[发明专利]锂阳极及其制造方法

说明书

本发明涉及用于锂单体电池(200)和/或锂电池(200)的锂阳极(1)，包括：电流放电器层(4)、阳极活性材料(5)和涂层(6)，其中电流放电器层(4)呈栅格状地被构造有限定开放的空腔(3)的导体结构(2)，阳极活性材料(5)作为层布置在导体结构(2)的表面上并且涂层(6)覆盖电流放电器层(4)和进而覆盖阳极活性材料(5)，并且填充物设成填充空腔(3)，所述填充物与阳极活性材料(5)和涂层(6)耦连。本发明还涉及用于制造这种锂阳极的方法。

发明内容

本发明涉及用于锂单体电池(Lithiumzelle)和/或锂电池(或称为锂电池组)的锂阳极，其具有电流放电器层(Stromableiterschicht)、阳极活性材料和涂层。

本发明进一步涉及其制造方法。另外，本发明涉及具有这样的锂阳极的锂电池。

背景技术

所谓的锂电池或者还有锂离子电池广泛地用于便携式应用和机动车辆中的电驱动器。在这种情况下，术语锂电池包括具有锂金属阳极的电池和具有锂化石墨阳极的电池两者。

在本申请的上下文中，所涉及的是可再充电的锂离子蓄电池的技术，这不同于不可重复使用的一次电池。术语锂电池在此也应指这种蓄电池。

锂离子电池使用碳作为负极材料(在放电时：锂阳极)和含金属的材料(通常是金属氧化物)作为正极(在放电时：阴极组件)。

锂电池由多个锂单体电池形成，其构造如下：锂阳极(第一电极)和阴极组件(第二电极)通过隔板(隔膜)彼此分开，但通过穿透电极的电解质以锂离子传导的方式相互连接。阳极和阴极各自连接到集流体，该集流体形成电流放电器层。常规的单体电池是多层的构造。在这种情况下，在阳极侧将碳材料作为阳极活性材料施加到电流放电器层上，以及在阴极侧将通常由金属氧化物形成的阴极活性材料施加到电流放电器层上。在它们之间布置隔板，其将阳极活性材料层和阴极活性材料层彼此分隔开。穿透电极活性材料的液态或固态电解质允许锂离子Li⁺在电极之间传输。

新的锂单体电池的开发旨在通过改善的锂离子嵌入和脱嵌或通过所谓的“锂电镀”(其中避免了在高充电电流下沉积金属锂)来实现更高的电池电压、更大的功率、更高的容量(电荷)和安全性，以及由此实现更长的循环和时间寿命。

存在多种方法：例如，越来越多地使用富集有金属锂的阳极活性材料，这可增加相应锂单体电池的理论容量。这种复合电极例如由DE 10 2012 212788A1、DE 10 2014 226390 A1而已知。从DE 10 2015 212 220 A1中还已知具有石墨涂层的多孔锂单块(Lithiummonolithe)。

代替电流放电器箔或板材，还有一些方法使用可渗透的栅格结构或由多孔材料构成的部件。栅格结构例如从US 6106978 A1、US 626887B和US 20130309579而已知，以及多孔金属作为电流放电器被描述于US 2015295246A中。

还有一些方法，其中锂阳极具有表面结构化的电流放电器或表面结构化的保护层，其中可用阳极活性材料填充的框架状结构形成有界表面部段(空腔)。这旨在改善活性材料与电流放电器或保护层之间的粘附性，并减少或避免保护层的机械损伤，例如保护层的剥离和/或破裂。空腔可在此容纳恰好那么多的体积的阳极活性材料，从而恰好填充处于充电状态的空腔，其中阳极活性材料在充电状态下具有比未充电状态下更高的体积。然而，空腔具有底部，从而不可能穿过底部进行离子传导。底部在这种情况下也限制了沿一个方向当充电时的体积膨胀。

还存在如下的方法，其中将颗粒引入具有凹陷的板形或箔形电流放电器中(参见DE 10 2012 112 186 A1)。同样，电流放电器在此阻止了离子传导。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于锂单体电池的锂阳极，其中至少部分地解决上述缺点，特别是与锂离子向阳极活性材料中插入期间的体积变化有关的缺点。