DE102012218781A1 - Electrochemical energy storage i.e. lithium-ion-battery, manufacturing method, involves arranging electrode complementary to another electrode on side of separator layer, where side is opposite to former electrode - Google Patents

Electrochemical energy storage i.e. lithium-ion-battery, manufacturing method, involves arranging electrode complementary to another electrode on side of separator layer, where side is opposite to former electrode Download PDF

Info

Publication number
DE102012218781A1
DE102012218781A1 DE201210218781 DE102012218781A DE102012218781A1 DE 102012218781 A1 DE102012218781 A1 DE 102012218781A1 DE 201210218781 DE201210218781 DE 201210218781 DE 102012218781 A DE102012218781 A DE 102012218781A DE 102012218781 A1 DE102012218781 A1 DE 102012218781A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
electrode
separator
energy storage
separator layer
dispersion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE201210218781
Other languages
German (de)
Inventor
Guido Klamt
Erhard Hirth
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE201210218781 priority Critical patent/DE102012218781A1/en
Priority to CN201310590524.6A priority patent/CN103730617A/en
Publication of DE102012218781A1 publication Critical patent/DE102012218781A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/403—Manufacturing processes of separators, membranes or diaphragms
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H01M50/414—Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/44—Fibrous material
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

The method involves providing an electrode. Dispersion containing a volatile solvent e.g. alcohol and glycol ether, in which a separator material e.g. polypropylene and polyethylene, is dispersed, is provided. The dispersion is applied on the electrode by using a screen printing process. The solvent is removed by forming a separator layer. The separator layer is treated under an increased temperature. Another electrode complementary to the former electrode is arranged on a side of the separator layer, where the side is opposite to the former electrode. An independent claim is also included for an energy storage.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines elektrochemischen Energiespeichers. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen elektrochemischen Energiespeicher, insbesondere einen lithiumbasierten Energiespeicher.The present invention relates to a method for producing an electrochemical energy store. The present invention further relates to an electrochemical energy store, in particular a lithium-based energy store.

Stand der TechnikState of the art

Verschiedenste Energiespeicher, wie etwa lithiumbasierte Energiespeicher beziehungsweise Lithium-Ionen-Batterien, sind aus dem heutigen Leben kaum noch wegzudenken. Anwendungsgebiete umfassen neben vollkommen elektrisch angetriebenen Fahrzeugen oder Hybridfahrzeugen ferner elektrische Werkzeuge, elektrische Unterhaltungselektronik, Computer, Mobiltelefone und weitere Anwendungen. Derartige insbesondere elektrochemische Energiespeicher umfassen meist eine oder eine Vielzahl von Batteriezellen, in denen eine Anode, eine Kathode und ein zwischen Anode und Kathode angeordneter beziehungsweise die Elektroden kontaktierender Elektrolyt angeordnet sind. Various energy storage systems, such as lithium-based energy storage or lithium-ion batteries, are almost indispensable in today's life. Areas of application include fully electrically powered vehicles or hybrid vehicles, as well as electrical tools, electrical entertainment electronics, computers, mobile phones, and other applications. Such in particular electrochemical energy stores usually comprise one or a multiplicity of battery cells in which an anode, a cathode and an electrolyte arranged between the anode and the cathode or the electrodes which contact the electrodes are arranged.

Insbesondere, um einen Kurzschluss zwischen der Anode und der Kathode zu verhindern und damit ein langzeitstabiles und problemloses Arbeiten des Energiespeichers zu ermöglichen, ist zwischen Anode und Kathode meist ein Separator angeordnet, der elektrisch nicht leitfähig ist. Als Separator sind insbesondere poröse Kunststofffolien bekannt. Derartige Separatoren beziehungsweise Separatorfolien werden in der Regel durch Heißextrusion mit anschließendem Stretching hergestellt und dabei zwischen Anode und Kathode angeordnet.In particular, in order to prevent a short circuit between the anode and the cathode and thus to enable long-term stable and trouble-free operation of the energy storage, a separator is usually arranged between the anode and cathode, which is electrically non-conductive. As a separator, in particular porous plastic films are known. Such separators or separator foils are usually produced by hot extrusion with subsequent stretching and arranged between the anode and cathode.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines elektrochemischen Energiespeichers, umfassend die Verfahrensschritte:

  • a) Bereitstellen einer ersten Elektrode;
  • b) Bereitstellen einer Dispersion aufweisend ein leichtflüchtiges Lösungsmittel, in dem ein Separatormaterial dispergiert ist;
  • c) Aufbringen der Dispersion auf die Elektrode;
  • d) Entfernen des Lösungsmittels unter Ausbildung einer Separatorschicht;
  • e) Behandeln der unter Verfahrensschritt d) erhaltenen Separatorschicht unter erhöhter Temperatur; und
  • f) Anordnen einer zu der ersten Elektrode komplementären Elektrode auf der der ersten Elektrode entgegengesetzten Seite der Separatorschicht.
The present invention is a method for producing an electrochemical energy store, comprising the method steps:
  • a) providing a first electrode;
  • b) providing a dispersion comprising a volatile solvent in which a separator material is dispersed;
  • c) applying the dispersion to the electrode;
  • d) removing the solvent to form a separator layer;
  • e) treating the separator layer obtained under process step d) at elevated temperature; and
  • f) arranging an electrode complementary to the first electrode on the side of the separator layer opposite the first electrode.

Durch das vorbeschriebene Verfahren kann auf besonders einfache und kostengünstige Weise ein Separator in einen elektrochemischen Energiespeicher integriert werden, wobei der Separator ferner besonders genau positioniert ist.By the method described above, a separator can be integrated into an electrochemical energy store in a particularly simple and cost-effective manner, wherein the separator is further particularly accurately positioned.

Ein elektrochemischer Energiespeicher kann dabei insbesondere jegliche Form einer elektrochemischen Batterie sein. Dabei sind von einer Batterie sowohl Primärbatterien umfasst, als auch wieder aufladbare Akkumulatoren, welche auch als Sekundärbatterien bezeichnet werden. Als nicht beschränkendes Beispiel kann als Energiespeicher etwa ein lithiumbasierter Energiespeicher, wie etwa eine Lithium-Ionen-Batterie, genannt werden. Ein derartiger Energiespeicher ist ein solcher, der bei einem Lade- beziehungsweise Entladevorgang insbesondere auf Lithiumionen basierende elektrochemische Vorgänge umfasst.An electrochemical energy store may in particular be any form of an electrochemical battery. In this case, a battery includes both primary batteries, as well as rechargeable batteries, which are also referred to as secondary batteries. As a non-limiting example may be mentioned as an energy storage about a lithium-based energy storage, such as a lithium-ion battery. Such an energy store is one which, in a charging or discharging process, comprises, in particular, electrochemical processes based on lithium ions.

Im Detail kann dadurch, dass das Separatormaterial in Form einer Dispersion auf eine Elektrode aufgebracht wird, eine genaue Positionierung des Separators erfolgen. Eine derart genaue Positionierung ist gemäß dem Stand der Technik, wo beispielsweise fertig gestellte Folien in dem Energiespeicher beziehungsweise in der Zelle angeordnet werden, nicht möglich.In detail, an exact positioning of the separator can take place in that the separator material is applied in the form of a dispersion to an electrode. Such exact positioning is not possible according to the prior art, where, for example, finished films are arranged in the energy store or in the cell.

Erfindungsgemäß kann das Problem einer exakten Justierung und einer sicheren und genauen Positionierung und Fixierung des Separators nach der Justierung exakt an der benötigten Position, welches beispielsweise bei der Verwendung von folienartigen Separatoren auftritt, umgangen werden. Erfindungsgemäß ist vielmehr durch das Aufbringen des Separators in Form einer Dispersion eine Justierung und anschließende Fixierung einer fertigen Separatorfolie nicht notwendig. Vielmehr kann die Dispersion, und damit entsprechend der Separator, durch ein gezieltes Aufbringen der Dispersion höchst genau auf der Elektrode angeordnet werden. Somit ist der Separator definiert angeordnet und bei der Herstellung können ferner Arbeitsschritte entfallen.According to the invention, the problem of exact adjustment and safe and accurate positioning and fixing of the separator after the adjustment can be circumvented exactly at the required position, which occurs, for example, when using film-type separators. Instead, according to the invention, the application of the separator in the form of a dispersion does not necessitate an adjustment and subsequent fixing of a finished separator film. Rather, the dispersion, and thus the separator, can be arranged very precisely on the electrode by targeted application of the dispersion. Thus, the separator is arranged in a defined manner and in the production further operations can be omitted.

Ferner kann durch das Verwenden einer Dispersion insbesondere eine poröse Separatorschicht erhalten werden, was etwa für das Einbringen eines fluiden Elektrolyten von Vorteil ist.Further, by using a dispersion, in particular, a porous separator layer can be obtained, which is advantageous for introducing a fluid electrolyte, for example.

Im Detail wird in einem ersten Verfahrensschritt a) eine Elektrode bereitgestellt. Hier ist im Wesentlichen frei wählbar, ob eine Anode oder eine Kathode bereitgestellt wird. Die Anode oder die Kathode sind im Wesentlichen ausgestaltet, wie es für den entsprechenden herzustellenden Energiespeicher an sich bekannt ist.In detail, an electrode is provided in a first method step a). Here, it is essentially freely selectable whether an anode or a cathode is provided. The anode or the cathode are essentially configured, as is known per se for the corresponding energy store to be produced.

Für den Fall des Bereitstellens einer Anode, beispielsweise, und für den beispielhaften Fall einer Lithium-Ionen Batterie, kann die Anode beispielsweise umfassen oder ausgestaltet sein aus metallischem Lithium oder aus einem Material, welches Lithiumionen interkallieren kann. Ein derartiges Anodenmaterial kann beispielsweise auf einen Stromableiter aufgebracht, wie etwa aufgerakelt, sein. Beispielhafte Anodenmaterialien umfassen Graphit oder Lithiumtitanat. Die Kathode kann entsprechend, ebenfalls für den rein beispielhaften Fall einer Lithium-Ionen Batterie, beispielhaft Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid (NMC) oder Lithium-Cobalt-Oxid (LiCoO2) aufweisen oder daraus ausgestaltet sein und ebenfalls auf einen Stromableiter aufgebracht sein. Dabei kann das Kathodenmaterial wie auch das Anodenmaterial gegebenenfalls in einem Binder, wie beispielsweise Polyvinylidenfluorid (PVDF) etwa zusammen mit einem Leitzusatz, wie etwa einer elektrisch leitfähigen Kohlenstoffverbindung, beispielsweise Graphit, vorliegen. For example, in the case of providing an anode, and for the exemplary case of a lithium-ion battery, the anode may comprise or be made of metallic lithium or of a material which, for example Lithium ions can intercalate. For example, such an anode material may be applied to a current collector, such as scored. Exemplary anode materials include graphite or lithium titanate. The cathode can accordingly, likewise for the purely exemplary case of a lithium-ion battery, have nickel-manganese-cobalt-oxide (NMC) or lithium-cobalt-oxide (LiCoO 2 ) or be configured therefrom and likewise be applied to a current conductor , Optionally, the cathode material as well as the anode material may be present in a binder, such as polyvinylidene fluoride (PVDF), for example, along with a conductive additive, such as an electrically conductive carbon compound, such as graphite.

Der Elektrolyt kann ebenfalls in an sich bekannter Weise beispielsweise ein Festkörperelektrolyt sein oder ein Lösungsmittel umfassen, in dem ein oder mehrere elektrisch leitfähige Salze gelöst sind. Beispielsweise können aprotische Lösungsmittel, wie etwa Ethylencarbonat, Propylencarbonat, Dimethylcarbonat oder Diethylcarbonat Verwendung finden. Weiterhin kann als elektrisch leitfähiges Salz Lithiumhexafluorophosphat (LiPF6) verwendet werden. Beispielsweise kann der Elektrolyt sich in dem fertigen Energiespeicher beziehungsweise in der fertigen Zelle in Poren des Separators befinden.The electrolyte can likewise be, for example, a solid electrolyte in a manner known per se or comprise a solvent in which one or more electrically conductive salts are dissolved. For example, aprotic solvents such as ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate or diethyl carbonate can be used. Furthermore, as the electrically conductive salt lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) can be used. For example, the electrolyte can be located in the finished energy store or in the finished cell in pores of the separator.

Zurückkommend auf das vorbeschriebene Verfahren wird zusätzlich zu dem Bereitstellen einer ersten Elektrode gemäß Verfahrensschritt a) eine Dispersion bereitgestellt, die gemäß Verfahrensschritt b) ein leichtflüchtiges Lösungsmittel aufweist, in dem ein Separatormaterial dispergiert ist. Eine Dispersion kann dabei im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere eine Mischung beziehungsweise ein Gemenge sein, welches im Wesentlichen wenigstens zwei Materialien umfasst, die nicht oder nur in sehr begrenztem Maße ineinander löslich sind.Returning to the method described above, in addition to providing a first electrode according to method step a), a dispersion is provided which, according to method step b), has a volatile solvent in which a separator material is dispersed. In the context of the present invention, a dispersion may in particular be a mixture or a mixture which essentially comprises at least two materials which are not or only to a very limited extent soluble in one another.

Eine erste Komponente der Dispersion umfasst dabei ein leichtflüchtiges Lösungsmittel. Ein leichtflüchtiges Lösungsmittel kann dabei im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere ein solches Lösungsmittel sein, welches bei Normaldruck (1024 mbar) einen Siedepunkt zwischen insbesondere größer oder gleich 50°C bis kleiner oder gleich 80°C und/oder bei Raumtemperatur einen Dampfdruck zwischen größer oder gleich 10 mbar insbesondere bis kleiner oder gleich 100 mbar aufweist. Das Separatormaterial ist ferner ein solches Material, welches in dem fertig hergestellten Energiespeicher den Separator im Wesentlichen vollständig ausbilden kann. Beispielsweise kann in dem fertig hergestellten Energiespeicher der Separator aus dem Separatormaterial bestehen. Dabei ist das Separatormaterial insbesondere ein solches, welches den in einem Energiespeicher bei einem Lade- beziehungsweise Entladevorgängen auftretenden elektrochemischen Prozessen, beziehungsweise den herrschenden Bedingungen, wie insbesondere Temperatur, standhalten kann. Ferner ist das Separatormaterial insbesondere ein solches, welches zu einem elektrisch nicht leitfähigen Separator führt. Ein nicht elektrisch leitfähiger Separator ist dabei ein solcher, der eine elektrische Leitfähigkeit aufweist, die in einem Bereich von kleiner oder gleich 10–10 S/cm liegt.A first component of the dispersion comprises a volatile solvent. In the context of the present invention, a readily volatile solvent may be in particular such a solvent which at normal pressure (1024 mbar) has a boiling point of in particular greater than or equal to 50 ° C. to less than or equal to 80 ° C. and / or a vapor pressure greater than or equal to room temperature equal to 10 mbar in particular to less than or equal to 100 mbar. The separator material is further such a material which can substantially completely form the separator in the finished energy store. For example, in the finished energy storage device, the separator may consist of the separator material. In this case, the separator material is in particular one which can withstand the electrochemical processes occurring in an energy store during a charging or discharging process, or the prevailing conditions, such as, in particular, temperature. Furthermore, the separator material is in particular one which leads to an electrically non-conductive separator. A non-electrically conductive separator is one which has an electrical conductivity which is in a range of less than or equal to 10 -10 S / cm.

Dabei kann zweckmäßigerweise das Separatormaterial und das leicht flüchtige Lösungsmittel beziehungsweise deren entsprechende Mengen derart aufeinander abgestimmt sein, dass eine Mischung mit einer geeigneten Viskosität beziehungsweise mit einem geeigneten Lösungsverhalten entstehen kann. Somit kann durch die Auswahl des Separatormaterials wie auch des Lösungsmittels beziehungsweise durch deren relative Menge das Auftragungsverhalten auf die Elektrode beziehungsweise ein auf der Elektrode angeordneter Schicht positiv beeinflusst werden, wie dies im Weiteren erläutert ist.In this case, the separator material and the readily volatile solvent or their corresponding amounts can suitably be coordinated with one another in such a way that a mixture with a suitable viscosity or with a suitable dissolution behavior can be produced. Thus, by selecting the separator material as well as the solvent or by their relative amount, the application behavior to the electrode or a layer arranged on the electrode can be positively influenced, as explained below.

Wie bereits angedeutet, wird gemäß Verfahrensschritt c) die Dispersion auf die bereitgestellte Elektrode aufgebracht. Dabei kann die Dispersion entweder unmittelbar auf die Elektrode aufgebracht werden, oder aber auf eine weitere Zwischenschicht, und somit indirekt auf die Elektrode aufgebracht werden. Dabei kann die Dispersion sowohl auf eine in einem fertig gestellten Energiespeicher als Anode wirkende Elektrode aufgebracht werden, oder gleichermaßen auf eine in einem fertig gestellten Energiespeicher als Kathode wirkende Elektrode. Dabei kann in Abhängigkeit des gewählten Aufbringungsverfahrens beziehungsweise den entsprechenden Bedingungen die Breite, Dicke wie auch die Geometrie der Separatorschicht an die gewünschte Anwendung angepasst werden. Dadurch ist in diesem Verfahren der Separator in besonders vorteilhafter Weise an das gewünschte Anwendungsgebiet anpassbar.As already indicated, according to method step c) the dispersion is applied to the provided electrode. In this case, the dispersion can either be applied directly to the electrode, or be applied to a further intermediate layer, and thus indirectly to the electrode. In this case, the dispersion can be applied both to an electrode acting as an anode in a finished energy store, or equally to an electrode acting as a cathode in a finished energy store. In this case, depending on the chosen application method or the corresponding conditions, the width, thickness and also the geometry of the separator layer can be adapted to the desired application. As a result, in this method, the separator can be adapted in a particularly advantageous manner to the desired field of application.

Im Weiteren wird in einem Verfahrensschritt d) das leichtflüchtige Lösungsmittel entfernt. Somit verbleibt auf der Elektrode lediglich eine Separatorschicht, welche das Separatormaterial der Dispersion umfasst, beziehungsweise welche aus dem Separatormaterial bestehen kann. Somit wird ersichtlich, dass insbesondere durch die Wahl des Separatormaterials, welches in der Dispersion vorgelegt wird, als auch durch die Wahl des Aufbringungsverfahrens die Eigenschaften der Separatorschicht beeinflussbar sind.Furthermore, the volatile solvent is removed in a process step d). Thus, only a separator layer which comprises the separator material of the dispersion or which may consist of the separator material remains on the electrode. It thus becomes apparent that the properties of the separator layer can be influenced, in particular, by the choice of the separator material which is initially introduced in the dispersion, as well as by the choice of the application method.

In einem weiteren Verfahrensschritt e) erfolgt ein Behandeln der unter Verfahrensschritt d) erhaltenen Separatorschicht unter erhöhter Temperatur. Dieser Schritt kann beispielsweise neben einem Entfernen des Lösungsmittels insbesondere dazu dienen, die Partikel des Separatormaterials zu verbacken, um so eine möglichst stabile Separatorschicht zu erzeugen. Die gewählte Temperatur kann dabei gewählt werden, um insbesondere die vorhandenen Substanzen beziehungsweise Komponenten nicht zu schädigen.In a further process step e), the separator layer obtained under process step d) is treated at elevated temperature. This step may serve, for example, in addition to removing the solvent in particular to the particles of the separator material baked to produce as stable as possible Separatorschicht. The selected temperature can be selected, in particular not to damage the existing substances or components.

In einem weiteren Verfahrensschritt f) wird eine zu der ersten Elektrode komplementäre Elektrode auf der der ersten Elektrode entgegengesetzten Seite der Separatorschicht angeordnet. Eine komplementäre Elektrode kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung dabei insbesondere bedeuten, dass, wenn zunächst eine in einem elektrochemischen Energiespeicher als Anode dienende Elektrode bereitgestellt und mit einem Separator versehen wird, in diesem Verfahrensschritt nunmehr eine Kathode angeordnet wird, oder umgekehrt. Dabei kann die entsprechende Elektrode unmittelbar auf dem Separator angeordnet sein beziehungsweise aufgebracht werden, oder indirekt, über weitere Zwischenschichten.In a further method step f), an electrode which is complementary to the first electrode is arranged on the side of the separator layer opposite to the first electrode. In the context of the present invention, a complementary electrode can mean, in particular, that when a first electrode serving as anode in an electrochemical energy store is provided and provided with a separator, a cathode is now arranged in this process step, or vice versa. In this case, the corresponding electrode can be arranged or applied directly on the separator, or indirectly, via further intermediate layers.

Durch das vorbeschriebene Verfahren kann ferner ein Energiespeicher herstellbar sein, der grundsätzlich eine frei wählbare Zellengeometrie aufweist. insbesondere kann eine prismatische Zelle, oder etwa eine zylindrische Zelle oder auch eine Pouchzelle herstellbar sein.Furthermore, an energy store can be produced by the above-described method, which basically has a freely selectable cell geometry. In particular, a prismatic cell, or about a cylindrical cell or a pouch cell can be produced.

Aus dem Vorstehenden wird ersichtlich, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren in besonders genauer, definierter und kostengünstiger Weise ein Separator in einem Energiespeicher beziehungsweise in einer elektrochemischen Zelle positioniert werden kann, wodurch eine besonders gute Anpassbarkeit an ein gewünschtes Anwendungsgebiet möglich ist. Darüber hinaus kann dadurch, dass der Separator in besonders definierter Weise vorliegen kann, ermöglicht werden, dass der Energiespeicher besonders sicher und fehlerfrei arbeitet und dabei besonders langzeitstabil sein kann.It can be seen from the above that a separator can be positioned in an energy store or in an electrochemical cell by the method according to the invention in a particularly precise, defined and cost-effective manner, whereby a particularly good adaptability to a desired field of application is possible. Moreover, the fact that the separator can be present in a particularly defined manner makes it possible for the energy store to operate in a particularly safe and error-free manner and to be particularly long-term stable.

Dabei können die entsprechenden Verfahrensschritte in einer geeigneten Reihenfolge und beispielsweise zumindest zum Teil zusammen durchgeführt werden.In this case, the corresponding method steps can be carried out in a suitable sequence and, for example, at least partially together.

Im Rahmen einer Ausgestaltung kann Verfahrensschritt c) durchgeführt werden unter Verwendung eines Siebdruckverfahrens. Insbesondere durch ein Siebdruckverfahren kann dabei eine hochgenaue Positionierung des Separators durch ein hochgenaues und präzises Aufdrucken der Dispersion auch in kleinsten Dimensionen ermöglicht werden. Dadurch wird in dieser Ausgestaltung eine besonders genaue und definierte Anordbarkeit des Separators ermöglicht. Ein Siebdruckverfahren ist dabei in an sich bekannter Weise ein Verfahren, bei dem eine zu druckende Komponente, wie insbesondere die Dispersion umfassend das Separatormaterial, etwa durch ein Rakel in ein insbesondere feinmaschiges Gewebe auf die zu bedruckende Komponente, also insbesondere die bereitgestellte Elektrode, aufgebracht wird. Das Siebdruckverfahren ist dabei ein grundsätzlich ausgereiftes Verfahren, wodurch es in weiten Teilen besonders kontrollierbar und definiert verwendbar ist. Dabei kann durch das Siebdruckverfahren ein Separator hergestellt werden, der eine besonders genaue Struktur und Porosität auch in kleinsten Dimensionen aufweist.Within the scope of an embodiment, method step c) can be carried out using a screen printing method. In particular, by a screen printing process can be made possible by a highly accurate and precise printing of the dispersion even in the smallest dimensions a highly accurate positioning of the separator. As a result, a particularly accurate and defined arrangability of the separator is made possible in this embodiment. A screen printing method is in a conventional manner a method in which a component to be printed, in particular the dispersion comprising the separator material, for example by a doctor in a particular fine-mesh fabric on the component to be printed, so in particular the electrode provided is applied , The screen printing process is a fundamentally mature process, whereby it is particularly controllable and defined usable in large parts. In this case, a separator can be produced by the screen printing process, which has a particularly accurate structure and porosity even in the smallest dimensions.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann das Separatormaterial Polypropylen oder Polyethylen umfassen. Insbesondere Polypropylen und Polyethylen können in einem fertiggestellten Energiespeicher beziehungsweise in einer fertiggestellten elektrochemischen Zelle einen wirksamen und langzeitstabilen Separator ausbilden. Dabei sind Polypropylen und Polyethylen ferner in besonders vorteilhafter Weise dazu geeignet, als Pulver in einer Flüssigkeit dispergiert zu werden und auf die Elektrode aufgebracht zu werden. Beispielsweise kann mit einer Polypropylen-Dispersion oder mit einer Polyethylen-Dispersion in besonders vorteilhafter Weise ein Siebdruckverfahren ausgeführt werden. Darüber hinaus sind Polypropylen und Polyethylen problemlos als Pulver mit Körnergrößen bereitstellbar, welche für ein Separatormaterial nach dem vorliegenden Herstellungsverfahren besonders geeignet ist.In a further embodiment, the separator material may comprise polypropylene or polyethylene. In particular, polypropylene and polyethylene can form an effective and long-term stable separator in a finished energy store or in a finished electrochemical cell. In this case, polypropylene and polyethylene are also particularly suitable for being dispersed as a powder in a liquid and applied to the electrode. For example, with a polypropylene dispersion or with a polyethylene dispersion, a screen printing method can be carried out in a particularly advantageous manner. In addition, polypropylene and polyethylene are readily available as powders of grain sizes, which is particularly suitable for a separator material according to the present production method.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann Verfahrensschritt b) unter Verwendung eines pulverförmigen Separatormaterials mit einer Partikelgröße D50 in einem Bereich von größer oder gleich 1µm bis kleiner oder gleich 100µm durchgeführt werden. Dabei soll der D50-Wert insbesondere angeben, dass sich wenigstens 50% der Partikel in dem genannten Bereich befinden. Vorzugsweise können sich auch mehr als 50% in dem genannten Bereich befinden. Beispielsweise können sich sämtliche Partikel in dem genannten Bereich befinden. Besonders vorteilhaft kann Verfahrensschritt b) unter Verwendung eines pulverförmigen Separatormaterials mit einer Partikelgröße D50 in einem Bereich von größer oder gleich 1µm bis kleiner oder gleich 5µm durchgeführt werden. Insbesondere in dieser Ausgestaltung kann eine Dispersion erzeugt werden, die besonders homogen ist und dabei besonders definierte Eigenschaften aufweist. Dadurch ist in dieser Ausgestaltung auch die Separatorschicht beziehungsweise der Separator als solches über seine gesamte Ausdehnung besonders definiert herstellbar. Ferner kann in dieser Ausgestaltung eine poröse Separatorschicht mit einer besonders definierten Porosität erzeugt werden. Eine derartige Porosität kann beispielsweise dazu dienen, einen flüssigen Elektrolyt beziehungsweise eine Elektrolytlösung in den Poren aufzunehmen, was beispielsweise eine besonders kompakte Zelle und eine gute Performance der Zelle erlauben kann.Within the scope of a further embodiment, process step b) can be carried out using a pulverulent separator material having a particle size D50 in a range from greater than or equal to 1 μm to less than or equal to 100 μm. In this case, the D50 value should indicate in particular that at least 50% of the particles are in the stated range. Preferably, more than 50% may also be in the stated range. For example, all particles may be located in said region. Process step b) can be carried out particularly advantageously using a pulverulent separator material having a particle size D50 in a range from greater than or equal to 1 μm to less than or equal to 5 μm. In particular, in this embodiment, a dispersion can be produced which is particularly homogeneous and thereby has particularly defined properties. As a result, in this embodiment, the separator layer or the separator as such can be produced in a particularly defined manner over its entire extent. Furthermore, in this embodiment, a porous separator layer having a particularly defined porosity can be produced. Such a porosity can be used, for example, to receive a liquid electrolyte or an electrolyte solution in the pores, which may allow, for example, a particularly compact cell and a good performance of the cell.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann Verfahrensschritt b) durchgeführt werden unter Verwendung von wenigstens einem Lösungsmittel aus der Gruppe bestehend aus Alkoholen, wie insbesondere Ethanol, Isopropanol, Isobutanol, Tertiärbutanol, Ethylenglykol, Propylenglykol, oder Glykolethern, wie insbesondere Ethoxyethanol, Methoxyethanol oder Ethoxypropanol. Insbesondere derartige Lösungsmittel sind besonders gut geeignet, insbesondere mit pulverförmigen Partikeln des Separatormaterials eine Dispersion auszubilden, um durch verschiedene Verfahren, wie insbesondere ein Siebdruckverfahren, auf ein Substrat beziehungsweise eine Elektrode aufgetragen zu werden. Darüber hinaus weisen derartige Lösungsmittel eine Flüchtigkeit auf, um das Lösungsmittel bereits bei geringen Temperaturen vollständig zu entfernen. Dadurch kann das Herstellungsverfahren in dieser Ausgestaltung besonders schnell beziehungsweise in geringer Zeit und ferner energiesparend durchgeführt werden, was es auch für großtechnische Anwendungen besonders geeignet macht.In a further embodiment, process step b) can be carried out using at least one solvent from the group consisting of alcohols, in particular ethanol, isopropanol, isobutanol, tertiary butanol, ethylene glycol, propylene glycol, or glycol ethers, in particular ethoxyethanol, methoxyethanol or ethoxypropanol. In particular, such solvents are particularly well suited to form a dispersion, in particular with pulverulent particles of the separator material, in order to be applied to a substrate or an electrode by various methods, in particular a screen printing method. In addition, such solvents have a volatility to completely remove the solvent even at low temperatures. As a result, the manufacturing method in this embodiment can be carried out particularly quickly or in a short time and also energy-saving, which makes it particularly suitable for large-scale technical applications.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann Verfahrensschritt e) durchgeführt werden bei einer Temperatur in einem Bereich von kleiner oder gleich 100°C. Insbesondere in dieser Ausgestaltung kann eine stabile Separatorschicht bei geringer Zeit und dabei kostensparend erhalten werden. Ferner kann insbesondere bei niedrigschmelzenden Separatormaterialien verhindert werden, dass das Separatormaterial bei einem Trocknungsschritt aufschmilzt. Dadurch kann in besonders definierter Weise eine Porosität der zu erzeugenden Separatorschicht erhalten werden.In a further embodiment, process step e) can be carried out at a temperature in a range of less than or equal to 100 ° C. In particular, in this embodiment, a stable Separatorschicht can be obtained in a short time and cost-saving. Furthermore, especially with low-melting separator materials, it can be prevented that the separator material melts in a drying step. As a result, a porosity of the separator layer to be produced can be obtained in a particularly defined manner.

Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Energiespeicher verwiesen.With regard to further technical features and advantages of the method according to the invention, reference is hereby explicitly made to the explanations in connection with the energy store according to the invention.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Energiespeicher, der hergestellt ist gemäß einem Verfahren, das wie vorstehend beschrieben ausgebildet ist. Ein derartiger elektrochemischer Energiespeicher ist besonders einfach, kostengünstig und definiert herstellbar. Im Detail kann dadurch, dass der Separator nicht erst als fertige Schicht, wie etwa Folie, hergestellt wird und dann in der Anordnung fixiert wird, sondern in Form einer Dispersion aufgebracht wird, der Separator besonders definiert angeordnet sein. Ferner kann ein derartiger Energiespeicher besonders gut an das gewünschte Anwendungsgebiet angepasst sein, da der Separator in Dicke, Position und Geometrie definiert und frei wählbar gestaltet werden kann.The subject matter of the present invention is furthermore an energy store which is produced according to a method which is designed as described above. Such an electrochemical energy store is particularly simple, inexpensive and defined to produce. In detail, since the separator is not first produced as a finished layer, such as a film, and then fixed in the arrangement, but is applied in the form of a dispersion, the separator can be arranged in a particularly defined manner. Furthermore, such an energy store can be particularly well adapted to the desired field of application, since the separator can be defined in terms of thickness, position and geometry and designed freely selectable.

Ein derartiger Energiespeicher kann insbesondere ein lithiumbasierter Energiespeicher, wie etwa eine Lithium-Ionen-Batterie sein. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf derartige Energiespeicher begrenzt.Such an energy store may in particular be a lithium-based energy store, such as a lithium-ion battery. However, the present invention is not limited to such energy storage.

Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Energiespeichers wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen.With regard to further technical features and advantages of the energy storage device according to the invention, reference is hereby explicitly made to the explanations in connection with the method according to the invention.

Claims (8)

Verfahren zum Herstellen eines elektrochemischen Energiespeichers, umfassend die Verfahrensschritte: a) Bereitstellen einer ersten Elektrode; b) Bereitstellen einer Dispersion aufweisend ein leichtflüchtiges Lösungsmittel, in dem ein Separatormaterial dispergiert ist; c) Aufbringen der Dispersion auf die Elektrode; d) Entfernen des Lösungsmittels unter Ausbildung einer Separatorschicht; e) Behandeln der unter Verfahrensschritt d) erhaltenen Separatorschicht unter erhöhter Temperatur; und f) Anordnen einer zu der ersten Elektrode komplementären Elektrode auf der der ersten Elektrode entgegengesetzten Seite der Separatorschicht.Method for producing an electrochemical energy store, comprising the method steps: a) providing a first electrode; b) providing a dispersion comprising a volatile solvent in which a separator material is dispersed; c) applying the dispersion to the electrode; d) removing the solvent to form a separator layer; e) treating the separator layer obtained under process step d) at elevated temperature; and f) arranging an electrode complementary to the first electrode on the side of the separator layer opposite the first electrode. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Verfahrensschritt c) durchgeführt wird unter Verwendung eines Siebdruckverfahrens.The method of claim 1, wherein process step c) is performed using a screen printing process. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Separatormaterial Polypropylen oder Polyethylen umfasst.The method of claim 1 or 2, wherein the separator material comprises polypropylene or polyethylene. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei Verfahrensschritt b) unter Verwendung eines pulverförmigen Separatormaterials mit einer Partikelgröße D50 in einem Bereich von größer oder gleich 1µm bis kleiner oder gleich 100µm durchgeführt wird.Method according to one of claims 1 to 3, wherein method step b) is carried out using a powdery separator material having a particle size D50 in a range of greater than or equal to 1μm to less than or equal to 100μm. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei Verfahrensschritt b) durchgeführt wird unter Verwendung von wenigstens Lösungsmittel aus der Gruppe bestehend aus Alkoholen und Glykolethern.A process according to any one of claims 1 to 4, wherein process step b) is carried out using at least one solvent selected from the group consisting of alcohols and glycol ethers. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei Verfahrensschritt e) durchgeführt wird bei einer Temperatur in einem Bereich von kleiner oder gleich 100°C. Method according to one of claims 1 to 5, wherein process step e) is carried out at a temperature in a range of less than or equal to 100 ° C. Energiespeicher, hergestellt gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6.Energy store, produced according to a method according to one of claims 1 to 6. Energiespeicher nach Anspruch 7, wobei der Energiespeicher ein lithiumbasierter Energiespeicher ist. Energy storage according to claim 7, wherein the energy storage is a lithium-based energy storage.
DE201210218781 2012-10-16 2012-10-16 Electrochemical energy storage i.e. lithium-ion-battery, manufacturing method, involves arranging electrode complementary to another electrode on side of separator layer, where side is opposite to former electrode Pending DE102012218781A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201210218781 DE102012218781A1 (en) 2012-10-16 2012-10-16 Electrochemical energy storage i.e. lithium-ion-battery, manufacturing method, involves arranging electrode complementary to another electrode on side of separator layer, where side is opposite to former electrode
CN201310590524.6A CN103730617A (en) 2012-10-16 2013-10-15 Method for manufacturing energy storage and energy storage

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201210218781 DE102012218781A1 (en) 2012-10-16 2012-10-16 Electrochemical energy storage i.e. lithium-ion-battery, manufacturing method, involves arranging electrode complementary to another electrode on side of separator layer, where side is opposite to former electrode

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102012218781A1 true DE102012218781A1 (en) 2014-04-17

Family

ID=50383218

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE201210218781 Pending DE102012218781A1 (en) 2012-10-16 2012-10-16 Electrochemical energy storage i.e. lithium-ion-battery, manufacturing method, involves arranging electrode complementary to another electrode on side of separator layer, where side is opposite to former electrode

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN103730617A (en)
DE (1) DE102012218781A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3648196A3 (en) * 2018-10-30 2020-07-22 Robert Bosch GmbH Device for electrochemical machining of components for battery cells, method for operating the same and use thereof

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010212058A (en) * 2009-03-10 2010-09-24 Toyota Motor Corp Manufacturing method for solid electrolyte layer
CN103329335A (en) * 2010-12-08 2013-09-25 丰田自动车株式会社 Method for producing electrode body
US20120231321A1 (en) * 2011-03-11 2012-09-13 GM Global Technology Operations LLC Integral bi-layer separator-electrode construction for lithium-ion batteries

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3648196A3 (en) * 2018-10-30 2020-07-22 Robert Bosch GmbH Device for electrochemical machining of components for battery cells, method for operating the same and use thereof

Also Published As

Publication number Publication date
CN103730617A (en) 2014-04-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11587741B2 (en) Compositions and methods for energy storage device electrodes
DE602005002916T2 (en) Separator for use in a lithium-ion secondary battery
DE69738111T2 (en) LITHIUMION SECONDARY BATTERY AND ITS MANUFACTURE
DE102017105307A1 (en) PRIMER SURFACE COATING FOR SILICONE-BASED HIGH-PERFORMANCE ELECTRODES
DE112014000685T5 (en) Electrode materials with a synthetic solid electrolyte interface
EP2396840A1 (en) Power-optimized and energy-density-optimized flat electrodes for electrochemical energy stores
DE102014220953A1 (en) Electrode for a combination of supercapacitor and battery and process for their preparation
DE102016221172A1 (en) Optimized hybrid supercapacitor
DE112013001750T5 (en) Electrode material and capacitor and secondary battery using the electrode material
DE102016217383A1 (en) Process for producing electrodes with improved current collector structure
DE102004012476B4 (en) Process for producing a lithium polymer cell and a lithium polymer battery
DE112016001947T5 (en) NEGATIVE ELECTRODE FOR NON-AQUEOUS ELECTROLYTE ENERGY STORAGE
EP3553867A1 (en) Method for producing a layer structure for a lithium-ion solid body battery
DE102012218781A1 (en) Electrochemical energy storage i.e. lithium-ion-battery, manufacturing method, involves arranging electrode complementary to another electrode on side of separator layer, where side is opposite to former electrode
DE202007018823U1 (en) Separators for lithium batteries
DE112017002192T5 (en) Energy storage device and method for its production
DE102016215666A1 (en) Electrode arrangement for lithium-based galvanic cells and method for their production
EP2287945A1 (en) Electrodes for electrochemical energy storage devices with optimised output and energy storage
DE102018205413A1 (en) Graphene and solid electrolyte based cathode for a lithium cell
WO2018166667A1 (en) Hybrid supercapacitor, method for producing a hybrid supercapacitor, and vehicle
US20230207226A1 (en) Compositions and methods for energy storage device electrodes
EP3316347B1 (en) Secondary battery and method for producing the same
DE102014113892A1 (en) Lithium ion battery components with chelating agents that have oriented permanent dipole moments
DE102004057365B4 (en) Process for producing a cell composite, cell composite, method for producing a lithium polymer battery and lithium polymer battery
DE102021109109A1 (en) Process for manufacturing a lithium-ion cell and anode material for a lithium-ion cell

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication