DE112004001344T5 - Lithiummetalldispersion in Elektroden - Google Patents
Lithiummetalldispersion in Elektroden Download PDFInfo
- Publication number
- DE112004001344T5 DE112004001344T5 DE112004001344T DE112004001344T DE112004001344T5 DE 112004001344 T5 DE112004001344 T5 DE 112004001344T5 DE 112004001344 T DE112004001344 T DE 112004001344T DE 112004001344 T DE112004001344 T DE 112004001344T DE 112004001344 T5 DE112004001344 T5 DE 112004001344T5
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- host material
- lithium
- electrode
- lithium metal
- lithiation
- 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.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/139—Processes of manufacture
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/04—Processes of manufacture in general
- H01M4/043—Processes of manufacture in general involving compressing or compaction
- H01M4/0435—Rolling or calendering
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/04—Processes of manufacture in general
- H01M4/043—Processes of manufacture in general involving compressing or compaction
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/04—Processes of manufacture in general
- H01M4/0471—Processes of manufacture in general involving thermal treatment, e.g. firing, sintering, backing particulate active material, thermal decomposition, pyrolysis
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/133—Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/134—Electrodes based on metals, Si or alloys
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/139—Processes of manufacture
- H01M4/1393—Processes of manufacture of electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/139—Processes of manufacture
- H01M4/1395—Processes of manufacture of electrodes based on metals, Si or alloys
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
- H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
- H01M4/587—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
-
- 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
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion 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
- 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
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
Verfahren
zum Vorlithiieren eines Wirtsmaterials, umfassend:
Verteilen des Wirtsmaterials in einem Lithiummetall, um eine Mischung von Wirtsmaterial und Lithiummetall zu bilden; und
Rühren oder Schütteln der Mischung von Wirtsmaterial und Lithiummetall, um die Lithiierung des Wirtsmaterials zu fördern.
Verteilen des Wirtsmaterials in einem Lithiummetall, um eine Mischung von Wirtsmaterial und Lithiummetall zu bilden; und
Rühren oder Schütteln der Mischung von Wirtsmaterial und Lithiummetall, um die Lithiierung des Wirtsmaterials zu fördern.
Description
- QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
- Diese Anmeldung stützt sich auf die folgenden US-Anmeldungen und nimmt sie durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit auf: US-Patentanmeldung mit dem Titel "Lithium Metal Dispersion In Electrodes", eingereicht am 28. Juli 2004; US-Provisional Application Nr. 60/490685, eingereicht am 29. Juli 2003 und US-Provisional Application Nr. 60/491513, eingereicht am 31. Juli 2003.
- GEBIET DER ERFINDUNG
- Die Erfindung betrifft Akkumulatoren mit hoher spezifischer Kapazität und insbesondere Elektroden umfassend ein Wirtsmaterial und in dem Wirtsmaterial dispergiertes Lithiummetall.
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- Lithium- und Lithium-Ion-Akkumulatoren oder wiederaufladbare Lithium- und Lithium-Ion- Batterien haben in bestimmten Anwendungen Verwendung gefunden, wie z.B. in Mobiltelefonen, Camcordern und Laptopcomputern, und sogar in jüngster Zeit in Anwendungen mit höherer Leistung, wie bei Elektrofahrzeugen und Elektrohybridfahrzeugen. In diesen Anwendungen ist es bevorzugt, dass die Akkumulatoren die höchstmögliche spezifische Kapazität aufweisen, aber noch sichere Betriebsbedingungen und gute Zyklenfestigkeit bereitstellen, so dass die hohe spezifische Kapazität in aufeinanderfolgenden Wiederauflade- und Entladezyklen beibehalten wird.
- Obwohl es verschiedene Bauweisen für Akkumulatoren gibt, beinhaltet jeder Aufbau eine positive Elektrode (oder Kathode), eine negative Elektrode (oder Anode), einen Separator, der Kathode und Anode trennt, und einen Elektrolyten in elektrochemischer Verbindung mit der Kathode und der Anode. Bei Lithium-Akkumu latoren werden Lithiumionen über den Elektrolyten von der Anode zur Kathode transportiert, wenn der Akkumulator entladen wird, d.h. wenn er für die bestimmte Anwendung verwendet wird. Während des Entladeprozesses werden Elektronen von der Anode gesammelt und gelangen über einen äußeren Stromkreis zur Kathode. Wenn der Akkumulator geladen oder wiederaufgeladen wird, werden die Lithiumionen über den Elektrolyten von der Kathode zur Anode transportiert.
- Historisch gesehen wurden Lithium-Akkumulatoren unter Verwendung von nicht lithiierten Verbindungen mit hohen spezifischen Kapazitäten, wie TiS2, MoS2, MnO2 und V2O5, als aktiver Kathodenmasse hergestellt. Diese aktiven Kathodenmassen wurden mit einer Lithiummetallanode verbunden. Wenn der Akkumulator entladen wurde, wurden Lithiumionen von der Lithiummetallanode über den Elektrolyten zur Kathode transportiert. Leider bildete das Lithiummetall beim Kreisprozess Dendriten, die schließlich unsichere Bedingungen in der Batterie verursachten. Als Folge wurde die Herstellung dieser Typen von Akkumulatoren in den frühen 1990ern zugunsten von Lithium-Ion-Batterien gestoppt.
- Lithium-Ion-Batterien verwenden typischerweise Lithiummetalloxide, wie LiCoO2 und LiNiO2, als aktive Kathodenmassen, die mit einer Anode auf Kohlenstoffbasis verbunden sind. In diesen Batterien wird die Lithiumdendritenbildung an der Anode vermieden, wodurch die Batterie sicherer gemacht wird. Das Lithium, dessen Menge die Batteriekapazität bestimmt, wird aber vollständig von der Kathode geliefert. Dies begrenzt die Auswahl an aktiven Kathodenmassen, da die aktiven Massen entfernbares Lithium enthalten müssen. Auch entlithiierte Produkte, die LiCoO2 und LiNiO2 entsprechen, die während des Ladens (z.B. LixCoO2 und LixNiO2, worin 0,4 < x < 1,0) und des Überladens (d.h. LixCoO2 und LixNiO2, worin x < 0,4) gebildet werden, sind nicht stabil. Insbesondere reagieren diese entlithiierten Produkte in der Regel mit dem Elektrolyten und erzeugen Wärme, was zu Sicherheitsbedenken führt.
- Ferner sind neue Lithium-Ion-Zellen oder -Batterien anfänglich im entladenen Zustand. Während des ersten Ladens der Lithium-Ion-Zelle wandert Lithium zwischen den Elektroden, z.B. von dem Kathodenmaterial, wie LiCoO2 oder LiNiO2, zum Anodenmaterial, wie Graphit. Das Lithium, das sich von der Kathode zur Anode bewegt, reagiert mit einem Elektrolytmaterial in der Zelle, was zur Bildung einer Passivierungsschicht auf der Anode führt. Die auf der Anode gebildete Passivierungsschicht ist eine Festelektrolytgrenzschicht oder SEI (solid electrolyte interface). Beim anschließenden Entladen kehrt das Lithium, das durch die Bildung der SEI verbraucht wird, nicht zur Kathode zurück. Dies führt zu einer Lithium-Ion-Zelle mit einer geringeren Kapazität im Vergleich zur ursprünglichen Ladekapazität, da ein Teil des Lithiums durch die Bildung der SEI verbraucht worden ist. Der Verbrauch des verfügbaren Lithiums reduziert die Kapazität der Lithium-Ion-Zelle. Dieses Phänomen wird als irreversible Kapazität bezeichnet und es ist bekannt, dass sie etwa 10 bis 20% der Kapazität einer Lithium-Ion-Zelle verbraucht. Nach dem anfänglichen Laden einer Lithium-Ion-Zelle verliert die Lithium-Ion-Zelle somit etwa 10 bis 20% ihrer Kapazität.
- ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- Die vorliegende Erfindung betrifft das Absorbieren und Desorbieren von Lithium in einem elektrochemischen System und insbesondere Elektroden zur Verwendung mit derartigen Systemen. Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Batterie oder eine elektrochemische Zelle, die eine Elektrode mit Lithiummetall dispergiert in einem Wirtsmaterial, das in der Lage ist, Lithium in einem elektrochemischen System zu absorbieren und zu desorbieren, enthält. Batterien und/oder elektrochemische Zellen, die Elektroden nach den Ausführungsformen der Erfindung einsetzen, können eine hohe spezifische Kapazität, eine gute Zyklenfestigkeit und eine verbesserte Betriebssicherheit zeigen.
- Es ist für die Zwecke dieser Erfindung verständlich, dass der Ausdruck "Batterie" eine einzelne elektrochemische Zelle oder Einzelzelle und/oder eine oder mehrere elektrochemische Zellen, die in Reihe und/oder parallel verbunden sind, bedeuten und beinhalten kann, wie den Fachleuten auf dem Gebiet bekannt ist. Der Ausdruck "Batterie" beinhaltet ferner wiederaufladbare Batterien und/oder Akkumulatoren und/oder elektrochemische Zellen, ist aber nicht darauf beschränkt.
- Eine Batterie nach Ausführungsformen der Erfindung kann eine positive Elektrode (Kathode) umfassend eine aktive Masse, eine negative Elektrode (Anode) umfassend ein Wirtsmaterial, das in der Lage ist, Lithium in einem elektrochemischen System zu absorbieren und zu desorbieren, und Lithiummetall, das in dem Wirtsmaterial dispergiert ist, einen Separator, der die Kathode und die Anode trennt, und einen Elektrolyten in Verbindung mit der Kathode und der Anode beinhalten. Die aktive Kathodenmasse ist bevorzugt eine Verbindung, die bei einem elektrochemischen Potential von 2,0 V bis 5,0 V gegen Lithium lithiiert werden kann. Die aktive Kathodenmasse kann z.B. auf Mangan, Vanadium, Titan oder Molybdän, wie z.B. MnO2, V2O5, V6O13, LiV3O8, MoO3, TiS2 oder MoS2 oder einer Mischung davon basieren. Die aktive Kathodenmasse kann Lithiummetall, wie Lithiumpulver, beinhalten, das in eine aktive Kathodenmasse eingebaut ist, die lithiiert werden kann, wie z.B. MnO2, V2O5, V6O13, LiV3O8, MoO3, TiS2 oder MoS2 oder einer Mischung davon. Das Anodenwirtsmaterial kann ein oder mehrere Materialien ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus kohlenstoffhaltigen Materialien, Si, Silicium enthaltenden Materialien, wie Silicium dispergiert in Kohlenstoff, Siliciumoxiden, Sn, Zinnoxiden, Zinn-Kompositlegierungen und intermetallischen Verbindungen, Übergangsmetalloxiden, Lithiummetallnitriden und Lithiummetalloxiden umfassen. Das Anodenwirtsmaterial umfasst bevorzugt ein kohlenstoffhaltiges Material und bevorzugter Graphit. Mindestens ein Teil des Lithiummetalls, das im Wirtsmaterial dispergiert ist, ist vorzugsweise ein feinteiliges Lithiumpulver und in anderen Ausführungsformen ein feinteiliges Lithiumpulver mit einer mittleren Teilchengröße von weniger als etwa 20 Mikron. Die Menge an Lithiummetall, die in der Anode dispergiert ist, ist vorzugsweise nicht mehr als die maximale Menge, die ausreicht, in dem Wirtsmaterial in der Anode eingelagert zu werden, damit eine Legierung zu bilden und/oder davon absorbiert zu werden. Wenn das Wirtsmaterial z.B. Kohlenstoff ist, beträgt die Menge an in dem Wirtsmaterial dispergierten Lithium vorzugsweise nicht mehr als die zur Bildung von LiC6 erforderliche Menge. Zusätzliches Lithium kann aber in einem Wirtsmaterial vor der Elektroden- oder Anodenbildung dispergiert sein, um die Vorlithiierung des Wirtsmaterials zu fördern. Der Elektrolyt und der Separator können getrennte Materialien sein, wie z.B. ein poröser Separator und ein fluider Elektrolyt, oder sie können eine einheitliche Struktur oder ein einheitliches Material beinhalten, wie ein geliertes Polymer, das sowohl als Separator als auch als Elektrolyt wirkt.
- Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beinhalten auch Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für eine Batterie enthaltend die Bereitstellung eines Wirtsmaterials, das in der Lage ist, Lithium in einem elektrochemischen System zu absorbieren und zu desorbieren, das Dispergieren von Lithiummetall in dem Wirtsmaterial und die Formung des Wirtsmaterials und des darin dispergierten Lithiummetalls zu einer Elektrode, z.B. einer Anode. In einigen Ausführungsformen kann das Wirtsmaterial durch Kombinieren des Wirtsmaterials mit Lithiummetallpulver vorlithiiert werden, um die Lithiierung des Wirtsmaterials durch Mischen und/oder Verwenden von Wärme und/oder Druck zu fördern. Das Lithiummetall und das Wirtsmaterial werden vorzugsweise zusammen mit einem Bindemittelpolymer und mindestens einem Lösungsmittel gemischt, um eine Aufschlämmung zu bilden. Die Aufschlämmung wird auf einen Stromkollektor aufgebracht und unter Bildung der Elektrode getrocknet. Alternativ kann eine Elektrode chemisch durch Eintauchen des Wirtsmaterials in eine Suspension von Lithiummetall in einer nicht wässrigen Flüssigkeit und dann Bilden des Wirtsmaterials zu einer Elektrode gebildet werden.
- In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann ein Wirtsmaterial in geschmolzenem Lithiummetall lithiiert werden, bevor es zur Bildung einer Elektrode verwendet wird. Ein Wirtsmaterial wird in geschmolzenem Lithiummetall dispergiert, in dem es lithiiert wird. Das feste, lithiierte Wirtsmaterial kann von dem geschmolzenen Lithiummetall getrennt werden und zur Bildung von Elektroden nach Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
- Nach anderen Ausführungsformen der Erfindung wird ein Lithiummetallpulver nicht notwendigerweise in das Wirtsmaterial aufgenommen, das zur Bildung einer Elektrode verwendet wird. Eine Elektrode, die in der Lage ist zu lithiieren und zu entlithiieren, kann durch Laminieren, Einbrennen (annealing) oder auf andere Weise Befestigen oder Einbetten einer Lithiumfolie oder eines Lithiumnetzes auf eine vorgefertigte Elektrode gebildet werden. Die Elektrode kann vor der Befestigung einer Lithiummetallfolie oder eines Lithiummetallnetzes Lithiummetall beinhalten oder nicht.
- Die vorliegende Erfindung beinhaltet ferner Verfahren zum Betreiben einer Batterie. Eine Batterie nach einigen Ausführungsformen der Erfindung wird in einem geladenen Zustand bereitgestellt. Die Batterie ist vorzugsweise im vollständig geladenen Zustand, wobei das Ganze entfernbare Lithium, das in der Batterie vorhanden ist, in der Anode der Batterie vorliegt. Die Batterie wird durch Transportieren von Lithiumionen von der Anode zur Kathode über den Elektrolyten oder die Elektrolyt/Separator-Kombination entladen. Die Batterie kann geladen oder wiederaufgeladen werden, indem Lithiumionen von der Kathode zur Anode durch den Elektrolyten transportiert werden, und dann wieder entladen werden, indem Lithiumionen von der Anode zur Kathode transportiert werden. Die Lade- und Entladeschritte können für zahlreiche Zyklen stattfinden, wobei die hohe spezifische Kapazität der aktiven Kathodenmassen und die sicheren Betriebsbedingungen aufrechterhalten bleiben.
- In anderen Ausführungsformen kann eine Batterie in einem nicht geladenen Zustand bereitgestellt werden, wie es bei herkömmlichen Lithium-Ion-Batterien bekannt ist. Das Lithiummetall kann in der Anode und der Kathode bereitgestellt werden. Die Anode einer herkömmlichen Lithium-Ion-Batterie kann z.B. durch eine Anode ersetzt werden, die Lithium und/oder teilweise oder vollständig lithiierte Wirtsmaterialien nach Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beinhaltet. Die Aufnahme eines Elektrolyten in die Batterie fördert eine Reaktion zwischen dem Elektrolyten und dem Lithiummetall in der Anode, wobei eine Festelektrolytgrenzschicht (SEI) an der Anode gebildet wird. Das erstmalige Laden der Batterie kann die Bildung der SEI beschleunigen. Die Bildung der SEI aus dem Lithiummetall in der Anode kann Kapazitätsverluste in der Batterie aufgrund irreversibler Kapazitätsverluste, die durch SEI-Verbrauch von Lithium aus der Kathode verursacht sind, verringern und/oder beseitigen.
- Diese und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden den Fachleuten unter Berücksichtigung der folgenden ausführlichen Beschreibung und der beigefügten Zeichnung, die sowohl die bevorzugten als auch alternative Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschreiben, schneller verständlich.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGSFIGUREN
- Die Erfindung kann rascher aus der folgenden Beschreibung der Erfindung bestimmt werden, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen gelesen wird, worin:
-
1 einen vereinfachten Akkumulatoraufbau einschließlich einer Kathode, einer Anode, eines Separators und eines Elektrolyten entsprechend der Erfindung veranschaulicht; -
2 Ergebnisse von einem Reaktivsystem-Screeninggerät-Test für Cyclohexan, Lithium und Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer veranschaulicht; -
3 Ergebnisse von einem Reaktivsystem-Screeninggerät-Test für Dimethylpropylenharnstoff mit Lithiumpulver veranschaulicht; -
4 eine Elektrode nach Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; und -
5 eine Elektrode nach Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. - AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
- In den Zeichnungen und der folgenden ausführlichen Beschreibung werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben, um die Durchführung der Erfindung zu ermöglichen. Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf diese bestimmten Ausführungsformen beschrieben wird, ist es verständlich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist. Die Erfindung beinhaltet zahlreiche Alternativen, Modifikationen und Äquivalente, wie es unter Berücksichtigung der folgenden ausführlichen Beschreibung und der begleitenden Zeichnungen ersichtlich wird.
- Wie in
1 veranschaulicht, betreffen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Batterie10 , einschließlich einer positiven Elektrode oder Kathode12 , einer negativen Elektrode oder Anode14 und eines Materials16 . Das Material16 kann einen Separator zum Trennen der Kathode12 und der Anode14 enthalten. Das Material16 kann auch einen Elektrolyten in elektrochemischer Verbindung mit der Kathode12 und der Anode14 enthalten. Die Batterie10 beinhaltet auch einen Stromkollektor20 in elektrischem Kontakt mit der Kathode12 und einen Stromkollektor22 in elektrischem Kontakt mit der Anode14 . Die Stromkollektoren20 und22 können miteinander über einen äußeren Stromkreis (nicht gezeigt) in elektrischem Kontakt sein. Die Batterie10 kann jeden in der Technik bekannten Aufbau aufweisen, wie z.B. als "spiralgewickelter" ("jelly roll") gestapelter Aufbau oder dgl. Obwohl verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf Anoden und Kathoden erläutert werden, ist verständlich, dass die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung für Elektroden im allgemeinen gelten und nicht auf entweder eine Anode oder eine Kathode beschränkt sind. - Die Kathode
12 ist aus einer aktiven Masse gebildet, die typischerweise mit einem kohlenstoffhaltigen Material und einem Bindemittelpolymer kombiniert ist. Die aktive Masse der Kathode12 ist vorzugsweise ein Material, das bei einer zweckmäßigen Spannung (z.B. 2,0 V bis 5,0 V gegen Lithium) lithiiert und/oder entlithiiert werden kann. Vorzugsweise können nicht lithiierte Materialien auf Basis von Mangan, Vanadium, Titan oder Molybdän, wie MnO2, V2O5, V6O13, MoO3, TiS2, MoS2 oder Mischungen davon, als aktive Masse verwendet werden. Bevorzugter wird MnO2 als aktive Kathodenmasse verwendet. Es können aber auch lithiierte Materialien verwendet werden, um die Kathode12 zu bilden. Es können z.B. LiMn2O4 oder LiV3O8 verwendet werden. Ferner kann es sich bei der aktiven Masse um ein mit Lithium gemischtes Material handeln. Eine aktive Masse kann z.B. mit Lithiumpulver gemischt werden. - Nicht lithiierte aktive Massen sind als aktive Masse der Kathode
12 bevorzugt, da sie im allgemeinen eine höhere spezifische Kapazität als lithiierte aktive Massen aufweisen und eine erhöhte Leistung gegenüber Batterien, die lithiierte aktive Massen enthalten, liefern können. Da die Anode14 Lithium enthält, ist es außerdem nicht notwendig, dass die Kathode12 ein lithiiertes Material enthält, damit die Batterie arbeitet. Die Menge an aktiver Masse, die in der Kathode12 vorgesehen wird, reicht vorzugsweise aus, um das entfernbare Lithium, das in der Anode14 vorhanden ist, aufzunehmen. Wenn z.B. MnO2 die aktive Masse der Kathode12 ist, dann ist vorzugsweise 1 Mol MnO2 in der Kathode12 pro Mol Lithium in der Anode14 vorhanden, um LiMnO2 in der Kathode12 bei Entladung zu bilden. - Das entfernbare Lithium für den Zyklus in der Batterie kann durch die Anode
14 bereitgestellt werden und die Batterie kann in einem vollständig geladenen Zustand zusammengestellt oder hergestellt werden. Die Herstellung der Batterie im vollständig geladenen Zustand ermöglicht die Verwendung von nicht lithiierten aktiven Massen, die lithiiert werden können, um die Kathode12 zu bilden. In anderen Ausführungsformen kann Lithiumpulver mit nicht lithiierten aktiven Massen gemischt werden, die lithiiert werden können, um die Kathode12 zu bilden, um eine entladene Kathode in einer Batterie zu liefern. Nichtsdestotrotz kann Kathode12 auch eine geringe Menge von einer oder mehreren lithiierten aktiven Massen (z.B. LiCoO2 oder LiNiO2) beinhalten, die kein weiteres Lithium bei einer Spannung zwischen 2,0 V und 5,0 V absorbieren, und die Batterie kann immer noch in einem hauptsächlich geladenen Zustand bereitgestellt werden. Die Kathode12 kann auch Lithiummetall (z.B. Lithiumpulver) beinhalten. Die Kathode weist vorzugsweise weniger als 50% (molar) und bevorzugter weniger als 10% (molar) des lithiierten Materials (z.B. LiCoO2, LiNiO2 oder Lithiumpulver) als aktive Masse auf. Weil LiCoO2 und LiNiO2 bei über 2,0 V kein weiteres Lithium absorbieren, verringert die Anwesenheit dieser Materialien in der Kathode12 nicht die Menge an aktiver Kathodenmasse, die erforderlich ist, um das entfernbare Lithium aus der Anode14 aufzunehmen. - Die Anode
14 kann aus einem Wirtsmaterial gebildet sein, das in der Lage ist, Lithium in einem elektrochemischen System mit Lithiummetall26 dispergiert im Wirtsmaterial zu absorbieren und zu desorbieren. Das in der Anode14 vorhandene Lithium kann z.B. in dem Wirtsmaterial24 eingelagert sein, eine Legierung damit bilden oder davon absorbiert sein, wenn die Batterie (und insbesondere die Anode14 ) wieder aufgeladen wird. Das Wirtsmaterial24 beinhaltet Materialien, die in der Lage sind, Lithium in einem elektrochemischen System zu absorbieren und zu desorbieren, wie kohlenstoffhaltige Materialien; Materialien, die Si, Sn, Zinnoxide oder Zinn-Kompositlegierungen und intermetallische Verbindungen enthalten; Übergangsmetalloxide, wie CoO; Lithiummetallnitride, wie Li3_xCoxN, worin 0 < x < 0,5, und Lithiummetalloxide, wie Li4Ti5O12. Das Wirtsmaterial24 beinhaltet bevorzugt Graphit. Außerdem kann das Wirtsmaterial24 eine kleine Menge Ruß (z.B. weniger als 5 Gew.-%) als ein leitfähiges Mittel beinhalten. Das Lithiummetall26 wird vorzugsweise in der Anode14 als feinteiliges Lithiumpulver bereitgestellt. Das Lithiummetall26 hat bevorzugter eine mittlere Teilchengröße von weniger als etwa 20 Mikron und sogar noch bevorzugter weniger als etwa 10 Mikron, obwohl auch größere Teilchengrößen verwendet werden können. Das Lithiummetall kann als pyrophores Pulver vorgesehen sein oder als stabilisiertes Pulver mit geringer Selbstentzündlichkeit, z.B. durch Behandlung des Lithiummetallpulvers mit CO2. - Die Anode
14 ist in der Lage, bei einem elektrochemischen Potential relativ zu Lithiummetall von mehr als 0,0 V bis weniger als oder gleich 1,5 V reversibel zu lithiierten und zu entlithiieren. Wenn das elektrochemische Potential gegen Lithium 0,0 V oder weniger ist, dann tritt das Lithiummetall während des Ladevorgangs nicht wieder in die Anode14 ein. Wenn alternativ das elektrochemische Potential größer als 1,5 V gegen Lithium ist, dann ist die Batteriespannung unzweckmäßig gering. Die Menge an Lithiummetall26 , die in der Anode14 vorhanden ist, ist vorzugsweise nicht mehr als die maximale Menge, die ausreicht, um in dem Wirtsmaterial24 in der Anode14 eingelagert zu werden, damit eine Legierung zu bilden oder davon absorbiert zu werden, wenn die Batterie wieder aufgeladen wird. Wenn das Wirtsmaterial24 z.B. Graphit ist, beträgt die Menge an Lithium26 vorzugsweise nicht mehr als die Menge, die ausreicht, um LiC6 zu bilden. Das Molverhältnis von Lithium zu Kohlenstoff in der Anode ist mit anderen Worten bevorzugt nicht mehr als 1 : 6. In anderen Ausführungsformen kann das Wirtsmaterial24 in der Anode14 aber vorlithiiert sein, so dass das Gesamtverhältnis von Lithium zu Kohlenstoff oder Wirtsmaterial24 größer als 1 : 6 ist. - Gemäß Ausführungsformen der Erfindung kann die Anode
14 hergestellt werden, indem ein Wirtsmaterial24 bereitgestellt wird, das in der Lage ist, Lithium in einem elektrochemischen System zu absorbieren und zu desorbieren, Lithiummetall26 in dem Wirtsmaterial24 dispergiert wird und das Wirtsmaterial24 und das darin dispergierte Lithiummetall26 zu einer Anode geformt werden. Das Wirtsmaterial24 kann auch vor der Bildung der Anode14 vorlithiiert werden. Das Lithiummetall26 und das Wirtsmaterial24 werden bevorzugt mit einer nicht-wässrigen Flüssigkeit und einem Bindemittel gemischt und in eine Aufschlämmung überführt. Die Aufschlämmung wird dann zur Bildung der Anode14 verwendet, z.B. durch Beschichten eines Stromkollektors22 mit der Aufschlämmung und dann Trocknen der Aufschlämmung. - Die Bildung einer Anode
14 oder eines anderen Typs von Elektrode nach den Ausführungsformen der Erfindung wird durch Kombinieren eines Lithiummetallpulvers, eines Wirtsmaterials aus feinen Teilchen, eines Bindemittelpolymers und eines Lösungsmittels unter Bildung einer Aufschlämmung erreicht. Die Aufschlämmung kann auf einen Stromkollektor aufgetragen und getrocknet werden, um die Anode14 zu bilden. Ein Lithiummetallpulver kann z.B. mit einem Wirtsmaterial aus feinen Teilchen, wie Mesocarbon-Mikrokügelchen (MCMB), Graphit, Ruß oder anderen Lithium-Ion-Anodenmaterialien unter Bildung einer Mischung kombiniert werden. Ein Bindemittelpolymer und ein Lösungsmittel können mit der Mischung kombiniert werden, um die gewünschte Aufschlämmung zu bilden. Zur Bildung einer Anode14 wird die Aufschlämmung auf einen Stromkollektor, wie eine Kupferfolie oder ein Kupfernetz, aufgetragen und trocknen gelassen. Die getrocknete Aufschlämmung auf dem Stromkollektor, die zusammen die Elektrode bilden, wird gepresst, um die Bildung der Anode zu vervollständigen. Der Pressvorgang der Elektrode nach dem Trocknen verdichtet die Elektrode, so dass aktive Masse in das Volumen der Anode14 passt. Das Pressen der Elektrode beinhaltet typischerweise das Hindurchführen der Elektrode durch ein Paar oder eine Reihe von Paaren von Polierwalzen mit einem voreingestellten Spalt zwischen den beiden Walzen oder durch Verwendung einer anderen Presstechnik. Das Pressen kann auch mit einem voreingestellten Druck erfolgen. Die Kombination getrocknete Aufschlämmung und Stromkollektor liefern die Anode14 . - Für einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann es zweckmäßig sein, ein Wirtsmaterial
24 vorzulithiieren. Für die Zwecke dieser Erfindung bezieht sich der Ausdruck "vorlithiieren", wenn verwendet, unter Bezugnahme auf ein Wirtsmaterial24 auf die Lithiierung des Wirtsmaterials24 vor dem Kontakt des Wirtsmaterials mit einem Elektrolyten. Die Vorlithiierung eines Wirtsmaterials kann den irreversiblen Kapazitätsverlust in einer Batterie verringern, der durch die irreversible Reaktion zwischen den Teilchen des Lithiummetallpulvers in einer Elektrode und einem Elektrolyten parallel mit der Lithiierung des Wirtsmaterials verursacht wird. - Die Vorlithiierung eines Wirtsmaterials
24 nach Ausführungsformen der Erfindung erfolgt vorzugsweise durch Kontaktieren des Wirtsmaterials24 mit Lithiummetall. Zum Beispiel kann ein Wirtsmaterial24 mit einem trockenen Lithiummetallpulver oder Lithiummetallpulver suspendiert in einem Fluid oder einer Lösung kontaktiert werden. Der Kontakt zwischen dem Lithiummetallpulver und dem Wirtsmaterial24 lithiiert das Wirtsmaterial, wodurch das Wirtsmaterial24 vorlithiiert wird. - In einigen Ausführungsformen werden ein Wirtsmaterial
24 und ein trockenes Lithiummetallpulver zusammengemischt, so dass zumindest ein Teil des Wirtsmaterials24 mit mindestens einem Teil des Lithiummetallpulvers in Kontakt kommt. Ein heftiges Rühren oder eine andere Bewegung können eingesetzt werden, um den Kontakt zwischen dem Wirtsmaterial24 und dem Lithiummetallpulver zu fördern. Der Kontakt zwischen dem Lithiummetallpulver und dem Wirtsmaterial24 führt zu einer teilweisen Lithiierung des Wirtsmaterials24 , was ein vorlithiiertes Wirtsmaterial24 ergibt. - Die Vorlithiierung eines Wirtsmaterials
24 kann bei Raumtemperatur durchgeführt werden. In verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird die Vorlithiierung des Wirtsmaterials24 aber bei Temperaturen über etwa 40°C durchgeführt. Die Vorlithiierung, die bei Temperaturen über Raumtemperatur oder über etwa 40°C durchgeführt wird, erhöht die Wechselwirkung und/oder Diffusion zwischen einem Lithiummetallpulver und einem Wirtsmaterial24 , was die Menge an Wirtsmaterial24 , die in einem gegebenen Zeitraum lithiiert werden kann, erhöht. - Wenn Lithiummetallpulver Temperaturen über Raumtemperatur ausgesetzt wird, wird es weicher und/oder verformbarer. Wenn es mit einer anderen Substanz gemischt wird, hat das weichere Lithiummetallpulver mehr Kontakt mit einer damit gemischten Substanz. Die Wechselwirkung und/oder Diffusion zwischen einer Mischung von Lithiummetallpulver und einem Wirtsmaterial
24 , die bewegt wird, ist z.B. geringer bei Raumtemperatur als wenn die Temperatur der Mischung über Raumtemperatur erhöht wird. Die Steigerung des Kontakts zwischen einem Lithiummetallpulver und einer reaktiven Spezies, wie eines Wirtsmaterials24 , erhöht den Lithiierungsgrad der reaktiven Spezies. Durch Erhöhung der Temperatur einer Mischung von Lithiummetallpulver und Wirtsmaterial24 erhöht sich daher die Wechselwirkung und/oder Diffusion zwischen den beiden Substanzen, was auch die Lithiierung des Wirtsmaterials24 erhöht. - In bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird die Temperatur einer Mischung von Lithiummetallpulver und Wirtsmaterial
24 erhöht, um die Lithiierung des Wirtsmaterials24 zu fördern. Die Temperatur der Mischung wird bevorzugt bei oder unterhalb des Schmelzpunktes von Lithium gehalten. Obwohl eine erhöhte Temperatur die Lithiierung fördert, ist eine Pulverform von Lithiummetall für derartige Lithiumreaktionen bevorzugt. Die Temperatur einer Mischung von Lithiummetallpulver und einem Wirtsmaterial24 kann z.B. auf etwa 180°C oder weniger erhöht werden, um die Lithiierung des Wirtsmaterials24 zu fördern. Die Temperatur einer Mischung von Lithiummetallpulver und Wirtsmaterial24 kann bevorzugter auf zwischen etwa 40°C und etwa 150°C erhöht werden, um die Lithiierung des Wirtsmaterials24 zu fördern. Ein auf diese Weise lithiiertes Wirtsmaterial24 ergibt ein vorlithiiertes Wirtsmaterial24 . - In anderen Ausführungsformen wird ein Wirtsmaterial
24 in eine Lösung gegeben, die Lithiummetallpulver enthält. Die Lösung kann z.B. Mineralöl und/oder andere Lösungsmittel oder Flüssigkeiten enthalten, die bevorzugt inert oder nicht reaktiv mit Lithiummetallpulver in der Lösung sind. Wenn mit der Lösung gemischt, wird die Lösung vorzugsweise in einer solchen Weise bewegt, dass der Kontakt zwischen dem Wirtsmaterial24 und dem Lithiummetallpulver gefördert wird. Der Kontakt zwischen dem Wirtsmaterial24 und dem Lithiummetallpulver fördert die Lithiierung des Wirtsmaterials24 , was ein vorlithiiertes Wirtsmaterial24 ergibt, das zur Bildung einer Elektrode verwendet werden kann. - In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird Lithium aus Quellen, die sich von Lithiummetallpulver unterscheiden, in eine Elektrode eingeführt. Ein Wirtsmaterial
24 kann in geschmolzenem Lithiummetall lithiiert werden. Die Zugabe von pulvrigem Wirtsmaterial24 oder Teilchen von Wirtsmaterial24 zu geschmolzenem Lithiummetall fördert den Kontakt zwischen dem Wirtsmaterial24 und dem Lithiummetall, was zur Lithiierung des Wirtsmaterials24 führt. Die Bewegung (Rühren oder Schütteln) der Mischung von Wirtsmaterial24 und geschmolzenem Lithiummetall fördert die Lithiierung des Wirtsmaterials24 weiter. Das sich ergebende lithiierte Wirtsmaterial24 ist ein Feststoff, der von dem geschmolzenen Lithiummetall getrennt und zur Herstellung von Elektroden unter Verwendung von Verfahren, die den hier beschriebenen ähneln, verwendet werden kann. - Zum Beispiel kann pulvriges Graphit mit geschmolzenem Lithiummetall gemischt werden, so dass das geschmolzene Lithiummetall im wesentlichen das pulvrige Graphit benetzt. Der Kontakt zwischen dem pulvrigen Graphit und dem geschmolzenen Lithiummetall führt zu der teilweisen Lithiierung des pulvrigen Graphits. Eine Bewegung (Rühren oder Schütteln) der Mischung von pulvrigem Graphit und geschmolzenem Lithiummetall fördert den Kontakt zwischen dem pulvrigen Graphit und dem geschmolzenen Lithiummetall weiter, was zur Lithiierung des pulvrigen Graphits führt. Die festen, lithiierten Graphitteilchen können aus dem geschmolzenen Lithiummetall unter Verwendung bekannter Verfahren zur Entfernung von Feststoffen aus Flüssigkeiten, wie durch Filtration, Hydrozyklontrennung oder dgl., entfernt werden. Das sich ergebende Produkt ist ein lithiiertes, pulvriges Graphitmaterial, das bei der Herstellung von Elektroden, wie Anoden und Kathoden, verwendet werden kann.
- In jenen Ausführungsformen, in denen die Lithiierung eines Wirtsmaterials mit geschmolzenen Lithiummetall erfolgt, kann das lithiierte, pulvrige Wirtsmaterial
24 zu einer Elektrode unter Verwendung der Elektrodenbildungsverfahren der vorliegenden Erfindung gebildet werden. Wenn ein lithiiertes, pulvriges Wirtsmaterial24 verwendet wird, kann es sein, dass zusätzliches Lithiumpulver in der Elektrode nicht notwendig ist, außer wenn in Abhängigkeit von der Auswahl des Elektrolyten eine anfängliche Passivierungsreaktion zwischen dem lithiierten Wirtsmaterial und dem Elektrolyten stattfindet. Daher kann ein lithiiertes, pulvriges Wirtsmaterial24 anstelle des Wirtsmaterials24 und Lithiummetallpulver in verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden. Obwohl zusätzliches Lithiummetallpulver vielleicht nicht erforderlich ist, wenn eine Elektrode aus einem lithiierten, pulvrigen Wirtsmaterial24 gebildet wird, kann, wenn gewünscht, Lithiummetallpulver zugegeben werden, z.B. um Lithium auszugleichen, das während der anfänglichen Passivierungsreaktion zwischen dem lithiierten Wirtsmaterial und dem Elektrolyten verloren gehen kann. - Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können Elektroden aus vorlithiierten Wirtsmaterialen
24 hergestellt werden. Ein vorlithiiertes Wirtsmaterial24 , das aus den Mischungen oder Lösungen, die hier beschrieben sind, gewonnen wird, kann getrennt und zur Bildung einer Elektrode verwendet werden. Alternativ kann die Mischung oder Lösung, die einen Teil des vorlithiierten Wirtsmaterials24 enthalten, verwendet werden, um eine Elektrode ohne Trennung des vorlithiierten Wirtsmaterials24 zu bilden. - Die Menge der Vorlithiierung im Wirtsmaterial
24 kann für die bestimmte Anwendung, für die das Wirtsmaterial24 verwendet werden soll, eingestellt werden. Vorlithiierte Wirtsmaterialien24 können einen Prozentsatz an Vorlithiierung zwischen 0% und 100% beinhalten. Das Wirtsmaterial24 kann mit anderen Worten vollständig lithiiert oder nur teilweise lithiiert sein. Elektroden, die gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gebildet werden, beinhalten vorzugsweise ein vorlithiiertes Wirtsmaterial24 . - Die Menge an Lithium, die zur Bildung einer Elektrode unter Verwendung eines vorlithiierten Wirtsmaterials
24 nach den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erforderlich ist, kann in Abhängigkeit von dem Grad der Vorlithiierung, der in dem Wirtsmaterial24 stattgefunden hat, variieren. Umso größer der Grad an Vorlithiierung im Wirtsmaterial24 , umso weniger Lithium ist in der Elektrode erforderlich. Wenn z.B. das Wirtsmaterial24 einer Anode vorlithiiert ist, so dass 90% des Wirtsmaterials24 , das lithiiert wird, lithiiert worden ist, kann eine geringere Menge an Lithium für die Anodenbildung erforderlich sein. - Die Vorlithiierung eines Wirtsmaterials
24 kann auch unter Verwendung von Druck bewerkstelligt werden. Die Anwendung von Druck auf eine Mischung von Lithiummetallpulver und einem Wirtsmaterial24 erhöht den Kontakt zwischen dem Lithiummetallpulver und dem Wirtsmaterial24 , wodurch die Lithiierung des Wirtsmaterials24 gefördert wird. - Nach Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird eine Mischung von Lithiummetallpulver und Wirtsmaterial
24 gepresst, um den Kontakt zwischen dem Lithiummetallpulver und dem Wirtsmaterial24 zu unterstützen. Die Mischung kann durch verschiedene Verfahren zur Anwendung von Druck auf eine Substanz oder eine Verbindung gepresst werden. Der erhöhte Kontakt aufgrund des Drucks fördert die Lithiierung des Wirtsmaterials24 . - In anderen Ausführungsformen der Erfindung wird Druck auf eine Mischung von Lithiummetallpulver und Wirtsmaterial
24 angewendet, um die Lithiierung des Wirtsmaterials24 zu fördern. Druck kann z.B. durch Kalandrieren und/oder Verwendung eines Werkzeugs kombiniert mit Stanzvermögen oder irgendein anderes Verfahren angewendet werden, wobei deren Auswahl im Fachwissen des Fachmanns liegt. - Nach Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden Lithiummetallpulver und Graphit, ein Wirtsmaterial, gemischt und gepresst, um zu bestimmen, ob die Mischung irgendeine Änderung eingeht. In diesen Versuchen zeigten die Mischungen nach dem Pressen eine Farbänderung. Die Farbänderung zeigt an, dass der Graphit oder das Wirtsmaterial
24 eine Lithiierung eingeht. Die Farbe der Mischungen von Lithiummetallpulver und Graphit änderten sich z.B. von schwarz zu bronzefarben. Die Bronzefarbe des gepressten Materials war die gleiche Farbe wie bei lithiiertem Graphit. - Andere Substanzen können auch mit dem Lithiummetallpulver und dem Wirtsmaterial
24 vor dem Pressen oder der Druckanwendung gemischt werden. Die Lithiierung des Wirtsmaterials24 , die durch Pressen oder Druckanwendung bewirkt wird, kann durch die Anwesenheit derartiger Materialien beeinflusst werden oder nicht. Ein Lithiummetall26 und ein Wirtsmaterial24 können z.B. mit einem Bindemittelpolymer und/oder einem leitfähigen Mittel vor dem Pressen oder der Druckanwendung gemischt werden. Die Anwendung von Druck auf die Mischung lithiiert das Wirtsmaterial24 . Das Pressen oder die Druckanwendung wird aber bevorzugt vor der Zugabe von Aufschlämmungslösungsmittel oder der Bildung einer Aufschlämmung des Lithiummetallpulvers, des Wirtsmaterials24 und der anderen Bestandteile durchgeführt. - Es ist auch festgestellt worden, dass die Vorlithiierung eines Wirtsmaterials
24 als Ergebnis des Pressprozesses während der Bildung einer Elektrode stattfinden kann. Das Pressen einer Kombination von getrockneter Aufschlämmung und Stromkollektor startet die Lithiierung des Wirtsmaterials24 in der getrockneten Aufschlämmung. Der durch Pressen verursachte Druck fördert den Kontakt zwischen dem Lithiummetallpulver und dem Wirtsmaterial in der getrockneten Aufschlämmung, was zur Lithiierung des Wirtsmaterials24 führt. Es ist auch festgestellt worden, dass die Lithiierung des Wirtsmaterials24 , die durch das Pressen bewirkt wird, zur Anwesenheit von Hohlräumen in der getrockneten Beschichtung führt. Die Hohlräume scheinen ein Nebenprodukt der Lithiierungsreaktion zu sein, z.B. Raum, der von Lithium zurückgelassen wird, wenn das Wirtsmaterial24 lithiiert wird. Das Vorhandensein von zu viel Hohlraum in einer Elektrode ist aber unzweckmäßig, da es die Elektrodendichte und dadurch die Energiedichte der Batterie verringert. - Die Hohlräume, die durch Lithiierung verursacht werden, die während des Pressvorgangs der getrockneten Aufschlämmung auftreten, können verringert oder beseitigt werden, indem die gepresste getrocknete Aufschlämmung einem zweiten Pressprozess unterworfen wird. Nach verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird eine Kombination von einer gepressten getrockneten Aufschlämmung und einem Stromkollektor während eines zweiten Pressvorgangs erneut gepresst, um durch das erste Pressen verursachte Hohlräume zu beseitigen oder zu verringern. Das zweite Pressen verdichtet außerdem die getrocknete Aufschlämmung, was die Dichte der gepressten, getrockneten Aufschlämmung erhöht. Die erhöhte Dichte der getrockneten Aufschlämmung erhöht die volumetrische Energiedichte einer Elektrode und/oder einer Batterie, die aus der Kombination von getrockneter Aufschlämmung und Stromkollektor gebildet ist. Sowohl die volumetrische als auch die gravimetrische Energiedichte sind für Batterien wichtig. Während die gravimetrische Energiedichte für große Batterien, wie in Autos, wichtiger ist, ist die volumetrische Energiedichte für kleine Batterien, wie in Mobiltelefonen, wichtiger.
- Eine Aufschlämmung enthaltend ein Graphit-Wirtsmaterial und Lithiummetallpulver kann z.B. auf einen Stromkollektor aufgetragen werden. Nach dem Trocknen wird die getrocknete Aufschlämmung einem Pressprozess unterworfen. Der Pressprozess fördert die Lithiierung des Graphits in der getrockneten Aufschlämmung. Die Lithiierung des Graphits führt zur Bildung von Hohlräumen in der getrockneten Aufschlämmung. Ein zweites Pressen der Kombination von getrockneter Aufschlämmung und Stromkollektor verringert das Volumen der Hohlräume in der gepressten, getrockneten Aufschlämmung und erhöht die Dichte der getrockneten Aufschlämmung. Die sich ergebende Kombination von getrockneter Aufschlämmung und Stromkollektor kann zur Bildung einer Elektrode mit einem vorlithiierten Wirtsmaterial
24 verwendet werden. - In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann eine auf einen Stromkollektor aufgetragene getrocknete Aufschlämmung mehrfachen Pressvorgängen unterworfen werden, um die Lithiierung des Wirtsmaterials
24 in der getrockneten Aufschlämmung zu fördern und das Volumen der durch diese Lithiierung verursachten Hohlräume zu verringern. Mehrfache Pressvorgänge erhöhen auch die Dichte der Kombination von getrockneter Aufschlämmung und Stromkollektor, was die volumetrische Energiedichte von einer Elektrode erhöht, die aus der Kombination von getrockneter Aufschlämmung und Stromkollektor gebildet wird. - In anderen Ausführungsformen der Erfindung wird die Lithiierung eines Wirtsmaterials in einer getrockneten Aufschlämmung, das gepresst wird, durch Erhöhung der Temperatur beim Pressvorgang gefördert. Die Lithiierung eines Wirtsmaterials in einer getrockneten Aufschlämmung, die durch Pressen oder Anwenden von Druck auf eine getrocknete Aufschlämmung verursacht wird, ist bei Raumtemperatur langsam. Um die Lithiierung des Wirtsmaterials in einer getrockneten Aufschlämmung während des Pressens zu beschleunigen, kann die Temperatur beim Pressen erhöht werden.
- Es wird angenommen, dass die Erhöhung der Temperatur während einees Pressvorgangs das Lithiummetallpulver in der getrockneten Aufschlämmung erweicht, wodurch der Kontakt des Lithiummetallpulvers mit dem Wirtsmaterial
24 erhöht wird. Der gesteigerte Kontakt zwischen dem Lithiummetallpulver und dem Wirtsmetall24 fördert die Lithiierung des Wirtsmaterials24 . Wenn die Temperatur des Pressvorgangs erhöht wird, erhöht sich die Lithiierung des Wirtsmaterials24 . - Die Beschleunigung der Lithiierung, die durch die erhöhte Temperatur beim Pressprozess verursacht wird, dient außerdem zur Verringerung des Volumens von Hohlräumen in der getrockneten Aufschlämmung, die gepresst wird. Wenn Lithiierung in der getrockneten Aufschlämmung stattfindet, treten Hohlräume auf. Die Beschleunigung der Lithiierung, die durch die erhöhten Temperaturen beim Pressvorgang bewirkt werden, erhöhen die Menge oder das Volumen von Hohlräumen, die in einem gegebenen Zeitraum innerhalb der getrockneten Aufschlämmung während des Pressens gebildet werden. Die Hohlräume werden aber durch den Druck, der auf die getrocknete Aufschlämmung ausgeübt wird, wenn die Lithiierung stattfindet, verringert oder beseitigt. Die Verringerung von Hohlräumen erhöht die Dichte der getrockneten Aufschlämmung.
- Getrocknete Aufschlämmungen, die bei erhöhten Temperaturen gepresst wurden, zeigen eine stärkere Lithiierung der Wirtsmaterialien in der getrockneten Aufschlämmung verglichen mit getrockneten Aufschlämmungen, die bei Raumtemperatur über den gleichen Zeitraum gepresst werden. Getrocknete Aufschlämmungen, die bei erhöhten Temperaturen gepresst werden, zeigen ferner höhere Dichten aufgrund der erhöhten Produktion von Hohlräumen, die durch die schnellere Lithiierung bewirkt wird, und die Reduktion von Hohlräumen, die durch den Druck des Pressvorgangs verursacht wird.
- In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann eine Elektrode mit einem lithiierten Wirtsmaterial ohne Zugabe von Lithiummetallpulver durch Laminieren von Lithiummetallfolie, -netz oder anderen -stücken auf eine Elektrode mit einem Wirtsmaterial gebildet werden. Die Laminierung eines Lithiummetalls auf eine Elektrode bewirkt den Kontakt zwischen dem Lithiummetall und dem Wirtsmaterial in der Elektrode. Dieser Kontakt führt zur Lithiierung des Wirtsmaterials, insbesondere wenn ein Elektrolyt das Material kontaktiert, wenn es in einer Batterie verwendet wird.
- Eine Elektrode
410 enthaltend ein Wirtsmaterial, wie Graphit, wird z.B. in4 veranschaulicht. Eine Lithiummetallfolie420 wird auf die Elektrode410 laminiert, was eine Schicht von Lithiummetallfolie420 über zumindest einem Teil der Elektrode410 bildet. Der Kontakt zwischen der Lithiummetallfolie420 und dem Wirtsmaterial führt zur Lithiierung zumindest eines Teils des Wirtsmaterials, insbesondere wenn der Elektrolyt zugegeben ist. - Die Laminierung der Lithiummetallfolie
420 auf die Elektrode410 kann durch Pressen der Lithiummetallfolie420 in die Elektrode410 bewerkstelligt werden. Da Lithiummetallfolien ziemlich weich sind, können Laminierungsverfahren bei Raumtemperatur oder bei höheren Temperaturen durchgeführt werden. Wenn die Laminierungstemperaturen Raumtemperatur übersteigen, kann die Lithiierung des Wirtsmaterials in der Elektrode410 während des Laminierungsverfahrens selbst stattfinden und kann sogar beschleunigt werden. Es wird angenommen, dass höhere Temperaturen die Lithiummetallfolie420 erweichen, was den Kontakt zwischen der Lithiummetallfolie420 und dem Wirtsmaterial steigert. Der größere Kontakt und die höhere Diffusionsrate von Lithium bei höheren Temperaturen steigern die Lithiierung im Wirtsmaterial. Temperaturen, bei denen eine Lithiummetallfolie420 auf eine Elektrode410 laminiert werden kann, liegen im Bereich zwischen etwa 10°C und etwa 150°C und vorzugsweise zwischen etwa 30°C und etwa 120°C. - Die Elektrode
410 , auf welche die Lithiummetallfolie420 laminiert wird, kann vorlithiiertes Wirtsmaterial enthalten oder nicht. Das Wirtsmaterial in Elektroden410 mit nicht lithiierten Wirtsmaterialien kann durch das Laminierungsverfahren lithiiert werden. Die Wirtsmaterialien in Elektroden410 , die zumindest teilweise lithiiertes Wirtsmaterial enthalten, können in ähnlicher Weise unter Verwendung der hier beschriebenen Laminierungsverfahren weiter lithiiert werden. - In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann ein Lithiumnetz
430 zu einer vorgefertigten Elektrode410 hinzugefügt werden, wie in5 veranschaulicht. Die Zugabe des Lithiumnetzes430 ähnelt der Laminierung einer Lithiummetallfolie420 auf einer Elektrode410 . Das Lithiumnetz430 kann auf die Elektrode410 gepresst werden oder auf andere Weise auf die Elektrode410 laminiert werden. Der Kontakt zwischen dem Lithiummetall in dem Lithiummetallnetz430 und dem Wirts material der Elektrode410 initiiert die Lithiierung des Wirtsmaterials, wo das Lithiumnetz das Wirtsmaterial kontaktiert. Die Laminierung oder Befestigung des Lithiumnetzes430 auf die Elektrode410 kann bei Raumtemperatur oder höheren Temperaturen erfolgen, wie zwischen etwa 10°C und etwa 150°C. - Obwohl der Kontakt zwischen dem Lithiummetallnetz
430 und dem Wirtsmaterial der Elektrode410 die Lithiierung des Wirtsmaterials initiieren kann, ist die Lithiierung nicht notwendig. Während der Bildung einer Batterie unter Verwendung einer Elektrode410 mit einem Lithiummetallnetz430 , das daran befestigt ist, kontaktiert der Elektrolyt das Lithiummetallnetz430 und wird durch das Lithiummetallnetz430 in die Elektrode410 geführt. Der Elektrolyt im Kontakt mit sowohl dem Wirtsmaterial in der Elektrode als auch dem Lithiumnetz vervollständigt einen Pfad für den Lithiumionentransport zwischen dem Lithiummetallnetz430 und dem Wirtsmaterial, was die Lithiierung des Wirtsmaterials in der Elektrode410 erleichtert. - Die Gestalt und die Größe des Lithiumnetzes
430 ist in der vorliegenden Erfindung nicht beschränkt. Es ist ferner verständlich, dass andere Lithiummetallstücke als Ersatz oder anstelle von oder in Kombination mit der Lithiummetallfolie420 oder dem Lithiumnetz430 der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Die Laminierung von Lithiummetallstücken in eine Elektrode410 nach Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann zur Einführung von Lithium in die vorgefertigte Elektrode enthaltend das Wirtsmaterial verwendet werden. Die Lithiierung des Wirtsmaterials durch das eingeführte Lithium kann während oder nach der Laminierung, wie während der Elektrolytzugabe, erfolgen. - In noch anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann eine dünne Lithiumschicht auf der Oberfläche einer vorgefertigten Elektrode unter Verwendung herkömmlicher Dünnschichttechniken, wie thermischer Verdampfung, Elektronenstrahlverdampfung, Sputtern und Laserablation, abgeschieden werden. Ein Vakuum wird während des Abscheidungsverfahrens verwendet, um Reaktivität zwischen dem atomaren Lithium und Molekülen von mit Lithium reaktiven Substanzen, wie Wasser, Sauerstoff und Stickstoff, zu vermeiden. Ein Vakuum von mehr als 1 milliTorr (10E–03 Torr) ist vorzugsweise zweckmäßig. Bei Verwendung der Elektronenstrahlabscheidung ist ein Vakuum von 10E–04 Torr zweckmäßig und ein Vakuum von 10E–06 Torr bevorzugt, um Wechselwirkung zwischen dem Elektronenstrahl und restlichen Luftmolekülen zu vermeiden.
- Die Verdampfungsabscheidungstechniken nach Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beinhalten die Erwärmung von Lithiummetall, um Lithiumdampf zu bilden. Das Lithiummetall kann durch einen Elektronenstrahl oder durch den spezifischen Widerstand des elektrischen Stroms auf oder um das Lithiummetall erwärmt werden. Der Lithiumdampf scheidet Lithium auf einem Substrat ab, wie einer vorgefertigten Elektrode. Zur Förderung der Abscheidung von Lithiummetall kann das Substrat gekühlt oder bei einer niedrigeren Temperatur als der Temperatur des Lithiumdampfes gehalten werden. Ein Dicke-Kontrollgerät, wie ein Quarzkristall-Kontrollgerät, kann in der Nähe des Substrats platziert werden, um die Dicke der abgeschiedenen Schicht zu überwachen. Das Kontrollgerät kann passiv oder aktiv sein, wobei es mit einer Rückkopplungsschleife verbunden sein kann, um die Abscheidungsrate von Lithium durch Steuern der Lithiumdampfbildung zu steuern, wenn die gewünschte Abscheidungsdicke erreicht worden ist.
- Laserablations- und Sputtertechniken können verwendet werden, um das Wachstum von dünnen Lithiumschichten auf vorgefertigten Elektroden zu fördern. Es können z.B. Argonionen beim Sputterverfahren verwendet werden, um ein festes Lithiummetalltarget zu beschießen. Der Beschuss schlägt Lithium aus dem Target und scheidet es auf der Oberfläche eines Substrats ab. Laserablationsverfahren können verwendet werden, um Lithium aus einem Lithiumtarget abzuschlagen. Das abgetrennte Lithium wird dann auf einem Substrat, wie einer vorgefertigten Elektrode, abgeschieden.
- Im Anschluss an die Bildung einer Lithiumschicht unter Verwendung eines Abscheidungsverfahrens kann ein geeignetes Gas, wie Kohlendioxid, mit den mit Lithium beschichteten Elektroden kontaktiert werden, um eine Passivierungsschicht über der Lithiumschicht zu bilden, was die Handhabung der geschichteten Elektrode außerhalb der Vakuumumgebung erleichtert.
- Bei anderen Ausführungsformen kann die vorgefertigte Elektrode während der Lithiumabscheidung maskiert werden, so dass das auf der vorgefertigten Elektrode abgeschiedene Lithiummetall in einem gewünschten Muster abgeschieden wird. Alternativ könnte eine kontinuierlich gebildete Schicht mit Löchern oder Öffnungen nach der Abscheidung aufgedruckt werden, damit der Elektrolyt in die Elektrode gelangen kann, was die Lithiierung des Wirtsmaterials in der Elektrode erleichtert.
- Bindemittelpolymere, die mit Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden, beinhalten Bindemittelpolymere, die mit dem Lithium in der Anode
14 in ausreichender Weise unreaktiv sind. Bindemittelpolymere, die in der Lage sind, die Stabilität von Lithium während des Bildungsverfahrens der Anode14 beizubehalten und stabile Anoden14 zu liefern, sind bevorzugt. Außerdem sind die Bindemittelpolymere vorzugsweise in einem ausgewählten Lösungsmittel oder Co-Lösungsmittel bei den Temperaturen, die beim Herstellungsverfahren der Anode14 verwendet werden, löslich. Einige Beispiele für bevorzugte Bindemittelpolymere, die mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, beinhalten Polyvinylidenfluorid, Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer, Ethylen-Propylen-Dienmonomer, Ethylen-Acrylsäure, Ethylen-Vinylacetat und Styrol-Butadien-Kautschuk. - Die in den Ausführungsformen der Erfindung eingesetzten Lösungsmittel müssen ebenfalls mit dem Lithiummetall und den Bindemittelpolymeren bei den Temperaturen, die in dem Herstellungsverfahren der Anode
14 verwendet werden, unreaktiv sein. Ein Lösungsmittel oder Co-Lösungsmittel besitzt vorzugsweise eine ausreichende Flüchtigkeit, um ohne weiteres aus einer Aufschlämmung zu verdampfen, um die Trocknung einer auf einen Stromkollektor aufgetragenen Aufschlämmung zu fördern. Lösungsmittel können z.B. acyclische Kohlenwasserstoffe, cyclische Kohlenwasserstoffe, aromatische Kohlenwasserstoffe, symmetrische Ether, unsymmetrische Ether und cyclische Ether beinhalten. - Lithiummetall, das mit verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, kann als Lithiumpulver bereitgestellt werden. Das Lithiumpulver kann behandelt oder in anderer Weise für die Stabilität während des Transports konditioniert werden. Trockenes Lithiumpulver kann z.B. in Anwesenheit von Kohlendioxid gebildet werden, wie es herkömmlich bekannt ist. Das trockene Lithiumpulver kann mit verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Alternativ kann das Lithiumpulver als Suspension gebildet werden, wie als Suspension einer Mineralöllösung oder von anderen Lösungsmitteln. Die Bildung von Lithiumpulver in einer Lösungsmittelsuspension kann die Herstellung von kleineren Lithiummetallteilchen erleichtern. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann das Lithiumpulver in einem Lösungsmittel gebildet werden, das mit verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann. Das Lithiummetallpulver, das in dem Lösungsmittel gebildet ist, kann in dem Lösungsmittel transportiert werden. Die Mischung von Lithiummetallpulver und Lösungsmittel kann ferner bei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, was einen Mischschritt beim Elektrodenherstellungsverfahren vermeiden kann, da das Lösungsmittel und Lithiummetallpulver als eine Komponente zur Verfügung stehen. Dies kann die Herstellungskosten senken und die Verwendung von kleineren oder feineren Lithiummetallpulver-Teilchen für die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglichen.
- Verschiedene Kombinationen von Bindemittelpolymer und Lösungsmittel wurden mit den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung getestet, um Paare von Bindemittelpolymer und Lösungsmittel zu bestimmen, die kompatibel und stabil sind. Ferner wurden Anoden
14 , die aus den Paaren Bindemittelpolymer – Lösungsmittel gebildet wurden, getestet, um die Kompatibilität sicherzustellen. Bevorzugte Paare Bindemittelpolymer – Lösungsmittel zur Verwendung bei der Herstellung von Anoden14 nach einigen Ausführungsformen der Erfindung sind in Tabelle I aufgeführt. - Es ist verständlich, dass zusätzliche Paare Bindemittelpolymer – Lösungsmittel auch verwendet oder kombiniert werden können, um Aufschlämmungen und Anoden
14 entsprechend den Ausführungsformen der Erfindung zu bilden. Veranschaulichende Beispiele für Tests, die ausgeführt wurden, um die Möglichkeit zur Verwendung von unterschiedlichen Bindemittelpolymeren, Lösungsmitteln und Paaren Bindemittelpolymer – Lösungsmittel mit verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu bestimmen, sind in den Beispielen 1 bis 3 beschrieben. - Beispiel 1 – Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer und Cyclohexan
- Eine Beschichtungslösung enthaltend Cyclohexan, Lithiumpulver und Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer (Nordel® IP 4570) wurde auf thermische Stabilität über den interessierenden Temperaturbereich getestet. Die Lösung bestand aus 8,8 ml Cyclohexan, 0,24 g Lithiumpulver und 0,127 g Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer.
- Ein Reaktivsystem-Screeninggerät wurde als Kalorimeter der Wahl eingesetzt. Während des Tests wurde der Druck innerhalb der Kammer unter Verwendung von Argon auf 200 psi, Überdruck eingestellt, um die Prüfung des Systems über dem Siedepunkt von Cyclohexan zu ermöglichen. Es wurde keine Eigenerwärmung über einen Temperaturbereich von 19°C bis 94°C nachgewiesen. Ein Diagramm des Tests ist in
2 veranschaulicht. Der Siedepunkt von Cyclohexan ist 80,7°C bei 1 atm, daher war eine Prüfung über dieser Temperatur nicht notwendig und der Test wurde bei 94°C beendet. Wie in2 veranschaulicht hielt das Gerät eine gleichmäßige Heizgeschwindigkeit von 0,5°C pro min während des Anstiegs bei. Wenn eine Eigenerwärmung nachgewiesen worden wäre, wäre die Heizgeschwindigkeit über dieses Niveau angestiegen. Der Temperaturtrend ist während der Heizperiode linear, was anzeigt, dass keine Eigenerwärmung des Materials auftrat. Das Fehlen der Eigenerwärmung zeigt an, dass die Kombination von Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer, Cyclohexan und Lithiumpulver eine stabile Mischung ist. - Beispiel 2 – Lithiumpulver und p-Xylol
- Lithiumpulver in einer Menge von 0,531 g wurde mit 8 ml p-Xylol gemischt und ein Wärmestabilitätstest wurde unter Verwendung des in Beispiel 1 beschriebenen Reaktivsystem-Screeninggeräts durchgeführt. Der Test wurde zwischen Raumtemperatur und 180°C durchgeführt. Über diesen Temperaturbereich wurde keine Eigenerwärmung nachgewiesen, was anzeigt, dass Lithiumpulver in p-Xylol zwischen Raumtemperatur und 180°C stabil ist.
- Beispiel 3 – Dimethylpropylenharnstoff und Lithiumpulver
- Eine Lösung enthaltend Dimethylpropylenharnstoff und Lithiumpulver wurde bezüglich der thermischen Stabilität unter Verwendung der Reaktivsystem-Screeninggerät-Techniken mit derselben Anordnung und demselben Verfahren wie in Beispiel 1 beschrieben geprüft. Innerhalb von 3 s nach Zugabe von Dimethylpropylenharnstoff zum Lithiumpulver wurde bei einer Temperatur von 25°C eine Eigenerwärmung nachgewiesen. Die Eigenerwärmung erhöhte sich mit einer Geschwindigkeit von über 1.000°C pro min.
3 veranschaulicht das thermische Durchgehen des Tests. Die Eigenerwärmung im System zeigt, dass Dimethylpropylenharnstoff kein geeignetes Lösungsmittel zur Bildung der Anoden der vorliegenden Erfindung ist, da es mit Lithiumpulver reagiert. - In einem alternativen Herstellungsverfahren der Anode
14 kann das Lithiummetall in der Anode14 bereitgestellt werden, indem das Wirtsmaterial24 in eine Suspension enthaltend Lithiummetall in einer nicht-wässrigen Flüssigkeit, wie einem Kohlenwasserstofflösungsmittel (z.B. Hexan), eingetaucht wird. Das in der Suspension eingesetzte Lithiummetall26 ist vorzugsweise ein feinteiliges Lithiumpulver. Das Wirtsmaterial24 kann zur Gestalt der Anode geformt werden und dann in die Lithiummetallsuspension getaucht werden oder es kann mit der Lithiummetallsuspension vereint werden, um eine Aufschlämmung zu bilden, und dann auf den Stromkollektor aufgetragen und getrocknet werden, um die Anode14 zu bilden. Das Wirtsmaterial24 kann vorlithiiert sein. Die für die Bildung der Suspension eingesetzte nicht-wässrige Flüssigkeit kann durch Trocknen der Anode14 (z.B. bei einer erhöhten Temperatur) entfernt werden. Unabhängig von dem eingesetzten Verfahren wird das Lithiummetall vorzugsweise so gut wie möglich in dem Wirtsmaterial verteilt. - Wie in
1 veranschaulicht, kann die Kathode12 von der Anode14 durch ein Material16 getrennt werden. Das Material16 ist typischerweise ein elektrisch isolierendes Material, wie Polyethylen, Polypropylen oder Polyvinylidenfluorid (PVDF). - Der Akkumulator
10 beinhaltet ferner einen Elektrolyten, der in elektrochemischer Verbindung mit der Kathode12 und der Anode14 ist. Bei dem Elektrolyten kann es sich um eine nicht-wässrige Flüssigkeit, ein Gel oder einen Feststoff handeln und er umfasst bevorzugt ein Lithiumsalz, z.B. LiPF6. Der Elektrolyt wird in der ganzen Batterie10 und insbesondere in der Kathode12 , der Anode14 und dem Material16 bereitgestellt. Typischerweise handelt es sich bei dem Elektrolyten um eine Flüssigkeit und die Kathode12 , die Anode14 und das Material16 sind poröse Materialien, die mit dem Elektrolyten getränkt sind, um eine elektrochemische Verbindung zwischen diesen Komponenten zu liefern. Alternativ kann es sich bei dem Material16 und dem Elektrolyten um eine einheitliche Zusammensetzung handeln. Ein geliertes Polymer kann z.B. sowohl als Elektrolyt als auch als Separator in der Batterie verwendet werden. - Eine Batterie
10 von einer Ausführungsform der Erfindung beinhaltet Stromkollektoren20 und22 , die zur Beförderung von Elektronen in einen äußeren Stromkreis verwendet werden. Der Stromkollektor20 ist bevorzugt aus Aluminiumfolie und der Stromkollektor22 ist bevorzugt aus Kupferfolie. - Eine Batterie
10 kann nach in der Technik bekannten Verfahren hergestellt werden und weist bevorzugt eine Schichtdicke innerhalb der folgenden Bereiche auf:Schicht Dicke Stromkollektor ( 20 )10–40 μm Kathode ( 12 )70–200 μm Material ( 16 )10–35 μm Anode ( 14 )50–150 μm Stromkollektor ( 22 )10–40 μm - Die Batterie
10 kann einen Elektrolyten, der in der Kathode12 , der Anode14 und dem Separator16 verteilt ist, und ein Gehäuse (nicht gezeigt) beinhalten. Der Elektrolyt kann in dem Material16 integriert sein. - In einigen Ausführungsformen ist die Batterie
10 zu Beginn in einem geladenen Zustand und bevorzugter in einem vollständig geladenen Zustand. Die Batterie10 kann durch Befördern der Lithiumionen von der Anode14 zur Kathode12 über den Elektrolyten entladen werden. Gleichzeitig werden Elektronen von der Anode14 zur Kathode12 über den Stromkollektor22 , den äußeren Stromkreis und den Stromkollektor20 geleitet. Die Batterie10 kann durch Befördern von Lithiumionen von der Kathode12 zur Anode14 über den Elektrolyten geladen oder wiederaufgeladen werden. Die Lade- und Entladeschritte können über zahlreiche Zyklen erfolgen, wobei die hohe spezifische Kapazität der aktiven Kathodenmassen und die sicheren Betriebsbedingungen beibehalten werden. - In anderen Ausführungsformen kann eine Batterie in einem ungeladenen Zustand bereitgestellt werden, wie es bei herkömmlichen Lithium-Ion-Batterien üblich ist. Das Lithiummetall kann in der Anode und/oder der Kathode bereitgestellt werden. Die Anode einer Lithium-Ion-Batterie kann z.B. durch eine Anode enthaltend Lithium nach Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ersetzt werden. Die Anode kann vorlithiiertes Wirtsmaterial beinhalten. Die Einführung eines Elektrolyten in die Batterie kann eine Reaktion zwischen dem Elektrolyten und dem Lithiummetall in der Anode fördern, was die Bildung einer Festelektrolytgrenzschicht (SEI) an der Anode initiiert. Das erstmalige Laden der Batterie kann die Bildung der SEI beschleunigen. Die Bildung der SEI aus dem Lithiummetall in der Anode kann Kapazitätsverluste in der Batterie aufgrund irreversibler Kapazitätsverluste, die durch SEI-Verbrauch von Lithium aus der Kathode verursacht werden, verringern und/oder beseitigen.
- Bei dem anfänglichen Laden einer Lithium-Ion-Batterie mit einem Lithium enthaltenden Kathodenmaterial und nur einem nicht Lithium enthaltenden Anodenmaterial reagiert Lithium aus dem Lithium enthaltenden Kathodenmaterial mit dem Elektrolyten in der Batterie unter Bildung einer Festelektrolytgrenzschicht (SEI) an der Anode. Die SEI verbraucht einen Teil von Lithium aus der Kathode, was zu einem irreversiblen Kapazitätsverlust in der Batterie führt. Ein irreversibler Kapazitätsverlust in einer Batterie kann einen Kapazitätsverlust von zwischen 10 und 20% ausmachen. Wenn die Anode der Lithium-Ion-Batterie mit Lithium nach Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gebildet wird, kann das Lithium in der Anode aber mit dem Elektrolyten unter Bildung der SEI an der Anode während des anfänglichen (erstmaligen) Ladens der Batterie reagieren. Die Bildung der SEI aus in der Anode enthaltenem Lithium schützt das Lithium in der Kathode oder in der Batterie, was zu einem verringerten Kapazitätsverlust aufgrund irreversibler Kapazität führt. Somit können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Verluste von Batteriekapazität aufgrund des als irreversible Kapazität bekannten Phänomens verringert und/oder beseitigt werden.
- Batterien gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können für verschiedene Arten von Anwendungen verwendet werden. Die Batterie kann z.B. in tragbaren elektronischen Geräten, wie Mobiltelefonen, Camcordern, Digitalaufnahmegeräten und Laptopcomputern, und in Hochleistungsanwendungen, wie für elektrische Fahrzeuge und elektrische Hybridfahrzeuge, verwendet werden. Batterien, die Lithium enthaltende Anoden einsetzen, können größere Optionen für die Auswahl von Kathodenmaterialien liefern, was einen verbreiterten Gebrauch und/oder eine vergrößerte Sicherheit der Batterie ermöglicht. Batterien, die Lithium enthaltende Anoden einsetzen, können außerdem die Wirkungen von irreversibler Kapazität für die Batterie verringern.
- Die vorliegende Erfindung stellt Batterien bereit, die eine hohe spezifische Kapazität, sichere Arbeitsbedingungen und gute Zyklenfestigkeit aufweisen können. Insbesondere können nicht lithiierte Materialien als aktive Kathodenmasse in einigen Ausführungsformen einer Batterie verwendet werden, da Lithiummetall in der Anode bereitgestellt wird. Die nicht lithiierten Materialien können eine höhere spezifische Kapazität als die lithiierten Materialien aufweisen, die derzeit in Lithium-Ion-Batterien verwendet werden. Anders als bei herkömmlichen Lithiumbatterien, die nicht lithiierte aktive Kathodenmassen und metallische Lithiumanoden aufweisen, ist festgestellt worden, dass Batterien, die unter Verwendung von nicht lithiierten aktiven Kathodenmassen in Kombination mit den Anoden von Ausführungsformen der Erfindung hergestellt werden, sicher arbeiten und keine Lithiumdendriten beim periodischen Durchlaufen bilden. Die Batterien der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind außerdem sicherer als Lithium-Ion-Batterien zu betreiben, welche instabil werden, wenn Lithium aus der Kathode während des Ladens entfernt wird. Insbesondere weil die aktive Kathodenmasse in den Batterien nach den Ausführungsformen der Erfindung typischerweise in einem vollständig geladenen Zustand sind, wenn die Batterie ursprünglich hergestellt wird, kann sie stabiler sein als die Kathodenmaterialien, die in Lithium-Ion-Batterien verwendet werden. Die Batterien der Erfindung können zudem zahlreiche Male geladen und entladen werden, während sichere Arbeitsbedingungen und eine hohe spezifische Kapazität der aktiven Kathodenmassen beibehalten werden. Außerdem unterstützt die Anwesenheit von Lithium in einem Anodenmaterial die Verringerung des irreversiblen Kapazitätsverlusts in der Batterie, da das Lithium in der Anode statt dem Lithium aus der Kathode verwendet werden kann, um die SEI zu bilden.
- Nachdem somit bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben worden sind, ist verständlich, dass die Erfindung, die durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, nicht durch bestimmte Einzelheiten beschränkt sein soll, die in der vorstehenden Beschreibung ausgeführt sind, da viele augenscheinliche Variationen davon möglich sind, ohne den Geist oder den Umfang derselben zu verlassen, wie hier nachstehend beansprucht.
- ZUSAMMENFASSUNG
- LITHIUMMETALLDISPERSION IN ELEKTRODEN
- Elektroden, wie Anoden und Kathoden, können ein Wirtsmaterial beinhalten, das vorlithiiert ist oder eine Lithiierung bei Elektrolyteinführung in eine Batterie eingeht. Die Lithiierung des Wirtsmaterials kann durch Rühren oder Schütteln von Lithiummetall und einem Wirtsmaterial, Rühren oder Schütteln eines Lithiumetallpulvers und eines Wirtsmaterials bei einer Temperatur über Raumtemperatur, der Anwendung von Druck auf eine Mischung von Lithiummetall und Wirtsmaterial, Kontakt des Wirtsmaterials mit geschmolzenem Lithiummetall, der Laminierung von Lithiumfolie oder Lithiumnetz auf eine Elektrode enthaltend das Wirtsmaterial oder durch Laminierung von Lithiummetall oder -netz auf eine Elektrode bei erhöhten Temperaturen stattfinden.
Claims (30)
- Verfahren zum Vorlithiieren eines Wirtsmaterials, umfassend: Verteilen des Wirtsmaterials in einem Lithiummetall, um eine Mischung von Wirtsmaterial und Lithiummetall zu bilden; und Rühren oder Schütteln der Mischung von Wirtsmaterial und Lithiummetall, um die Lithiierung des Wirtsmaterials zu fördern.
- Verfahren nach Anspruch 1, in dem das Lithiummetall Lithiummetallpulver ist.
- Verfahren nach Anspruch 2, in dem das Lithiummetallpulver ein stabilisiertes Lithiummetallpulver umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 2, in dem das Lithiummetallpulver und das Wirtsmaterial in einer nicht-wässrigen Lösung dispergiert sind.
- Verfahren nach Anspruch 4, in dem die nicht-wässrige Lösung ein Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 2, in dem das Rühren oder Schütteln bei einer Temperatur von etwa 180°C oder weniger durchgeführt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, in dem das Lithiummetall geschmolzenes Lithiummetall umfasst.
- Verfahren zum Vorlithiieren eines Wirtsmaterials, umfassend: Kombinieren des Wirtsmaterials mit einem Lithiummetallpulver unter Bildung einer Mischung; und Manipulieren der Mischung, um die Lithiierung des Wirtsmaterials zu fördern.
- Verfahren nach Anspruch 8, in dem die Manipulation der Mischung das Rühren oder Schütteln der Mischung zur Förderung der Lithiierung des Wirtsmaterials umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 9, in dem das Rühren oder Schütteln bei einer Temperatur von 180°C oder weniger durchgeführt wird.
- Verfahren nach Anspruch 9, in dem das Rühren oder Schütteln bei einer Temperatur zwischen 40°C und 150°C durchgeführt wird.
- Verfahren nach Anspruch 8, in dem die Manipulation der Mischung das Erwärmen der Mischung auf eine Temperatur zwischen 40 und 150°C umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 8, in dem die Manipulation der Mischung das Anwenden von Druck auf die Mischung umfasst, um das Wirtsmaterial zu lithiieren.
- Verfahren nach Anspruch 13, in dem die Anwendung von Druck auf die Mischung bei einer Temperatur von 180°C oder weniger erfolgt.
- Verfahren nach Anspruch 8, in dem die Manipulation der Mischung die Verwendung der Mischung unter Bildung einer Elektrode; und das Pressen der Elektrode zur Lithiierung des Wirtsmaterials umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend die Ausführung eines zweiten Pressens der Elektrode.
- Elektrode, umfassend: einen Stromkollektor; und ein vorlithiiertes Wirtsmaterial in Kontakt mit dem Stromkollektor.
- Elektrode nach Anspruch 17, in der das vorlithiierte Wirtsmaterial ein Wirtsmaterial umfasst, das mit einem Lithiummetallpulver vorlithiiert ist.
- Wiederaufladbare Lithium-Ion-Zelle, umfassend: eine positive Elektrode; eine negative Elektrode, umfassend ein vorlithiiertes Wirtsmaterial; und einen Separator zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode.
- Wiederaufladbare Lithium-Ion-Zelle nach Anspruch 19, in der das vorlithiierte Wirtsmaterial ein vorlithiiertes Wirtsmaterial umfasst, das aus einem Wirtsmaterial und Lithiummetallpulver gebildet ist.
- Batterie, umfassend die wiederaufladbare Lithium-Ion-Zelle von Anspruch 19.
- Batterie nach Anspruch 21, in der die Batterie eine Batterie ist, die in einem Gerät ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus tragbaren elektronischen Geräten, Mobiltelefongeräten, Camcordergeräten, Digitalaufnahmegeräten, Laptopcomputergeräten, Elektrofahrzeugen und Hybridfahrzeugen verwendet wird.
- Verfahren zur Bildung einer Elektrode, umfassend: Lithiierung eines Wirtsmaterials; und Bilden einer Elektrode aus dem lithiierten Wirtsmaterial.
- Verfahren zur Bildung einer Batterie, umfassend: Bilden einer Elektrode aus einem Wirtsmaterial; Lithiieren der Elektrode; und Verwenden der lithiierten Elektrode als eine negative Elektrode bei der Bildung einer Batterie.
- Verfahren nach Anspruch 24, in dem die Lithiierung der Elektrode umfasst: Aufbringen von Lithiummetall auf die Elektrode, die aus dem Wirtsmaterial gebildet ist; und Fördern der Lithiierung des Wirtsmaterials.
- Verfahren nach Anspruch 25, in dem das Aufbringen von Lithiummetall auf die Elektrode das Aufbringen eines Lithiumnetzes auf die Elektrode umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 26, in dem die Förderung der Lithiierung des Wirtsmaterials die Anwendung von Kraft auf das Lithiumnetz und das Wirtsmaterial der Elektrode umfasst, um die Lithiierung des Wirtsmaterials zu initiieren.
- Verfahren nach Anspruch 26, in dem die Förderung der Lithiierung des Wirtsmaterials das Einwirkenlassen eines Elektrolyten auf das Lithiumnetz und das Wirtsmaterial der Elektrode umfasst, um die Lithiierung des Wirtsmaterials zu initiieren.
- Verfahren nach Anspruch 26, in dem die Förderung der Lithiierung des Wirtsmaterials das Erwärmen des Lithiumnetzes und des Wirtsmaterials der Elektrode umfasst, um die Lithiierung des Wirtsmaterials zu initiieren.
- Verfahren nach Anspruch 25, in dem das Aufbringen eines Lithiummetalls auf die Elektrode das Aufbringen einer Lithiumfolie auf die Elektrode umfasst.
Applications Claiming Priority (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US49068503P | 2003-07-29 | 2003-07-29 | |
US60/490,685 | 2003-07-29 | ||
US49151303P | 2003-07-31 | 2003-07-31 | |
US60/491,513 | 2003-07-31 | ||
US10/900,715 US20050130043A1 (en) | 2003-07-29 | 2004-07-28 | Lithium metal dispersion in electrodes |
US10/900,715 | 2004-07-28 | ||
PCT/US2004/024502 WO2005013397A1 (en) | 2003-07-29 | 2004-07-29 | Lithium metal dispersion in electrodes |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE112004001344T5 true DE112004001344T5 (de) | 2006-06-29 |
Family
ID=34119801
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE112004001344T Withdrawn DE112004001344T5 (de) | 2003-07-29 | 2004-07-29 | Lithiummetalldispersion in Elektroden |
Country Status (10)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20050130043A1 (de) |
EP (1) | EP1652252B1 (de) |
JP (1) | JP2007500922A (de) |
KR (1) | KR20060056969A (de) |
CN (1) | CN1830110B (de) |
CA (1) | CA2532986C (de) |
DE (1) | DE112004001344T5 (de) |
GB (2) | GB2417608B (de) |
RU (1) | RU2354012C2 (de) |
WO (1) | WO2005013397A1 (de) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015121392A1 (de) * | 2014-02-13 | 2015-08-20 | Rockwood Lithium GmbH | Stabilisierte (teil)lithiierte graphitmaterialien, verfahren zu deren herstellung und verwendung für lithiumbatterien |
WO2015121391A1 (de) * | 2014-02-13 | 2015-08-20 | Rockwood Lithium GmbH | Galvanische zellen und (teil)lithiierte lithiumbatterieanoden mit erhöhter kapazität und verfahren zur herstellung von synthesegraphit-interkalationsverbindungen |
DE102015218189A1 (de) * | 2015-09-22 | 2017-03-23 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Lithium-Ionen-Zelle |
DE102019135048A1 (de) * | 2019-12-19 | 2021-06-24 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Lithiumionen-Batterie und Verfahren zur Herstellung einer Lithiumionen-Batterie |
DE102019135049A1 (de) * | 2019-12-19 | 2021-06-24 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Lithiumionen-Batterie und Verfahren zur Herstellung einer Lithiumionen-Batterie |
Families Citing this family (163)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8980477B2 (en) * | 2000-12-22 | 2015-03-17 | Fmc Corporation | Lithium metal dispersion in secondary battery anodes |
US7276314B2 (en) * | 2000-12-22 | 2007-10-02 | Fmc Corporation | Lithium metal dispersion in secondary battery anodes |
US7498100B2 (en) | 2003-08-08 | 2009-03-03 | 3M Innovative Properties Company | Multi-phase, silicon-containing electrode for a lithium-ion battery |
GB0318942D0 (en) * | 2003-08-13 | 2003-09-17 | Aea Technology Battery Systems | Process for producing an electrode |
US8231810B2 (en) | 2004-04-15 | 2012-07-31 | Fmc Corporation | Composite materials of nano-dispersed silicon and tin and methods of making the same |
GB0414161D0 (en) * | 2004-06-24 | 2004-07-28 | Aea Technology Battery Systems | Anode for lithium ion cell |
US7879495B2 (en) * | 2004-10-29 | 2011-02-01 | Medtronic, Inc. | Medical device having lithium-ion battery |
US7662509B2 (en) * | 2004-10-29 | 2010-02-16 | Medtronic, Inc. | Lithium-ion battery |
US7641992B2 (en) * | 2004-10-29 | 2010-01-05 | Medtronic, Inc. | Medical device having lithium-ion battery |
US9065145B2 (en) | 2004-10-29 | 2015-06-23 | Medtronic, Inc. | Lithium-ion battery |
US7642013B2 (en) * | 2004-10-29 | 2010-01-05 | Medtronic, Inc. | Medical device having lithium-ion battery |
US7811705B2 (en) * | 2004-10-29 | 2010-10-12 | Medtronic, Inc. | Lithium-ion battery |
CN101048898B (zh) * | 2004-10-29 | 2012-02-01 | 麦德托尼克公司 | 锂离子电池及医疗装置 |
US7927742B2 (en) | 2004-10-29 | 2011-04-19 | Medtronic, Inc. | Negative-limited lithium-ion battery |
US7635541B2 (en) * | 2004-10-29 | 2009-12-22 | Medtronic, Inc. | Method for charging lithium-ion battery |
US9077022B2 (en) * | 2004-10-29 | 2015-07-07 | Medtronic, Inc. | Lithium-ion battery |
US7337010B2 (en) * | 2004-10-29 | 2008-02-26 | Medtronic, Inc. | Medical device having lithium-ion battery |
US8980453B2 (en) | 2008-04-30 | 2015-03-17 | Medtronic, Inc. | Formation process for lithium-ion batteries |
US8105714B2 (en) | 2004-10-29 | 2012-01-31 | Medtronic, Inc. | Lithium-ion battery |
US20080044728A1 (en) * | 2004-10-29 | 2008-02-21 | Medtronic, Inc. | Lithium-ion battery |
US7771874B2 (en) * | 2005-06-29 | 2010-08-10 | Fmc Corporation | Lithium manganese compounds and methods of making the same |
US7588623B2 (en) * | 2005-07-05 | 2009-09-15 | Fmc Corporation Lithium Division | Stabilized lithium metal powder for li-ion application, composition and process |
US7871727B2 (en) | 2005-07-25 | 2011-01-18 | 3M Innovative Properties Company | Alloy composition for lithium ion batteries |
US7851085B2 (en) | 2005-07-25 | 2010-12-14 | 3M Innovative Properties Company | Alloy compositions for lithium ion batteries |
US7767349B2 (en) | 2005-07-25 | 2010-08-03 | 3M Innovative Properties Company | Alloy compositions for lithium ion batteries |
US7906238B2 (en) | 2005-12-23 | 2011-03-15 | 3M Innovative Properties Company | Silicon-containing alloys useful as electrodes for lithium-ion batteries |
JP5172134B2 (ja) * | 2006-01-10 | 2013-03-27 | パナソニック株式会社 | 非水電解質二次電池およびその製造方法 |
US20070190422A1 (en) * | 2006-02-15 | 2007-08-16 | Fmc Corporation | Carbon nanotube lithium metal powder battery |
JP5196118B2 (ja) * | 2006-09-14 | 2013-05-15 | 信越化学工業株式会社 | 非水電解質二次電池及びその製造方法 |
US20080066297A1 (en) * | 2006-09-19 | 2008-03-20 | Caleb Technology Corporation | Forming Solid Electrolyte Interface Layer on Lithium-Ion Polymer Battery Electrode |
US20090035663A1 (en) | 2006-10-13 | 2009-02-05 | Fmc Corporation, Lithium Division | Stabilized lithium metal powder for li-ion application, composition and process |
JP2008282798A (ja) * | 2007-04-13 | 2008-11-20 | Panasonic Corp | 電気化学デバイスとその電極の製造方法、電気化学デバイスの電極の処理装置 |
US8021496B2 (en) * | 2007-05-16 | 2011-09-20 | Fmc Corporation | Stabilized lithium metal powder for Li-ion application, composition and process |
US20090061321A1 (en) * | 2007-08-31 | 2009-03-05 | Fmc Corporation, Lithium Division | Stabilized lithium metal powder for li-ion application, composition and process |
US20090148769A1 (en) * | 2007-12-06 | 2009-06-11 | Ener1, Inc. | Dendrite-free lithium electrode and method of making the same |
US20090148773A1 (en) * | 2007-12-06 | 2009-06-11 | Ener1, Inc. | Lithium-ion secondary battery cell, electrode for the battery cell, and method of making the same |
WO2009105713A1 (en) * | 2008-02-22 | 2009-08-27 | Sloop Steven E | Reintroduction of lithium into recycled battery materials |
US9979017B2 (en) | 2009-02-25 | 2018-05-22 | Cf Traverse Llc | Energy storage devices |
US11233234B2 (en) | 2008-02-25 | 2022-01-25 | Cf Traverse Llc | Energy storage devices |
US10056602B2 (en) | 2009-02-25 | 2018-08-21 | Cf Traverse Llc | Hybrid energy storage device production |
US10727481B2 (en) | 2009-02-25 | 2020-07-28 | Cf Traverse Llc | Energy storage devices |
US9917300B2 (en) | 2009-02-25 | 2018-03-13 | Cf Traverse Llc | Hybrid energy storage devices including surface effect dominant sites |
US9941709B2 (en) | 2009-02-25 | 2018-04-10 | Cf Traverse Llc | Hybrid energy storage device charging |
US10193142B2 (en) | 2008-02-25 | 2019-01-29 | Cf Traverse Llc | Lithium-ion battery anode including preloaded lithium |
US9362549B2 (en) | 2011-12-21 | 2016-06-07 | Cpt Ip Holdings, Llc | Lithium-ion battery anode including core-shell heterostructure of silicon coated vertically aligned carbon nanofibers |
US9705136B2 (en) | 2008-02-25 | 2017-07-11 | Traverse Technologies Corp. | High capacity energy storage |
US10205166B2 (en) | 2008-02-25 | 2019-02-12 | Cf Traverse Llc | Energy storage devices including stabilized silicon |
US9412998B2 (en) | 2009-02-25 | 2016-08-09 | Ronald A. Rojeski | Energy storage devices |
US9966197B2 (en) | 2009-02-25 | 2018-05-08 | Cf Traverse Llc | Energy storage devices including support filaments |
US9349544B2 (en) | 2009-02-25 | 2016-05-24 | Ronald A Rojeski | Hybrid energy storage devices including support filaments |
US9431181B2 (en) | 2009-02-25 | 2016-08-30 | Catalyst Power Technologies | Energy storage devices including silicon and graphite |
US8158282B2 (en) | 2008-11-13 | 2012-04-17 | Nanotek Instruments, Inc. | Method of producing prelithiated anodes for secondary lithium ion batteries |
US8241793B2 (en) * | 2009-01-02 | 2012-08-14 | Nanotek Instruments, Inc. | Secondary lithium ion battery containing a prelithiated anode |
US20100279155A1 (en) * | 2009-04-30 | 2010-11-04 | Medtronic, Inc. | Lithium-ion battery with electrolyte additive |
EP2497144A4 (de) | 2009-11-03 | 2014-04-23 | Envia Systems Inc | Anodenmaterialien mit hoher kapazität für lithiumionenbatterien |
WO2011060023A2 (en) * | 2009-11-11 | 2011-05-19 | Amprius Inc. | Preloading lithium ion cell components with lithium |
US20120045670A1 (en) * | 2009-11-11 | 2012-02-23 | Amprius, Inc. | Auxiliary electrodes for electrochemical cells containing high capacity active materials |
US20110135810A1 (en) * | 2009-12-03 | 2011-06-09 | Marina Yakovleva | Finely deposited lithium metal powder |
WO2011085327A2 (en) * | 2010-01-11 | 2011-07-14 | Amprius Inc. | Variable capacity cell assembly |
US9209458B2 (en) * | 2010-02-10 | 2015-12-08 | Alevo Research Ag | Rechargeable electrochemical battery cell |
JP5411781B2 (ja) * | 2010-04-05 | 2014-02-12 | 信越化学工業株式会社 | 非水電解質二次電池用負極材及び非水電解質二次電池用負極材の製造方法並びにリチウムイオン二次電池 |
KR101771279B1 (ko) * | 2010-08-11 | 2017-08-24 | 가부시끼가이샤 케이알아이 | 리튬의 프리도핑 방법, 전극의 제조 방법, 및 이들 방법을 이용한 축전 디바이스 |
JP5714262B2 (ja) * | 2010-08-11 | 2015-05-07 | 株式会社Kri | リチウムのプリドープ方法、電極の製造方法及びこれら方法を用いた蓄電デバイス |
JP5714283B2 (ja) * | 2010-09-28 | 2015-05-07 | 株式会社Kri | プリドープ型電極の製造方法及び蓄電デバイス |
WO2012035631A1 (ja) * | 2010-09-16 | 2012-03-22 | トヨタ自動車株式会社 | 固体電池及びその再生方法 |
CN103379972B (zh) | 2010-09-28 | 2016-03-09 | 罗克伍德锂有限责任公司 | 稳定化的纯锂金属粉末和其制备方法 |
US9166222B2 (en) * | 2010-11-02 | 2015-10-20 | Envia Systems, Inc. | Lithium ion batteries with supplemental lithium |
CN102122709A (zh) * | 2011-01-25 | 2011-07-13 | 天津中能锂业有限公司 | 加有锂粉的锂离子电池电极及其制备方法和锂离子电池 |
JP5760593B2 (ja) * | 2011-03-30 | 2015-08-12 | Tdk株式会社 | 活物質の製造方法、電極及びリチウムイオン二次電池 |
US9601228B2 (en) | 2011-05-16 | 2017-03-21 | Envia Systems, Inc. | Silicon oxide based high capacity anode materials for lithium ion batteries |
US9287580B2 (en) | 2011-07-27 | 2016-03-15 | Medtronic, Inc. | Battery with auxiliary electrode |
US9385397B2 (en) * | 2011-08-19 | 2016-07-05 | Nanotek Instruments, Inc. | Prelithiated current collector and secondary lithium cells containing same |
US9005811B2 (en) * | 2011-09-16 | 2015-04-14 | GM Global Technology Operations LLC | Phase separated silicon—tin composite as negative electrode material for lithium-ion and lithium sulfur batteries |
US8859144B2 (en) * | 2011-09-16 | 2014-10-14 | GM Global Technology Operations LLC | Multi-phase separated silicon based alloys as negative electrode material for lithium batteries |
US20130149560A1 (en) | 2011-12-09 | 2013-06-13 | Medtronic, Inc. | Auxiliary electrode for lithium-ion battery |
JP5912493B2 (ja) * | 2011-12-15 | 2016-04-27 | 出光興産株式会社 | リチウム粒子を含む組成物、電極及び電池 |
US9139441B2 (en) | 2012-01-19 | 2015-09-22 | Envia Systems, Inc. | Porous silicon based anode material formed using metal reduction |
JP2013175315A (ja) * | 2012-02-24 | 2013-09-05 | Toyota Industries Corp | リチウムイオン二次電池および車両 |
JP2013175313A (ja) * | 2012-02-24 | 2013-09-05 | Toyota Industries Corp | リチウムイオン二次電池および車両 |
CN102642024B (zh) * | 2012-03-06 | 2014-07-23 | 宁德新能源科技有限公司 | 锂离子电池及其阳极片和稳定化锂金属粉末 |
US9780358B2 (en) | 2012-05-04 | 2017-10-03 | Zenlabs Energy, Inc. | Battery designs with high capacity anode materials and cathode materials |
US10553871B2 (en) | 2012-05-04 | 2020-02-04 | Zenlabs Energy, Inc. | Battery cell engineering and design to reach high energy |
RU2526239C1 (ru) * | 2013-03-26 | 2014-08-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова" | Способ получения положительного электрода литий-ионного аккумулятора и литий-ионный аккумулятор |
CN103199217B (zh) | 2013-04-02 | 2015-06-03 | 东莞新能源科技有限公司 | 锂离子电池的富锂极片及其制备方法 |
US20150000118A1 (en) * | 2013-06-26 | 2015-01-01 | Xin Zhao | Method for manufacturing graphene-incorporated rechargeable li-ion battery |
KR101594784B1 (ko) * | 2013-07-30 | 2016-02-17 | 주식회사 엘지화학 | 음극 전극의 전리튬화 방법 |
KR101820463B1 (ko) * | 2013-07-30 | 2018-01-19 | 주식회사 엘지화학 | 음극 전극의 전리튬화 방법 |
WO2015024004A1 (en) | 2013-08-16 | 2015-02-19 | Envia Systems, Inc. | Lithium ion batteries with high capacity anode active material and good cycling for consumer electronics |
KR101900780B1 (ko) * | 2014-03-21 | 2018-09-20 | 중국 과학원, 쑤저우 나노기술 및 나노바이오닉스 연구소 | 다공성 탄소 나노튜브 마이크로스피어, 이의 제조방법 및 이의 용도, 리튬 금속-골격 탄소 복합 재료 및 이의 제조방법, 음극, 및 전지 |
CN105322230A (zh) * | 2014-05-29 | 2016-02-10 | 福建省辉锐材料科技有限公司 | 一种结合石墨烯的可充电锂离子电池及其制造方法 |
EP3201982B1 (de) * | 2014-09-29 | 2020-05-27 | A123 Systems LLC | Im voraus lithiierte siliciumanoden mit pvdf-bindemittel |
WO2016073438A1 (en) | 2014-11-03 | 2016-05-12 | 24M Technologies, Inc. | Pre-lithiation of electrode materials in a semi-solid electrode |
TWI597887B (zh) * | 2014-11-13 | 2017-09-01 | 日本曹達股份有限公司 | Negative electrode composition for power storage device, negative electrode comprising the same, and power storage device, and method for producing negative electrode for power storage device |
CN104577085B (zh) * | 2014-12-17 | 2016-09-07 | 李震祺 | 一种锂离子电池SiO负极材料及其制备方法 |
CN104538630B (zh) * | 2014-12-17 | 2016-08-31 | 李震祺 | 一种锂离子电池负极材料及其制备方法 |
KR101783447B1 (ko) * | 2015-02-02 | 2017-10-23 | 주식회사 엘지화학 | 고용량 음극을 포함하는 이차전지 및 그 제조 방법 |
TWI707823B (zh) * | 2015-02-13 | 2020-10-21 | 德商洛克伍德鋰公司 | 穩定化(部分)鋰化的石墨材料,其製造方法及用於鋰電池的應用 |
JP2016194141A (ja) * | 2015-03-31 | 2016-11-17 | Tdk株式会社 | 安定化リチウム粉、及びそれを用いたリチウムイオン二次電池 |
CN104733783B (zh) * | 2015-04-01 | 2017-03-29 | 广东烛光新能源科技有限公司 | 一种锂离子电池的制备方法 |
CN107851797B (zh) * | 2015-09-28 | 2020-12-11 | Jsr株式会社 | 电极材料、电池和电容器的制造方法以及电极材料的制造装置 |
CN106848270B (zh) * | 2015-12-07 | 2019-12-10 | 微宏动力***(湖州)有限公司 | 负极补锂浆料、负极及锂二次电池 |
JPWO2017110797A1 (ja) * | 2015-12-22 | 2018-10-18 | Jsr株式会社 | 電極材料の製造システム、並びに、電極材料、電極、電池及びキャパシタの製造方法 |
TWI624975B (zh) | 2016-01-22 | 2018-05-21 | Asahi Chemical Ind | 非水系鋰型蓄電元件 |
EP3392891B1 (de) | 2016-01-22 | 2020-01-08 | Asahi Kasei Kabushiki Kaisha | Wasserfreies lithiumspeicherelement |
WO2017126698A1 (ja) | 2016-01-22 | 2017-07-27 | 旭化成株式会社 | 非水系リチウム型蓄電素子 |
WO2017126693A1 (ja) | 2016-01-22 | 2017-07-27 | 旭化成株式会社 | 非水系リチウム蓄電素子 |
WO2017126687A1 (ja) | 2016-01-22 | 2017-07-27 | 旭化成株式会社 | 正極前駆体 |
KR20180116296A (ko) | 2016-02-23 | 2018-10-24 | 맥스웰 테크놀러지스 인코포레이티드 | 에너지 저장 장치를 위한 원소상 금속 및 탄소 혼합물들 |
CN107305941B (zh) * | 2016-04-21 | 2019-12-27 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 锂-碳复合材料、其制备方法与应用以及锂补偿方法 |
EP3249718B1 (de) * | 2016-05-26 | 2019-09-11 | Belenos Clean Power Holding AG | Elektrochemische zelle einer wiederaufladbaren lithium-ionen-batterie |
CN107644990B (zh) * | 2016-07-21 | 2020-04-21 | 万向一二三股份公司 | 一种具有正温度系数效应的金属锂负极材料 |
KR101827135B1 (ko) * | 2016-07-27 | 2018-02-07 | 현대자동차주식회사 | 리튬 이차 전지용 전극, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지 |
ES2973209T3 (es) * | 2016-08-03 | 2024-06-19 | Sigma Lithium Ltd | Método para formar un recubrimiento de litio metálico |
CN107749489B (zh) * | 2016-08-15 | 2020-03-24 | 万向一二三股份公司 | 一种高安全型高能量密度锂离子电池 |
US10424779B1 (en) * | 2016-09-07 | 2019-09-24 | Google Llc | Lithium-ion cells and methods of manufacture |
CN117154031A (zh) * | 2017-02-21 | 2023-12-01 | 特斯拉公司 | 预锂化储能装置 |
WO2018186561A1 (ko) | 2017-04-03 | 2018-10-11 | 주식회사 엘지화학 | 전리튬화 장치, 이를 이용한 음극부의 제조 방법 및 음극부 |
KR102253785B1 (ko) | 2017-04-03 | 2021-05-21 | 주식회사 엘지화학 | 전리튬화 장치, 이를 이용한 음극부의 제조 방법 및 음극부 |
KR102265214B1 (ko) * | 2017-05-19 | 2021-06-16 | (주)엘지에너지솔루션 | 이차전지용 실리콘 산화물 음극의 전리튬화 방법 |
CN109244527A (zh) * | 2017-07-11 | 2019-01-18 | 罗伯特·博世有限公司 | 一种基于硅基阳极的固态二次电池及其制备方法 |
CN109309197A (zh) * | 2017-07-26 | 2019-02-05 | 中能中科(天津)新能源科技有限公司 | 提高锂碳复合材料批量化生产的产率的方法及其设备 |
CN109309194A (zh) * | 2017-07-26 | 2019-02-05 | 中能中科(天津)新能源科技有限公司 | 改性无锂负极、其制备方法和含有其的锂离子电池 |
KR102283684B1 (ko) * | 2017-07-31 | 2021-08-02 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 이차전지용 음극의 제조방법 및 이차전지용 음극 |
US10586982B2 (en) | 2017-08-01 | 2020-03-10 | Global Graphene Group, Inc. | Alkali metal-sulfur secondary battery containing a hybrid anode |
US10734648B2 (en) | 2017-08-01 | 2020-08-04 | Global Graphene Group, Inc. | Hybrid lithium anode electrode layer and lithium-ion battery containing same |
KR102327179B1 (ko) | 2017-08-10 | 2021-11-16 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 리튬금속과 무기물 복합박막 제조방법 및 이를 이용한 리튬 이차전지 음극의 전리튬화 방법 |
KR102261504B1 (ko) | 2017-08-10 | 2021-06-07 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 이차전지용 음극의 전리튬화 방법 |
KR102264691B1 (ko) * | 2017-08-11 | 2021-06-15 | (주)엘지에너지솔루션 | 리튬금속과 무기물 복합층을 이용한 전리튬화 |
US10256459B1 (en) | 2017-09-18 | 2019-04-09 | Nanotek Instruments, Inc. | Surface-stabilized and prelithiated anode active materials for lithium batteries and production method |
US10297872B2 (en) | 2017-09-18 | 2019-05-21 | StoreDot Ltd. | Regulation of metal ion levels in lithium ion batteries |
US10673063B2 (en) | 2017-09-21 | 2020-06-02 | Global Graphene Group, Inc. | Process for prelithiating an anode active material for a lithium battery |
WO2019070896A1 (en) * | 2017-10-03 | 2019-04-11 | Ioxus, Inc. | SYSTEMS AND METHODS FOR PREPARING STABILIZED LITHIUM ELECTRODES FOR ELECTROCHEMICAL ENERGY STORAGE DEVICES |
US10424810B2 (en) | 2017-10-13 | 2019-09-24 | Global Graphene Group, Inc. | Surface-stabilized anode active material particulates for lithium batteries and production method |
KR102358448B1 (ko) | 2017-11-21 | 2022-02-04 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 리튬 이차전지용 음극 및 이의 제조 방법 |
US11094925B2 (en) | 2017-12-22 | 2021-08-17 | Zenlabs Energy, Inc. | Electrodes with silicon oxide active materials for lithium ion cells achieving high capacity, high energy density and long cycle life performance |
KR102601605B1 (ko) * | 2017-12-27 | 2023-11-14 | 삼성전자주식회사 | 음극, 이를 포함하는 리튬전지 및 음극 제조방법 |
EP3709403B1 (de) * | 2018-01-25 | 2023-12-13 | LG Energy Solution, Ltd. | Verfahren zur herstellung einer negativen elektrode für eine lithium-sekundärbatterie |
CN110212193B (zh) * | 2018-02-28 | 2020-10-13 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 锂离子二次电池及其制备方法 |
CN111615769B (zh) * | 2018-03-07 | 2023-04-07 | 株式会社Lg新能源 | 制造负极的方法 |
KR102509113B1 (ko) | 2018-03-20 | 2023-03-09 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 음극의 제조방법 및 이로부터 제조된 음극 |
US20190214631A1 (en) | 2018-03-22 | 2019-07-11 | Fmc Lithium Usa Corp. | Methods of applying printable lithium compositions for forming battery electrodes |
US11264598B2 (en) | 2018-03-22 | 2022-03-01 | Fmc Lithium Usa Corp. | Battery utilizing printable lithium |
CN110364731A (zh) * | 2018-04-09 | 2019-10-22 | 北京航空航天大学 | 一种石墨烯导电浆料 |
KR102335318B1 (ko) * | 2018-04-11 | 2021-12-06 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 리튬 이차전지용 음극, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차전지 |
US10727479B2 (en) * | 2018-06-01 | 2020-07-28 | Global Graphene Group, Inc. | Method of producing multi-level graphene-protected anode active material particles for battery applications |
KR102554229B1 (ko) * | 2018-06-15 | 2023-07-12 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 리튬 이차전지용 음극의 제조방법 |
CN108923036A (zh) * | 2018-07-17 | 2018-11-30 | 浙江大学山东工业技术研究院 | 碳-锂复合粉末及其制备方法、锂金属二次电池电极的制备方法 |
CN110858650B (zh) * | 2018-08-22 | 2022-11-18 | 哈尔滨工业大学 | 一种预置稳定保护膜的金属锂负极及其制备方法 |
JP7158585B2 (ja) * | 2018-11-27 | 2022-10-21 | 北京▲衛▼▲藍▼新能源科技有限公司 | 高いサイクル効率の電極を製造するシステム、高いサイクル効率の電極の製造方法及びその応用 |
KR102530195B1 (ko) * | 2019-01-18 | 2023-05-10 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 이차전지용 음극의 제조방법 |
CN109920658A (zh) * | 2019-03-21 | 2019-06-21 | 深圳供电局有限公司 | 负极片预嵌锂的方法、预嵌锂负极片及锂离子电容器 |
US11631840B2 (en) | 2019-04-26 | 2023-04-18 | Applied Materials, Inc. | Surface protection of lithium metal anode |
KR20210006103A (ko) * | 2019-07-08 | 2021-01-18 | 주식회사 엘지화학 | 음극의 제조방법 |
US11715832B2 (en) | 2019-08-12 | 2023-08-01 | Global Graphene Group, Inc. | Electrochemically stable anode active material for lithium-ion batteries and production method |
CN112825350B (zh) * | 2019-11-20 | 2022-07-26 | 郑州宇通集团有限公司 | 预锂化负极极片及其制备方法、锂二次电池 |
CN111261836B (zh) * | 2019-12-23 | 2021-05-11 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 锂离子电池负极预锂化的方法和经过预锂化的锂离子电池的制备方法 |
MX2022010096A (es) | 2020-02-19 | 2022-09-02 | Livent Usa Corp | Anodo de silicio pre-tratado con litio de carga rapida. |
KR20210120686A (ko) * | 2020-03-27 | 2021-10-07 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 음극의 제조방법 |
CN111769332B (zh) * | 2020-06-29 | 2021-12-14 | 合肥国轩高科动力能源有限公司 | 一种预锂电池的化成方法及预锂化锂离子电池 |
US12002920B2 (en) | 2020-07-29 | 2024-06-04 | Prologium Technology Co., Ltd. | Method for suppressing thermal runaway of lithium batteries |
EP4320654A1 (de) | 2021-04-09 | 2024-02-14 | Applied Materials, Inc. | Vorbehandlung und nachbehandlung von elektrodenoberflächen |
CN114388891B (zh) * | 2021-11-16 | 2024-03-19 | 中国科学院电工研究所 | 锂离子储能器件的预嵌锂方法及制造方法 |
US20230207788A1 (en) * | 2021-12-23 | 2023-06-29 | GM Global Technology Operations LLC | Method for laminating a lithium metal anode |
Family Cites Families (55)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3271196A (en) * | 1961-11-08 | 1966-09-06 | Leesona Corp | Fuel cell electrodes |
US3508967A (en) * | 1967-09-22 | 1970-04-28 | Gulton Ind Inc | Negative lithium electrode and electrochemical battery containing the same |
BE757810A (fr) * | 1969-10-24 | 1971-04-21 | Kalle Ag | Procede pour fabriquer un materiau stratifie plan poreux |
US5747194A (en) * | 1983-08-11 | 1998-05-05 | National Research Council Of Canada | Use of a stable form of LiMnO2 as cathode in lithium cell |
JPH0789483B2 (ja) * | 1984-05-07 | 1995-09-27 | 三洋化成工業株式会社 | 二次電池 |
EP0205856B1 (de) * | 1985-05-10 | 1991-07-17 | Asahi Kasei Kogyo Kabushiki Kaisha | Sekundärbatterie |
JPH0665028B2 (ja) * | 1987-09-19 | 1994-08-22 | シャープ株式会社 | 電池用電極の製造方法 |
JPH01200557A (ja) * | 1987-10-13 | 1989-08-11 | Bridgestone Corp | 非水電解質電池 |
US4945014A (en) * | 1988-02-10 | 1990-07-31 | Mitsubishi Petrochemical Co., Ltd. | Secondary battery |
US5028500A (en) * | 1989-05-11 | 1991-07-02 | Moli Energy Limited | Carbonaceous electrodes for lithium cells |
CA2043472A1 (en) * | 1990-06-04 | 1991-12-05 | Mitsutaka Miyabayashi | Electrode for secondary battery |
JPH04109554A (ja) * | 1990-08-29 | 1992-04-10 | Mitsubishi Petrochem Co Ltd | 二次電池電極の製法 |
JPH04109555A (ja) * | 1990-08-29 | 1992-04-10 | Mitsubishi Petrochem Co Ltd | 二次電池電極の製造法 |
US5153082A (en) * | 1990-09-04 | 1992-10-06 | Bridgestone Corporation | Nonaqueous electrolyte secondary battery |
JP3133318B2 (ja) * | 1990-09-18 | 2001-02-05 | 三洋電機株式会社 | 二次電池 |
JP3162437B2 (ja) * | 1990-11-02 | 2001-04-25 | セイコーインスツルメンツ株式会社 | 非水電解質二次電池 |
US5244757A (en) * | 1991-01-14 | 1993-09-14 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Lithium secondary battery |
DE4101533A1 (de) * | 1991-01-19 | 1992-07-23 | Varta Batterie | Elektrochemisches sekundaerelement |
JP3030996B2 (ja) * | 1991-11-25 | 2000-04-10 | 松下電器産業株式会社 | 非水電解液二次電池 |
JPH0644958A (ja) * | 1992-07-27 | 1994-02-18 | Fuji Elelctrochem Co Ltd | リチウム二次電池の負極の製造方法 |
DE69325006T2 (de) * | 1992-12-07 | 1999-09-23 | Honda Giken Kogyo K.K., Tokio/Tokyo | Alkalische Ionen absorbierendes/dessorbierendes kohlenstoffhaltiges Material, Elektrodenmaterial für Sekundärebatterie das dieses Material verwendet und Lithiumbatterie die dieses Elektrodematerial verwendet |
US5312623A (en) * | 1993-06-18 | 1994-05-17 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | High temperature, rechargeable, solid electrolyte electrochemical cell |
JP2526789B2 (ja) * | 1993-06-24 | 1996-08-21 | 日本電気株式会社 | 非水電解液二次電池 |
HU217275B (hu) * | 1994-02-24 | 1999-12-28 | Rába Rt. | Irányváltós, excentrikus zárótolattyús szivattyú, főként hajtóművek kenőanyagának áramoltatására |
CA2127621C (en) * | 1994-07-08 | 1999-12-07 | Alfred Macdonald Wilson | Carbonaceous insertion compounds and use as anodes in rechargeable batteries |
US5543021A (en) * | 1994-09-01 | 1996-08-06 | Le Carbone Lorraine | Negative electrode based on pre-lithiated carbonaceous material for a rechargeable electrochemical lithium generator |
JPH08130011A (ja) * | 1994-09-05 | 1996-05-21 | Fuji Photo Film Co Ltd | 非水二次電池 |
US5707756A (en) * | 1994-11-29 | 1998-01-13 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Non-aqueous secondary battery |
EP0817294B1 (de) * | 1995-03-06 | 2006-07-26 | Ube Industries, Ltd. | Nichtwässrige sekundärzelle |
US5595837A (en) * | 1995-04-12 | 1997-01-21 | Valence Technology, Inc. | Process for prelithiation of carbon based anodes for lithium batteries |
JPH0963650A (ja) * | 1995-08-24 | 1997-03-07 | Sharp Corp | 非水系二次電池 |
US5753387A (en) * | 1995-11-24 | 1998-05-19 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Lithium secondary battery |
US5672446A (en) * | 1996-01-29 | 1997-09-30 | Valence Technology, Inc. | Lithium ion electrochemical cell |
US5958622A (en) * | 1996-03-28 | 1999-09-28 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | Negative electrode material for lithium secondary batteries |
US6270926B1 (en) * | 1996-07-16 | 2001-08-07 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Lithium secondary battery |
JPH1083835A (ja) * | 1996-09-10 | 1998-03-31 | Fuji Elelctrochem Co Ltd | 非水電解液二次電池の製造方法 |
JPH10106569A (ja) * | 1996-09-30 | 1998-04-24 | Aichi Steel Works Ltd | リチウム二次電池用電極材料 |
US6265110B1 (en) * | 1996-12-20 | 2001-07-24 | Danionics A/S | Lithium secondary battery with flake graphite negative electrode |
EP1018775B1 (de) * | 1997-02-28 | 2007-01-03 | Asahi Kasei EMD Corporation | Nichtwässrige sekundärbatterie und verfahren zu deren herstellung |
US6156457A (en) * | 1997-03-11 | 2000-12-05 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Lithium secondary battery and method for manufacturing a negative electrode |
US5807645A (en) * | 1997-06-18 | 1998-09-15 | Wilson Greatbatch Ltd. | Discharge promoter mixture for reducing cell swelling in alkali metal electrochemical cells |
JPH1125975A (ja) * | 1997-07-02 | 1999-01-29 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 負極活物質 |
US5948569A (en) * | 1997-07-21 | 1999-09-07 | Duracell Inc. | Lithium ion electrochemical cell |
JPH11120993A (ja) * | 1997-10-17 | 1999-04-30 | Japan Storage Battery Co Ltd | 非水電解質二次電池 |
KR100245808B1 (ko) * | 1997-12-30 | 2000-03-02 | 박찬구 | 리튬이온 전지용 양극재료의 제조방법 |
US6168885B1 (en) * | 1998-08-21 | 2001-01-02 | Sri International | Fabrication of electrodes and devices containing electrodes |
KR100326457B1 (ko) * | 1999-03-10 | 2002-02-28 | 김순택 | 리튬 이차 전지용 양극 활물질 및 그 제조 방법 |
SE516891C2 (sv) * | 1999-06-14 | 2002-03-19 | Ericsson Telefon Ab L M | Bindemedel och/eller elektrolytmateriel för en elektrod i en battericell, elektrod för en battericell samt förfarande för framställning av ett bindemedel och/eller elektrolytmaterial för en elektrod |
US6541156B1 (en) * | 1999-11-16 | 2003-04-01 | Mitsubishi Chemical Corporation | Negative electrode material for non-aqueous lithium secondary battery, method for manufacturing the same, and non-aqueous lithium secondary battery using the same |
US6271645B1 (en) * | 2000-02-11 | 2001-08-07 | Delphi Technologies, Inc. | Method for balancing battery pack energy levels |
US8980477B2 (en) * | 2000-12-22 | 2015-03-17 | Fmc Corporation | Lithium metal dispersion in secondary battery anodes |
US6706447B2 (en) * | 2000-12-22 | 2004-03-16 | Fmc Corporation, Lithium Division | Lithium metal dispersion in secondary battery anodes |
US7276314B2 (en) * | 2000-12-22 | 2007-10-02 | Fmc Corporation | Lithium metal dispersion in secondary battery anodes |
JP2002313324A (ja) * | 2000-12-22 | 2002-10-25 | Fmc Corp | リチウム金属分散系である二次電池用アノード |
FR2833760B1 (fr) * | 2001-12-19 | 2011-03-25 | Fmc Corp | Dispersion de metal lithium dans des anodes de batterie secondaire |
-
2004
- 2004-07-28 US US10/900,715 patent/US20050130043A1/en not_active Abandoned
- 2004-07-29 KR KR1020067001994A patent/KR20060056969A/ko active Search and Examination
- 2004-07-29 WO PCT/US2004/024502 patent/WO2005013397A1/en active Application Filing
- 2004-07-29 EP EP04779517.4A patent/EP1652252B1/de not_active Expired - Fee Related
- 2004-07-29 DE DE112004001344T patent/DE112004001344T5/de not_active Withdrawn
- 2004-07-29 CN CN200480021793XA patent/CN1830110B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2004-07-29 RU RU2006106182/09A patent/RU2354012C2/ru not_active IP Right Cessation
- 2004-07-29 CA CA2532986A patent/CA2532986C/en not_active Expired - Fee Related
- 2004-07-29 GB GB0525950A patent/GB2417608B/en not_active Expired - Fee Related
- 2004-07-29 JP JP2006522064A patent/JP2007500922A/ja active Pending
- 2004-07-29 GB GB0703754A patent/GB2435541B/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015121392A1 (de) * | 2014-02-13 | 2015-08-20 | Rockwood Lithium GmbH | Stabilisierte (teil)lithiierte graphitmaterialien, verfahren zu deren herstellung und verwendung für lithiumbatterien |
WO2015121391A1 (de) * | 2014-02-13 | 2015-08-20 | Rockwood Lithium GmbH | Galvanische zellen und (teil)lithiierte lithiumbatterieanoden mit erhöhter kapazität und verfahren zur herstellung von synthesegraphit-interkalationsverbindungen |
US10522819B2 (en) | 2014-02-13 | 2019-12-31 | Albemarle Germany Gmbh | Stabilised (partially) lithiated graphite materials, methods for the production thereof and use for lithium batteries |
DE102015218189A1 (de) * | 2015-09-22 | 2017-03-23 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Lithium-Ionen-Zelle |
DE102019135048A1 (de) * | 2019-12-19 | 2021-06-24 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Lithiumionen-Batterie und Verfahren zur Herstellung einer Lithiumionen-Batterie |
DE102019135049A1 (de) * | 2019-12-19 | 2021-06-24 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Lithiumionen-Batterie und Verfahren zur Herstellung einer Lithiumionen-Batterie |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB2435541A (en) | 2007-08-29 |
US20050130043A1 (en) | 2005-06-16 |
CA2532986C (en) | 2013-05-28 |
EP1652252A4 (de) | 2009-03-25 |
WO2005013397A1 (en) | 2005-02-10 |
GB2435541B (en) | 2008-04-09 |
KR20060056969A (ko) | 2006-05-25 |
GB2417608A (en) | 2006-03-01 |
RU2354012C2 (ru) | 2009-04-27 |
CA2532986A1 (en) | 2005-02-10 |
EP1652252A1 (de) | 2006-05-03 |
GB0703754D0 (en) | 2007-04-04 |
JP2007500922A (ja) | 2007-01-18 |
GB0525950D0 (en) | 2006-02-01 |
RU2006106182A (ru) | 2006-06-27 |
EP1652252B1 (de) | 2014-09-03 |
GB2417608B (en) | 2007-04-18 |
CN1830110B (zh) | 2011-05-04 |
CN1830110A (zh) | 2006-09-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE112004001344T5 (de) | Lithiummetalldispersion in Elektroden | |
DE102015121806B4 (de) | Negative Elektrode, Batterien auf Lithiumbasis und Verfahren zum Herstellen eines aktiven Materials einer negativen Elektrode | |
DE69530344T2 (de) | Elektrodenmaterial aus Kohlenstoff für Sekundärbatterie und Verfahren zu seiner Herstellung | |
DE60105076T2 (de) | Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyten | |
DE69735317T2 (de) | Lithium-Vanadium-Phosphate, deren Herstellung und diese verwendende Lithium-Ionen-Batterien | |
JP4777593B2 (ja) | リチウムイオン二次電池の製造方法 | |
DE102019111689A1 (de) | Vor-lithiierung von anoden für durch hochleistungskondensatoren unterstützte batterien | |
EP2486620B1 (de) | Lithium-ionen-zelle mit verbessertem alterungsverhalten | |
DE102017107191A1 (de) | Vorlithiierte Lithium-ionen-Batteriezelle | |
EP2934792B1 (de) | Suspension und verfahren zur herstellung einer lithiumpulveranode | |
DE102017105307A1 (de) | Primer-oberflächenbeschichtung für silicium-basierte hochleistungselektroden | |
CN112514109A (zh) | 用于涂层阴极材料的方法和***以及涂层阴极材料的用途 | |
DE10218510B4 (de) | Herstellungsfrische negative Elektrode für einen wiederaufladbaren Akkumulator, Akkumulator und Verfahren zur Herstellung einer negativen Elektrode | |
DE102015119214A1 (de) | Verfahren zur Bildung poröser Materialien | |
DE102015102090A1 (de) | Elektrolyt und lithium-basierte batterien | |
EP2769427B1 (de) | Aktivmaterial für batterien | |
DE102018114195B4 (de) | PEO-PVA-basiertes Bindemittel für Lithium-Schwefel-Batterien | |
WO2011131584A1 (de) | Kathodenzusammensetzung für lithium-schwefel-zellen | |
EP3916870A1 (de) | Energiespeicherelement mit prismatischem gehäuse | |
DE69809365T2 (de) | Sekundärzelle mit Gelelektrolyt | |
DE10262247B4 (de) | Herstellungsfrische negative Elektrode, herstellungsfrischer Akkumulator und Verfahren zur Herstellung einer negativen Elektrode | |
WO2022008235A1 (de) | Lithiumionen-batterie und verfahren zur herstellung einer solchen lithiumionen-batterie | |
JPH07105978A (ja) | 非水電解液二次電池及びその製造方法 | |
WO2022022956A1 (de) | Kathodenaktivmaterial und lithiumionen-batterie mit dem kathodenaktivmaterial | |
DE102020119844A1 (de) | Lithiumionen-Batterie und Verfahren zur Herstellung einer solchen Lithiumionen-Batterie |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed |
Effective date: 20110708 |
|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: MEISSNER, BOLTE & PARTNER GBR, DE Representative=s name: MEISSNER BOLTE PATENTANWAELTE RECHTSANWAELTE P, DE |
|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: MEISSNER, BOLTE & PARTNER GBR, DE |
|
R016 | Response to examination communication | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: FMC LITHIUM USA CORP., PHILADELPHIA, US Free format text: FORMER OWNER: FMC CORP., 19103 PHILADELPHIA, PA., US |
|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: MEISSNER BOLTE PATENTANWAELTE RECHTSANWAELTE P, DE |
|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |