. S. W. Sing, J. Weitkamp Wiley-VCH, Weinheim, 2002, Band 3, Kapitel 4.8.5.2 [0025] "Handbook of porous solids" edited by F. Schüth, KSW Sing, J. Weitkamp Wiley-VCH, Weinheim, 2002, Volume 3, Chapter 4.8.5.2 [0025]

Claims (29)

Wiederaufladbare Lithiumionenzelle umfassend eine Anodenmasse und eine Kathodenmasse, die durch eine die Anoden- und/oder Kathodenmasse abdeckende Deckschicht voneinander getrennt sind.Comprising a rechargeable lithium-ion cell an anode mass and a cathode mass passing through an anode and / or cathode material covering cover layer separated from each other are. Wiederaufladbare Lithiumionenzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht erhältlich ist durch Auftragung und Trocknung einer Dispersion.Rechargeable lithium-ion cell according to claim 1, characterized in that the cover layer available is by application and drying a dispersion. Wiederaufladbare Lithiumionenzelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht 70 bis 80 Gew.-% einer anorganischen Substanz, 10 bis 20 Gew.-% eines Polymeren und 1 bis 20 Gew.-% eines Additivs, insbesondere eines Verarbeitungshilfsmittels umfasst.Rechargeable lithium-ion cell according to claim 2, characterized in that the cover layer 70 to 80 wt .-% an inorganic substance, 10 to 20 wt .-% of a polymer and 1 to 20 wt .-% of an additive, in particular a processing aid includes. Wiederaufladbare Lithiumionenzelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die anorganische Substanz Silikat, Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Boroxid, Alkali- oder Erdalkalimetalloxid, Phosphat, Carbonat und/oder Oxalat umfasst.Rechargeable lithium-ion cell according to claim 3, characterized in that the inorganic substance silicate, Silica, alumina, boria, alkali or alkaline earth metal oxide, Phosphate, carbonate and / or oxalate. Wiederaufladbare Lithiumionenzelle nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer ausgewählt ist aus Homo- oder Copolymeren aus Polyolefin, Polystyrol, Polyvinylpyrrolidon, Polyvinylalkylether oder Fluor-co- oder -terpolymeren.Rechargeable lithium-ion cell according to claim 3 or claim 4, characterized in that the polymer is selected is made of homopolymers or copolymers of polyolefin, polystyrene, polyvinylpyrrolidone, Polyvinyl alkyl or fluoro-co or terpolymer. Wiederaufladbare Lithiumionenzelle nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Additive ein Lithium enthaltendes Leitsalz umfassen.Rechargeable lithium ion cell according to one of Claims 3 to 5, characterized in that the additives a lithium-containing conductive salt. Wiederaufladbare Lithiumionenzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathodenmasse nanostrukturiertes Lithiumcobaltoxid, Lithiumnickeloxid, Lithiumcobaltnickeloxid, Lithiumwolframoxid, Lithiummolybdänoxid, Lithiumvanadiumphosphat oder Lithiumeisenphosphat umfasst.Rechargeable lithium ion cell according to one of preceding claims, characterized in that the cathode mass nanostructured lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, Lithium cobalt nickel oxide, lithium tungsten oxide, lithium molybdenum oxide, Lithium vanadium phosphate or lithium iron phosphate. Wiederaufladbare Lithiumionenzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anodenmasse eine Lithium interkalierbare, nanostrukturierte Kohlenstoffmodifikation, insbesondere Graphit umfasst.Rechargeable lithium ion cell according to one of preceding claims, characterized in that the anode mass is a lithium intercalatable, nanostructured Carbon modification, in particular graphite includes. Wiederaufladbare Lithiumionenzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anoden- oder die Kathodenmasse ein Lithium enthaltendes Leitsalz umfasst.Rechargeable lithium ion cell according to one of preceding claims, characterized in that the anode or the cathode mass is a lithium-containing conductive salt includes. Wiederaufladbare Lithiumionenzelle nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anoden- oder die Kathodenmasse ein Lithium enthaltendes Leitsalz in einer Menge von 5–15 Gew.-% umfasst.Rechargeable lithium-ion cell according to claim 9, characterized in that the anode or the cathode ground a lithium-containing conductive salt in an amount of 5-15 % By weight. Wiederaufladbare Lithiumionenzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anodenmasse, die Kathodenmasse und die Deckschicht dasselbe Leitsalz umfassen.Rechargeable lithium ion cell according to one of preceding claims, characterized in that the anode mass, the cathode mass and the cover layer are the same Include conductive salt. Wiederaufladbare Lithiumionenzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitsalz ein Lithiumorganoborat ist.Rechargeable lithium ion cell according to one of preceding claims, characterized in that the conducting salt is a lithium organoborate. Wiederaufladbare Lithiumionenzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anoden- und/oder Kathodenmasse 40 bis 70 Gew.-% nanostrukturierte Partikel aufweisen.Rechargeable lithium ion cell according to one of preceding claims, characterized in that the anode and / or cathode mass 40 to 70 wt .-% nanostructured Have particles. Wiederaufladbare Lithiumionenzelle nach einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wiederaufladbare Lithiumionenzelle eine Wickelzelle ist.Rechargeable lithium-ion cell after a previous one Claims, characterized in that the rechargeable Lithium ion cell is a wound cell. Verfahren zur Herstellung einer wiederaufladbaren Lithiumionenzelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, indem a) ein Kathodenableiter mit einem Primer und anschließend mit einer Kathodenmasse beschichtet wird, b) ein Anodenableiter mit einer Anodenmasse beschichtet wird, c) eine Deckschicht auf die Anoden- und/oder Kathodenmasse aufgetragen wird, indem eine Dispersion umfassend ein die Deckschicht bildendes Material auf Anoden- und/oder Kathodenmasse aufgetragen und getrocknet wird, und d) Anodenmasse und Kathodenmasse zu einem Bilaminat kombiniert werden, so dass Anodenmasse und Kathodenmasse durch die Deckschicht voneinander getrennt sind.Process for making a rechargeable Lithium-ion cell according to one of the claims 1 to 14 by a) a Kathodenableiter with a primer and subsequently coated with a cathode composition, b) an anode conductor is coated with an anode material, c) a topcoat applied to the anode and / or cathode composition is, by a dispersion comprising a covering layer forming Material applied to anode and / or cathode composition and dried will, and d) anode mass and cathode mass to a bilaminate be combined so that anode mass and cathode mass through the Cover layer are separated from each other. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Dispersion umfassend das die Deckschicht bildende Material Wasser als Dispersionsmittel umfasst.Method according to claim 15, characterized in that in that the dispersion comprises the material forming the cover layer Water comprises as a dispersant. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Dispersion umfassend das die Deckschicht bildende Material ein aprotisches Dispersionsmittel, bevorzugt Toluol umfasst.Method according to claim 15, characterized in that in that the dispersion comprises the material forming the cover layer an aprotic dispersant, preferably toluene. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Dispersion einen Feststoffgehalt von 10 bis 20 Gew.-% aufweist.Method according to one of claims 15 to 17, characterized in that the dispersion has a solids content from 10 to 20% by weight. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass Anodenmasse und Kathodenmasse bei 20 bis 100°C und/oder Drücken von 0,1 bis 20 MPa zu dem Bilaminat kombiniert werden.Method according to one of claims 15 to 18, characterized in that anode mass and cathode material at 20 to 100 ° C and / or pressures of 0.1 to 20 MPa be combined to the bilaminate. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Anodenableiter mit einem Primer versehen ist.Method according to one of claims 15 to 19, characterized in that the anode conductor with a primer is provided. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Primer ein Fluorterpolymeres und einen leitfähigen Ruß umfasst.Method according to one of claims 15 to 20, characterized in that the primer is a fluoroterpolymer and a conductive carbon black. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Primer bezogen auf die Gesamtmasse des Primers zwischen 30 und 40 Gew.-% des leitfähigen Rußes umfasst.Method according to one of claims 15 to 21, characterized in that the primer based on the total mass of the primer between 30 and 40% by weight of the conductive carbon black includes. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Primer eine Dicke von 0,5 bis 3 μm aufweist.Method according to one of claims 15 to 22, characterized in that the primer has a thickness of 0.5 to 3 microns. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Kathodenableiter eine geprimerte Aluminiumfolie ist und das Kathodenmassenmaterial Lithiumcobaltoxid, Lithiumnickeloxid, Lithiumcoblatnickeloxid, Lithiumwolframoxid, Lithiummolybdänoxid, Lithiumvanadiumphosphat oder Lithiumeisenphosphat umfasst.Method according to one of claims 15 to 23, characterized in that the Kathodenableiter a primed Aluminum foil and the cathode bulk material is lithium cobalt oxide, Lithium nickel oxide, lithium cobalt nickel oxide, lithium tungsten oxide, Lithium molybdenum oxide, lithium vanadium phosphate or lithium iron phosphate includes. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumfolie 6 bis 12 μm stark ist.Method according to Claim 24, characterized that the aluminum foil is 6 to 12 microns thick. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der getrockneten Kathodenmasse 20 bis 40 μm beträgt.Method according to one of claims 15 to 25, characterized in that the layer thickness of the dried Cathode mass is 20 to 40 microns. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Anodenableiter vorzugsweise eine mit einem Primer versehene Kupferfolie ist und das Anodenmassenmaterial eine Lithium interkalierbare Kohlenstoffmodifikation oder Graphit umfasst.Method according to one of claims 15 to 26, characterized in that the anode conductor preferably is a primed copper foil and the anode bulk material a lithium intercalatable carbon modification or graphite includes. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Bilaminat gewickelt, eingehaust und gepolt wird, wobei die Pole (+ und –) als Gewindeschrauben ausgebildet sind.Method according to one of claims 15 to 27, characterized in that the bilaminate wound, housed and poled, with the poles (+ and -) as threaded screws are formed. Wiederaufladbare Batterie umfassend eine wiederaufladbare Lithiumionenzelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie eine Spannung von etwa 4,1 V und eine Stromdichte von etwa 0,15 mA/m2 gewährleistet.A rechargeable battery comprising a rechargeable lithium-ion cell according to any one of claims 1 to 12, characterized in that the battery provides a voltage of about 4.1 V and a current density of about 0.15 mA / m 2 .
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011161019A1 (en) * 2010-06-24 2011-12-29 Basf Se Cathode for lithium ion rechargeable batteries

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0145498A2 (en) 1983-12-15 1985-06-19 Scimat Limited Materials for electrical devices
US5296318A (en) 1993-03-05 1994-03-22 Bell Communications Research, Inc. Rechargeable lithium intercalation battery with hybrid polymeric electrolyte
US5456000A (en) 1993-03-05 1995-10-10 Bell Communications Research, Inc. Method of making an electrolyte activatable lithium-ion rechargeable battery cell
DE10020031A1 (en) 2000-04-22 2001-11-22 Franz W Winterberg Process for the production of lithium polymer batteries
DE10251241A1 (en) 2002-11-04 2004-05-19 Gaia Akkumulatorenwerke Gmbh A process for preparation of Li-polymer batteries involving a composite system comprising a conductor, anode, cathode and separator giving improved cyclic and storage stability with suppression of disturbing side reactions

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0145498A2 (en) 1983-12-15 1985-06-19 Scimat Limited Materials for electrical devices
US4818643A (en) 1983-12-15 1989-04-04 Raychem Limited Materials for electrical devices
DE3485832T2 (en) 1983-12-15 1993-02-25 Scimat Ltd MATERIALS FOR ELECTRICAL DEVICES.
US5296318A (en) 1993-03-05 1994-03-22 Bell Communications Research, Inc. Rechargeable lithium intercalation battery with hybrid polymeric electrolyte
US5456000A (en) 1993-03-05 1995-10-10 Bell Communications Research, Inc. Method of making an electrolyte activatable lithium-ion rechargeable battery cell
DE10020031A1 (en) 2000-04-22 2001-11-22 Franz W Winterberg Process for the production of lithium polymer batteries
DE10251241A1 (en) 2002-11-04 2004-05-19 Gaia Akkumulatorenwerke Gmbh A process for preparation of Li-polymer batteries involving a composite system comprising a conductor, anode, cathode and separator giving improved cyclic and storage stability with suppression of disturbing side reactions

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Handbook of Battery Materials", Herausgeber: I. O. Besenhard, Verlag VCH, Weinheim, 1999
"Handbook of porous solids" herausgegeben von F. Schüth, K. S. W. Sing, J. Weitkamp Wiley-VCH, Weinheim, 2002, Band 3, Kapitel 4.8.5.2
"Lithium Ion Batteries", Herausgeber: M. Wahihara et O. Yamamoto, Verlag VCH, Weinheim 1998 S. 235 u. Fig. 10.9

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011161019A1 (en) * 2010-06-24 2011-12-29 Basf Se Cathode for lithium ion rechargeable batteries
JP2013546114A (en) * 2010-06-24 2013-12-26 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア Thermoelectric generator

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