[發明專利]電極以及用于制造電極的方法

在審

• 申請號: 201410101944.8
• 申請日: 2014-03-19
• 公開（公告）號: CN104064725A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發明（設計）人: A.內茨
• 申請（專利權）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: H01M4/02
• 分類號: H01M4/02;H01M4/04;H01M4/13;H01M4/131;H01M4/139;H01M4/1391
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 盧江;胡莉莉

技術領域

本發明涉及電極。本發明此外涉及用于制造電極的方法。

背景技術

蓄能器、諸如鋰離子電池組在很多日常的應用中廣泛地流行。蓄能器例如在計算機、諸如手提電腦、移動電話、智能手機中和在其它的應用中被使用。即使在車輛、諸如汽車的目前被大大推動的電氣化的情況下，這樣的電池組也呈現出優點。

根據使用領域，蓄能器的不同的要求應該被滿足。如果例如快速地需要電流，那么蓄能器的電池必須關于功率被優化。而如果在長的時間間隔上需要電流，那么這些電池關于能量密度、即關于可存儲的能量的量被優化。應針對這樣的應用來設計電極。在此針對不同的應用被優化的電極在其構型上是不同的。然而，基本上可以有利的是，不僅能量的快速提供而且高存儲密度是可能的，然而這可能由于互相相反的構型或互相相反的優化變型方案而是困難的。

發明內容

本發明的主題是用于電化學蓄能器的電極，該電極具有至少兩個相鄰地被布置的活性材料層，其中所述至少兩個活性材料層具有至少一種活性材料和至少一種導電添加物，其中所述至少兩個活性材料層此外彼此具有關于活性材料濃度的梯度，其中所述至少兩個活性材料層此外彼此具有關于導電添加物濃度的梯度，并且其中關于活性材料濃度的梯度和關于導電添加物濃度的梯度彼此相反地被構型。

電化學蓄能器在本發明的意義上特別是可以包括任一電池組。尤其是蓄能器除了一次電池組之外可以特別是包括二次電池組、即可再充電的蓄電池。電池組在此可以包括或是一個原電池或多個彼此連接的原電池。例如蓄能器可以包括基于鋰的蓄能器、諸如鋰離子電池組。在此，基于鋰的蓄能器、諸如鋰離子電池組尤其是可以被理解為這樣的蓄能器，該蓄能器的電化學過程在充電或放電過程期間至少部分地基于鋰離子。

此外，活性材料層可以在本發明的意義上被理解為層，在該層中布置有活性材料、即特別是參與充電過程或放電過程或在其中被使用的材料。在此，在活性材料層中除了活性材料本身原則上布置有合適的導電添加物、諸如碳黑和合適的粘合劑、諸如聚偏氟乙烯（PVDE）。

此外，梯度可以被理解為彼此偏差的濃度或量，即特別是存在于不同的層之間的濃度梯度。也被稱為加載（Loading）的活性材料的濃度可以在本發明的意義上特別是在恒定的電極層厚（例如80μm）以mAh/cm²或在特定的涉及體積的電極層厚的情況下以mAh/cm³來說明。梯度可以例如當在同時被提高的電子導電性的情況下在一個電極層中設定例如3.5mAh/cm²的活性材料的高濃度而在另一電極層中設定例如1.5mAh/cm²的較低的濃度時被構成。此外梯度可以示例性地以百分比重量份額或以重量百分比來說明。

上述的電極能夠實現將高的電流能力、即電池的快速的放電或電流輸出和快速的再充電與例如在電池組電池的壽命和/或放電周期的意義上在長的時間間隔上同時高的電荷存儲容量組合。

為此電極包括至少兩個相鄰地被布置的活性材料層。在此活性材料層可以優選地是直接相鄰的并且因此相互接觸或觸碰。替代地，活性材料層可以不直接相鄰，其中例如可以在所述活性材料層之間布置其它層。

活性材料層在此首先具有活性材料。這些活性材料層特別是可以具有相同的活性材料。對于電極是陽極的示例性的并且非限制性的情況，例如石墨可以被設置為活性材料。此外，對于電極是陰極的情況，例如其它的鋰化合物、諸如鋰鎳鈷錳氧化物（NCM）或鋰錳氧化物（LMO）可以被設置為活性材料。其它的活性材料例如是鈦酸鋰（LTO）和磷酸鋰鐵（LFP）。可以與鋰進行可逆反應的所有化合物一般是合適的。

此外，在活性材料層中設置有導電添加物。例如并且非限制性地可以使用碳黑作為導電添加物。

為了實現活性材料層的合適的穩定性，活性材料和導電添加物被布置在合適的粘合劑中。該粘合劑同樣可以是由現有技術已知的任一粘合劑。例如并且非限制性地可以使用聚偏氟乙烯作為粘合劑。

此外，在上述的電極的情況下規定，至少兩個活性材料層具有關于活性材料濃度的梯度。因此這兩個活性材料層具有活性材料的不同濃度。此外，在設置多于兩個的特別是可以彼此相鄰地被布置并且同樣有利地可以全部具有相同活性材料的活性材料層的情況下，在各個活性材料層中設置有活性材料的濃度的連續的減少或增加。