用于提供动力的阴电极和电化学电池.pdf

1、(10)申请公布号 CN 102792499 A (43)申请公布日 2012.11.21 C N 1 0 2 7 9 2 4 9 9 A *CN102792499A* (21)申请号 201180013741.8 (22)申请日 2011.02.22 102010011413.8 2010.03.15 DE H01M 4/66(2006.01) H01M 4/485(2006.01) H01M 4/505(2006.01) H01M 4/525(2006.01) (71)申请人锂电池科技有限公司 地址德国卡门茨 (72)发明人蒂姆谢弗 安德里斯古奇 (74)专利代理机构北京安信方达知识产权代

2、理 有限公司 11262 代理人高瑜 郑霞 (54) 发明名称 用于提供动力的阴电极和电化学电池 (57) 摘要 本发明涉及一种用于电化学电池的阴电极， 所述阴电极包括至少一个载体，在其上应用有或 沉淀有至少一种活性物质，其中所述活性物质包 括：(1)至少一种锂-聚阴离子-化合物，或者， (2)由不以尖晶石结构存在的锂-镍-锰-钴-混 合氧化物(NMC)和尖晶石结构的锂-锰-氧化物 (LMO)所组成的化合物，或者，(3)一种由(1)和 (2)组成的混合物，其中所述载体包括金属材料， 特别是铝，并且所述载体具有15m至45m的厚 度，特别是具有高能密度的电化学电池。利用上述 活性物质使得除了能量

3、密度之外还优化了电池的 稳定性。另外还考虑了材料成本和材料的可获取 性。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2012.09.13 (86)PCT申请的申请数据 PCT/EP2011/000838 2011.02.22 (87)PCT申请的公布数据 WO2011/113515 DE 2011.09.22 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书13页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 13 页 1/2页 2 1.一种用于电化学电池的阴电极，所述阴电极包括至少一种载体，在所述载体上应用 有或沉淀有至少一种活性物质，其中

4、所述活性物质包括： (1)至少一种锂-聚阴离子-化合物，或者 (2)由不以尖晶石结构存在的锂-镍-锰-钴-混合氧化物(NMC)与尖晶石结构的 锂-锰-氧化物(LMO)所组成的混合物，或者 (3)一种由(1)和(2)组成的混合物， 其中，所述载体包括金属材料，特别是铝，并且所述载体具有15m至45m的厚度。 2.一种电化学电池，包括： 阴电极，所述阴电极包括至少一种载体，在所述载体上应用有或沉淀有至少一种活 性物质，其中所述活性物质包括： (1)至少一种锂-聚阴离子-化合物，或者 (2)由不以尖晶石结构存在的锂-镍-锰-钴-混合氧化物(NMC)和尖晶石结构的 锂-锰-氧化物(LMO)所组成的至少

5、一种混合物，或者 (3)一种由(1)和(2)组成的混合物， 其中，所述载体包括金属材料，特别是铝，并且所述载体具有15m至45m的厚度，其 中所述载体优选地构成为集电极箔； 阳电极，以及 分隔物，所述分隔物至少部分地设置在阴电极和/或阳电极之上，或设置在阴电极 和/或阳电极之间。 3.根据权利要求1所述的阴电极或根据权利要求2所述的电化学电池，其特征在于， 所述活性物质包括至少50的至少一种锂-聚阴离子-化合物，其中所述化合物优选地从 钠-超离子导体、焦磷酸盐、橄榄石、非结晶型铁磷酸盐、MoXOH、钛铀矿或硼酸盐所组成的 组中选择。 4.根据权利要求3所述的阴电极或电化学电池，其特征在于，所述

6、至少一种锂-聚 阴离子-化合物从包括M 3+ (X 6+ O 4 ) 3 、LiM 3+ 2 (X 6+ O 4 ) 2 (X 5+ O 4 )、LiM 3+ 2 (X 5+ O 4 ) 3 、LiM 4+ 2 (X 5+ O 4 ) 3 、 Li 2 M 4+ M 3+ (X 5+ O 4 ) 3 、Li 2 M 5+ M 3+ (X 5+ O 4 ) 3 、M 5+ M 4+ (X 5+ O 4 ) 3 、M 5+ OX 5+ O 4 、LiM 4+ OX 5+ O 4 、M 4+ OX 6+ O 4 和Li 2 M 4+ OX 4+ O 4 的亚组中选择。 5.根据权利要求1所述的阴电极

7、或根据权利要求2所述的电化学电池，其特征在 于，相对于阴电极的活性物质的总摩尔数，所述活性物质包括至少30Mol的，优选为至少 50Mol的锂-镍-锰-钴-混合氧化物，并且同时包括至少10Mol，优选为至少30Mol 的锂-锰-氧化物。 6.根据权利要求1所述的阴电极或根据权利要求2所述的电化学电池，其特征在于，相 对于阴电极的活性物质的总摩尔数，NMC和LMO两者共计占活性物质的至少60Mol，进一 步优选为至少70Mol，进一步优选为至少80Mol，进一步优选为至少90Mol，进一步优 选为至少96Mol。 7.根据前述权利要求中任一项所述的阴电极或电化学电池，其特征在于，相比于应用 到所

8、述载体上的所述材料的总重量，在所述载体上所应用的物质包括所述活性物质的80 至90重量百分比，进一步优选为86至93重量百分比。 8.根据前述权利要求中任一项所述的阴电极或电化学电池，其特征在于，所述阴电极 权 利 要 求 书CN 102792499 A 2/2页 3 包括稳定剂，相比于应用到所述载体上的阴电极的质量的总重量，所述稳定剂重量比例优 选为低于5重量百分比，优选为低于3重量百分比。 9.根据权利要求2所述的电化学电池，其特征在于，所述阳电极包括至少一个载体，所 述载体优选地包括铜或碳纤维复合材料，其中所述载体具有15m至45m的厚度。 10.根据权利要求2或根据权利要求9所述的电化

9、学电池，其特征在于，所述分隔物包 括至少一种多孔陶瓷材料，优选位于在有机载体物质上应用的层内，其中所述有机载体物 质优选地包括非交织聚合物或者为非交织聚合物。 11.根据权利要求2或根据权利要求9或10所述的电化学电池，其特征在于，所述分隔 物的单面或双面涂覆有聚醚酰亚胺。 12.根据权利要求2或根据权利要求9至11中任一项所述的电化学电池，其特征在于， 所述陶瓷材料选自由至少一种金属离子的氧化物、磷酸盐、硫酸盐、钛酸盐、硅酸盐、铝硅酸 盐或硼酸盐所组成的组。 13.根据权利要求2或根据权利要求9至12中任一项所述的电化学电池，其特征在于， 所述分隔物具有2至50m厚度，优选为5至25m的厚度

10、。 14.根据前述权利要求中任一项所述的阴电极或电化学电池在锂-离子-电池中以及 在固定电池应用中的用途，所述锂-离子-电池用于驱动电动工具和驱动车辆，特别是驱动 全部由电驱动的车辆或主要由电驱动的车辆或以所谓的“混合”动力驱动的车辆，所述“混 合”动力驱动也就是与内燃机结合或与燃料电池结合。 权 利 要 求 书CN 102792499 A 1/13页 4 用于提供动力的阴电极和电化学电池 0001 描述 0002 本发明涉及一种电化学电池的阴电极，特别是具有高能量密度和高功率密度的电 化学电池。除了能量密度之外，利用现有的活性物质还使得电池的稳定性得到优化。另外 需要考虑的是电极原料的材料成

11、本和可获取性。 0003 在本发明的范畴中，阴电极包括至少一个载体，在其上应用有或沉淀有至少一种 活性物质，其中所述活性物质包括： 0004 (1)至少一种锂-聚阴离子-化合物，或者 0005 (2)由不以尖晶石结构存在的锂-镍-锰-钴-混合氧化物(NMC)与尖晶石结构 的锂-锰-氧化物(LMO)所组成的混合物，或者 0006 (3)一种由(1)和(2)组成的混合物， 0007 其中，所述载体包括金属材料，特别是铝，并且所述载体具有15m至45m的厚 度。 0008 目前特别重要的是，电极的载体(集电极物质)有薄的厚度，而且特别是考虑到根 据本发明的、用于离子电池的电极的使用寿命和操作方式。所

12、述电极的载体/集电极有助 于稳定性、薄涂层的可能性和冷却。 0009 优选地，所述载体构成为集电极箔、板(Blatt)或薄片(Duennblech)。 0010 此外本发明涉及一种电化学电池，特别是具有高能密度和高功率密度的电化学电 池，其包括所述的阴电极，以及至少一个阳电极，以及至少一个分隔物，所述分隔物至少部 分地设置在阴电极和阳电极之上或设置在阴电极和阳电极之间。 0011 优选地，阳电极包括至少一种载体，所述载体优选地包括铜或碳纤维复合材料，其 中所述载体具有15m至45m的厚度。 0012 优选地，所述载体构成为集电极箔的形式。 0013 所述阴电极或者所述电化学电池优选地应用在电池

13、组中，特别是具有高能量密度 和/或高功率密度的电池组中(所谓的“高功率电池”或者“高能量”电池)。 0014 依据本发明，阴电极或电化学电池特别优选地应用在锂-离子-电池和锂-离 子-电池组中。 0015 进一步优选地，所述锂-离子-电池和锂-离子-电池组能应用于电动工具中和 驱动车辆，更确切地说是应用于驱动全部或主要由电驱动的车辆或以所谓的“混合”动力工 作的车辆(也就是与内燃机结合的车辆)。 0016 此外，所述电池组的应用还包括与燃料电池结合，以及以固定状态工作。 0017 在电池组技术领域内，特别是考虑到锂-离子-电池组，普遍认可的是，为各预期 应用选择阴电极物质具有特别意义。例如在便

14、携型电子仪器(通讯技术)中应用活性物质 是公知的，特别是锂-钴-氧化物(例如：LiCoO 2 )或锂-(镍)-钴-铝-氧化物(NCA)。出 于成本原因(相对来说钴属于昂贵的过渡金属)，已成功用于商业使用的活性物质不一定 同样适合应用于电动车辆和混合驱动的车辆，这是因为在这些领域需要越来越多的活性物 质，并因此活性物质的价格/可获取性会有很大的影响。并且考虑到更高的功率性能，使得 说 明 书CN 102792499 A 2/13页 5 这些常用物质受到限制。 0018 阴电极的活性物质，其理论上可用于电化学电池和电池组中，可应用于电 动工具、电驱动的机动车辆或混合驱动的车辆，即具有镍、锰和钴的锂

15、-混合氧化物 (锂-镍-锰-钴-混合氧化物，“NMC”)。出于安全和成本原因，锂-镍-锰-钴-混合氧 化物相对于锂-钴-氧化物被优先使用。 0019 关于适于作为阴电极的活性物质的锂的镍-锰-钴-混合氧化物(在一些参考文 献中也称作“NCM”)，其也可能存在缺陷，即以该混合氧化物为基础的阴电极在长期运行过 程中可能会有老化现象。对于包含在电化学电池中的阴电极和阳电极以及分隔物而言，作 为阴电极物质的NMC的降低的稳定性可能导致所使用的分隔物具有增加的层厚度。 0020 由于成本原因，以及考虑到活性物质在未来的可获取性，特别是对于显著增加的 需求，例如LiFePO 4 的锂-聚阴离子-化合物，其

16、也适合用作阴电极的活性物质，所述阴电 极还可被用于高性能范围的电化学电池和电化学电池组。 0021 根据现有技术，本发明的任务和目的在于，提供一种电化学电池，该电化学电池是 安全的、并具有相对来说高能量密度和/或高功率密度，并且还考虑到了活性物质的成本 方面和可获取性。 0022 优选地，本发明的任务和目的在于，提供一种电化学电池，其在提高了使用寿命和 可靠性的情况下，具有更小的尺寸和提高了的能量密度和/或功率密度。 0023 依据本发明，上述的以及其它的任务和目的通过提供一种电化学电池的阴电极得 以解决，所述阴电极包括至少一种载体，在其上应用有或沉淀有至少一种活性物质，其中所 述活性物质包括

17、 0024 (1)至少一种锂-聚阴离子-化合物，或者 0025 (2)由不以尖晶石结构存在的锂-镍-锰-钴-混合氧化物(NMC)和尖晶石结构 的锂-锰-氧化物(LMO)组成的混合物，或者 0026 (3)一种由(1)和(2)组成的混合物， 0027 其中所述载体包括金属材料，特别是铝，并且所述载体具有15m至45m的厚 度。 0028 依据本发明，所述任务和目的通过提供一种电化学电池得以解决，所述电化学电 池包括： 0029 阴电极，其包括至少一种载体，在该载体上应用有或沉淀有至少一种活性物质， 其中所述活性物质包括： 0030 (1)至少一种锂-聚阴离子-化合物，或者 0031 (2)由不以

18、尖晶石结构存在的锂-镍-锰-钴-混合氧化物(NMC)和尖晶石结构 的锂-锰-氧化物(LMO)所组成的至少一种混合物，或者 0032 (3)一种由(1)和(2)组成的混合物， 0033 其中所述载体包括金属材料，特别是铝，并且所述载体具有15m至45m的厚 度； 0034 阳电极，以及 0035 分隔物，所述分隔物至少部分地设置在阴电极和/或阳电极之上或设置在阴电 极和/或阳电极之间。 说 明 书CN 102792499 A 3/13页 6 0036 优选地，所述阳电极包括至少一个载体，所述载体优选地包括铜或碳纤维复合材 料，其中所述载体具有15m至45m的厚度。 0037 优选地，所述载体在上

19、述实施方式中构成为集电极箔的形式。 0038 进一步优选地，所述分隔物包括至少一种多孔陶瓷材料，优选地位于应用到有机 载体物质中的层内，其中所述有机载体物质进一步优选地包括非交织聚合物。 0039 所述阴电极或所述电化学电池优选地应用在电池组中，其优选地用于电动工具和 电驱动的车辆中，所述车辆包括以混合动力驱动的车辆或与燃料电池相结合的车辆。另外， 所述电池组优选地应具有高能量密度和/或高功率密度。 0040 术语“阴电极”描述为电极，其在与负荷连通时(“放电” )，例如在电动机运行时 获得电子。因此所述阴电极在这种情况下是“正电极”。 0041 在本发明的范畴中，阴电极或阳电极的“活性物质”

20、是一种物质，该物质中可以嵌 入离子形态或金属形态或任何中间形态的锂，特别是以晶格结构嵌入(“嵌入层”)。因此， 活性物质“活跃地”参与在充电和放电过程中发生的电化学反应(与电极其它可能的组成 部分，例如粘合剂、稳定剂或载体相反)。 0042 在本发明的范畴中，所述阴电极包括至少一种活性物质，其中所述活性物质包 括： 0043 (1)至少一种锂-聚阴离子-化合物，或者 0044 (2)由不以尖晶石结构存在的锂-镍-锰-钴-混合氧化物(NMC)和尖晶石结构 的锂-锰-氧化物(LMO)所组成的至少一种混合物，或者 0045 (3)一种由(1)和(2)组成的混合物。 0046 此外，所述锂-聚阴离子-

21、化合物优选地由包括以下的一组物质中选择： 0047 说 明 书CN 102792499 A 4/13页 7 0048 另外，“X”是杂原子，例如P、N、S、B、C或Si，并且“XO”是(杂原子-)聚阴离子， “M”是过渡金属-离子。相邻的“XO”的单位优选为角连接(eckenverbunden)。 0049 另外特别优选的是，具有分子式LiMPO 4 的化合物，其中“M”是至少一种元素周期 表中第一行的过渡金属阳离子。所述过渡金属阳离子最好选自由Mn、Fe、Ni或Ti或这些元 素的组合组成的组。所述化合物优选地具有橄榄石结构，优选为高级橄榄石。 0050 因此，所述聚阴离子化合物是特别优选的，

22、因为其以适当的成本和好的可获取性， 特别是相对于包含钴的活性物质而显得出众。这些标准(成本/可获取性)与娱乐用电器 或通讯(移动电话、笔记本电脑)中的电池应用无关，而是与具有对活性物质更高需求的电 力驱动的车辆有关。 0051 在本发明的一个实施方式中，使用至少一种聚阴离子作为阴电极的基本活性物 质，即至少50的，优选为至少80的，进一步优选为至少90的阴极活性物质包括至少 说 明 书CN 102792499 A 5/13页 8 一种聚阴离子的物质(每个都是指摩尔百分比(Mol)。 0052 在一个优选实施方式中，阴电极的活性物质包括至少一种锂-聚阴离子-化合物， 所述锂-聚阴离子-化合物与至

23、少一种混合物结合，所述至少一种混合物由(i)不以尖晶 石结构存在的锂-镍-锰-钴-混合氧化物(NMC)和(ii)尖晶石结构的锂-锰-氧化物 (LMO)所组成。这样一种混合物改善了其所属的电化学电池的稳定性，而且同时其允许位于 基底的活性物质拥有更薄的涂层。更小的层厚度减小了电池的阻抗(“内阻” )，这在所有 的电池应用中起到积极作用，特别是在大功率(高性能)应用中更是如此。 0053 另外，在所述混合物中优选地存在至少20Mol的，优选为至少40Mol的，进一 步优选为至少60Mol的、为至少一种聚阴离子形式的活性物质。关于锂-镍-锰-钴-混 合氧化物与锂-锰-氧化物的比例，以下给出适用的优选

24、范围。 0054 根据本发明的另一个实施方式，阴电极的活性物质包括至少一种混合物，所述 混合物由不以尖晶石结构存在的锂-镍-锰-钴-混合氧化物(NMC)和尖晶石结构的 锂-锰-氧化物(LMO)所组成。另外所述混合物优选为阴电极的基本活性物质，即至少80 的，优选为至少90的阴极活性物质包括由不以尖晶石结构存在的锂-镍-锰-钴-混合 氧化物(NMC)和尖晶石结构的锂-锰-氧化物(LMO)所组成的至少一种混合物。 0055 对于所有的存在一种这样的锂-镍-锰-钴-混合氧化物/锂-锰-氧化物(即 单独的或与聚阴离子化合的)的实施方案而言，优选相对于阴电极的活性物质的总摩尔数 (即不相对于阴电极整体，

25、因为该阴电极除了活性物质外，还可包括导电添加剂、粘合剂、稳 定剂等)，所述活性物质包括至少30Mol的、优选为至少50Mol的NMC，并且同时包括至 少10Mol、优选为至少30Mol的LMO。 0056 特别优选地，锂-锰-氧化物在活性物质中的比例为5至25Mol。 0057 优选地，相对于阴电极的活性物质的总摩尔数(即不相对于阴电极整体，因为该 阴电极除了活性物质外，还可包括导电添加剂、粘合剂、稳定剂等)，NMC和LMO两者共计占 活性物质的至少60Mol，进一步优选为至少70Mol，进一步优选为至少80Mol，进一步 优选为至少90Mol。 0058 对于与活性物质(即聚阴离子/聚阴离子

26、加锂-镍-锰-钴-混合氧化物和 锂-锰-氧化物/单独为锂-镍-锰-钴-混合氧化物和锂-锰-氧化物)相关的所有 已经介绍的实施方式，优选的是，在所述载体上应用的物质基本上是活性物质，也就是说相 对于阴电极的活性物质的总摩尔数(即相对于不包括载体的阴电极整体，因为该阴电极除 了活性物质外，还可包括导电添加剂、粘合剂、稳定剂等)，被应用到电极的载体上的物质的 80至95重量百分比是所述的活性物质，进一步优选为86至93重量百分比。 0059 关于作为活性物质的NMC与作为活性物质的LMO在重量分配中的比例，优选的 是，其比例达到9(NMC)1(LMO)至3(NMC)7(LMO)，其中优选为7(NMC

27、)3(LMO)至 3(NMC)7(LMO)，并且其中进一步优选为6(NMC)4(LMO)至4(NMC)6(LMO)。 0060 锂-镍-锰-钴-混合氧化物(NMC)与至少一种锂-锰-氧化物(LMO)的混合物 实现了提高的稳定性，特别是改善了阴电极的使用寿命。不受限于理论，可以设想的是，与 纯NMC相比，可以将改善归因于提高了锰的含量。另外在混合物中，与锂-锰-氧化物(LMO) 相比，尽力保持锂-镍-锰-钴-混合氧化物(NMC)的高能密度和其他优势。实践证明，在 250个充电周期和放电周期之后或在温度老化试验之后，以上所述的锂-镍-锰-钴-混合 说 明 书CN 102792499 A 6/13页

28、 9 氧化物与锂-锰-氧化物(LMO)的混合物(具有或不具有至少一种锂-聚阴离子-化合物 的优选的进一步组成部分的添加物(Beimengung)显示为如同没有功率损耗一样。在经过 25,000个完全的周期之后，还可达到相对于初始容量的80的容量极限。 0061 对于依据本发明的优选的混合物，在温度老化试验中和在满负荷时，实现了相对 于“纯”NMC的、超过平均水平的高耐久性，所述耐久性是指超过12年的使用寿命。另外还 整体改善了所述电池的温度稳定性。 0062 特别优选的是具有上述比例的聚阴离子-活性物质的物质组合，因为由此将成本 最小化，而不必对于电池性能产生显著的限制。 0063 提高的阴电

29、极热稳定性，如上所述，允许在电化学电池中将具有其本征电阻的分 离层变得更薄(参见以下所述实施方式中涉及的具有阴电极、分隔物和阳电极的电化学电 池)，由此整体提高电池的能量密度和功率密度。 0064 混合氧化物包括钴、锰和镍(“NMC”)，特别是单相的锂-镍-锰-钴-混合 氧化物，公知的是，在现有技术领域内作为电化学电池的可能的活性物质(参见例如 WO2005/056480以及由此为基础的、Ohzuku于2001年发表的科学论文T.Ohzuku等人， Chem.Letters 302001，642至643页)。 0065 理论上关于锂-镍-锰-钴-混合氧化物的构成(化学计量式)没有限制，此外 除

30、了锂之外，相比于在锂-镍-锰-钴-混合氧化物中的过渡金属的总摩尔数，所述氧化物 必须分别包括至少5Mol的，优选为分别至少15Mol，进一步优选为分别至少30Mol的 镍、锰和钴。只要可以保证上述最小摩尔量的镍、锰和钴，所述锂-镍-锰-钴-混合氧化 物可以掺杂任意的其它金属，特别是掺杂过渡金属。 0066 另外以下列出的化学计量式的锂-镍-锰-钴-混合氧化物是特别优选的： LiCo 1/3 Mn 1/3 Ni 1/3 O 2 ，其中锂、钴、锰、镍和氧的含量各自可以改变+/-5。 0067 特别优选地是稍稍“富锂化” (“berlithiiert”)的化学计量式 Li 1+x Co 1/3 Mn

31、 1/3 Ni 1/3 O 2 ，其中X的范围为0.01至0.10，因为相对于11的化学计量式，通 过所述“富锂化”可以实现更好的循环性能。 0068 在本发明的范畴中，所述锂-镍-锰-钴-混合氧化物不以尖晶石结构存在。优 选地，所述氧化物其实是以层状结构，例如“O3-结构”存在。进一步优选地，本发明中的 锂-镍-锰-钴-混合氧化物在放电操作和充电操作过程中未发生转化为另一种结构的显 著的相变(即不超过5的程度)，特别是未发生转化为尖晶石结构的相变。 0069 与此相反，锂-锰-氧化物(“LMO”)以尖晶石结构存在。相对于在氧化物中全部 存在的过渡金属的总摩尔数，尖晶石结构的并且在本发明的范畴

32、中的锂-锰-氧化物包括 作为过渡金属的至少50Mol的，优选为至少70Mol的，进一步优选为至少90Mol的锰。 锂-锰-氧化物的优选的化学计量式为Li 1+x Mn 2-y M y O 4 ，其中M为至少一种金属，特别是至少 一种过渡金属，并且有-0.5(优选为-0.1)x0.5(优选为0.2)，0y0.5。 0070 所述的“尖晶石结构”被本领域中的技术人员视为广泛使用的、AB 2 X 4 型化合物的公 知晶体结构，命名是根据其主要代表物，即矿物“尖晶石” (铝酸锰，MgAl 2 O 4 )。所述结构由 硫族化物(此处为氧)-离子的立方体的、最紧密的球状排列(Kugelpackung)组成

33、，其四面 体空隙和八面体空隙(部分地)由金属离子占据。例如作为锂-离子-电池的阴极物质的 尖晶石在由Nazri/Pistoia (ISBN：978-1-4020-7628-2)出版的“Lithium Batteries(锂 说 明 书CN 102792499 A 7/13页 10 电池)”的第12章中做了描述。 0071 例如纯的锂-锰-氧化物可具有化学计量式LiMn 2 O 4 。然而优选地，在本发明范围 内应用的锂-锰-氧化物是改进的和/或稳定的，因为纯的LiMn 2 O 4 具有如下缺点，即在某 些情况下锰离子将从尖晶石结构中被释放出来。理论上并未形成对如何影响锂-锰-氧化 物的稳定性的

34、限制，只要在锂-离子-电池的操作条件下所述锂-锰-氧化物可以在所期 望的使用寿命内保持稳定。关于已知的稳定化方法，例如可参阅WO 2009/011157，US 6 558 844，US 6 183 718或EP 816 292。上述内容描述了使用尖晶石结构的稳定的锂-锰-氧 化物作为锂-离子-电池组的阴电极的唯一活性物质。特别优选的是，稳定化方法包括掺 杂以及涂覆。 0072 关于所述技术和方法，如何混合所述活性物质(锂-聚阴离子-化合物，NMC和 LMO)的技术和方法并无限制。优选地，物理混合(例如通过混合粉末或颗粒，特别是伴随 着能量输入进行混合)或化学混合(例如通过从气相或水相组合沉积的

35、方式，例如乳液状 物(Dispersion)，其中优选地，所述活性物质作为在均匀混合物中混合过程的产物，因此 在没有物理的辅助工具的情况下，所述成分不可再作为分离的相被观察到。 0073 优选地，混合物呈现为均匀的粉末或膏状物或乳液状物。在一种优选的实 施方式中，可选地在没有上述混合过程和干燥过程的情况下，所述混合通过膏体挤压 (Pastenextrusion)的方法来连续地产生并且被应用且压实于电极。 0074 在挤压过程中，可以将电解液的组成部分用作助流添加剂(Fliesshilfsmittel)， 其还可为一种混合物，例如以31的比例(+/-20)的碳酸乙酯(EC)/碳酸甲乙酯 (EMC

36、)。 0075 另外优选地，在混合机中的加工方式是以惰性的方式并且优选无水的方式来实现 或作用的。 0076 依据本发明，优选的是，通过膏体挤压产生有涂层的电极或电池薄板。在优选地根 据活塞束条挤压(Kolbenstrangpresse)的原理工作的膏体挤压机(例如“Common Tec”) 中，计量、引入所述活性物质并且随后由喷嘴挤出。尚含有润滑剂的压出物(Extrudat)在 润滑剂的干燥区域内释放，并随后烧结和/或压延。由此可以实现将磨损降到最低，这对于 提高聚集体(Aggregate)和电池的使用寿命有益。这种方式节省了能源，因为在室温下可 以进行挤压并取消了成本高昂的受控制的均匀加热

37、。同时，在挤压机处由增塑剂蒸汽所导 致的难闻的气味也被最小化。 0077 优选地，在通过微注射的膏体挤压的步骤中，压入例如游离基净化剂或离子液体 的其它物质，这些物质对延长电池的使用寿命有作用，压入所述物质例如是通过在平面状/ 块状的被挤压出的组成部分上注入一定量的所述添加剂和稳定剂，或例如碳酸亚乙烯酯的 添加剂或如“firesorb”的阻燃剂，或如微胶囊的纳米结构材料，其包装可以由聚合物材料 组成，所述聚合物材料特别地仅在温度过高时向外渗出并且使电极润湿或离子密封。由此 阻止在电池内部的微短路和/或局部“热点”，并在整体上进一步提高了电池的安全性。 0078 在以实现电池的“10C”充电操作

38、和“20C”的放电操作为目标的另一个示例性实施 方式中，用于载体物质的带选择30m或20m厚的铜或铝，其同时可更好地冷 却电池和电极物质，由此具备相应的电流传导能力。优选地，在压延后在所述载体/基底上 产生出电极，其包括厚度范围为50m至125m的阴极和10m至80m的阳极(整体厚 说 明 书CN 102792499 A 10 8/13页 11 度：载体+活性物质)。在所述厚度的偏上的范围内的所述电极构成“高能量”电池，相反 地，薄的电极构成“高功率”电池。 0079 优选地，按照最大值各为3的配比注入上述稳定剂和导电添加剂。 0080 关于混合物优选的是，所述活性物质由此特别是锂-镍-锰-钴

39、-混合氧化 物和锂-锰-氧化物优选分别为粒子形式，其具有1m至50m的，优选为2m至 40m的，进一步优选为4m至20m的平均直径。另外，所述粒子还可为次级粒子 其由初级粒子构成。因此，上述平均直径与次级粒子有关。 0081 均匀紧致的相，特别是粒子形式的相的混合，特别有助于混合物中的 锂-镍-锰-钴-混合氧化物的抗老化性。 0082 其它形式的“混合”是可能的，例如在载体上交替引入分层或涂覆粒子。 0083 在本发明的范畴中，活性物质被“应用”到载体上。关于“应用”活性物质到载体 上可理解为没有任何限制。活性物质可以作为膏状或作为粉状来应用，或从气相或液相沉 积，例如作为乳液状物。 0084

40、 优选地，用活性物质涂覆载体以消除应力影响的方式进行，所述应力影响可造成 例如破裂的结构损坏，并且使得所述电极或所述元件提前老化。 0085 另外挤压方法是优选的。优选地，所述活性物质作为膏状物或乳液状物直接应用 到阴电极。通过连同电化学电池的其它组成部分，特别是阳电极和分隔物一起进行共挤压 (Coextrusion)的方法，形成分层的或层压板复合物(见下述对挤压和层压板的讨论)。此 种方法例如在EP1 783 852中有所公开。术语“膏状物”和“乳液状物”为同义词。 0086 另外，“分层”的电极堆栈不是永久地粘合而是将分层(阴极-分隔物-阳极-等 等)仅逐一地堆叠并根据具体情况来压紧。此外

41、在“层压板”中，额外进行粘合和/或热处 理，使得堆栈被持久地层压(“粘合”)并因此不依赖于可能的冲压而被压紧到一起(例如 通过将真空运用在电极堆栈周围的真空密封的外壳(Umhllung)上实现)。 0087 在本发明的框架中可能的还有，电极和分隔物被缠绕，优选为扁平缠绕。 0088 优选地，所述活性物质不被应用到载体上，而是与其它非活性成分(即不嵌入锂 的物质)进一步组合。 0089 另外优选地，除了所述至少一种活性物质之外，还存在至少一种粘合剂或粘合系 统，其也是阴电极(无载体)的组成部分。所述粘合剂可以是或可以包括SBR、PVDF、PVDF 均聚物或PVDF共聚物(例如Kynar 2801

42、或Kynar 761)。 0090 可选地，所述阴电极包括稳定剂，例如硅溶胶或硅酸盐。优选地，相比于应用到载 体上的阴电极物质的总质量，稳定剂显示出在5重量百分比内的重量比，优选在3重量百分 比内的重量比。 0091 优选地，当稳定剂包含下述分隔物，即包含有至少一种多孔陶瓷材料，特别是包含 下述作为粉状混入物“Separion”的分隔物，则相对于应用到载体上的阴电极物质的总质 量，优选地具有从1重量百分比至5重量百分比的重量比，进一步优选为从1重量百分比至 2.5重量百分比的重量比。特别考虑到具有分隔物-层(其包括至少一种多孔陶瓷材料) 的电化学电池，如下所述，其使得电池具有特别的稳定性和安全

43、性。 0092 进一步优选地，除了至少一种活性物质(以及根据需要添加的至少一种粘合剂或 粘合系统和/或至少一种稳定剂)之外，存在至少一种导电添加剂，其还是阴电极(无载 说 明 书CN 102792499 A 11 9/13页 12 体)的组成部分。相对于应用到载体上的阴电极物质的总质量，此类导电添加剂包括例如 导电碳黑(Enasco)或石墨(KS 6)，优选地具有从1重量百分比至6重量百分比的重量比， 进一步优选为从1重量百分比至3重量百分比的重量比。另外还可引入结构材料，特别是 纳米范围内的结构材料或导电的碳“纳米管”，例如拜耳公司(Bayer)的 0093 以上定义的用于电极的活性物质，特

44、别是用于阴电极的活性物质，存在于载体上。 在本发明的框架中，除了必须适于容纳至少一种活性物质(特别是阴电极的至少一种活性 物质)，以及载体具有15m至45m的厚度(即相对地必须具有薄尺寸)之外，对于载体 或载体物质没有限制。优选地，载体构成为集电极箔。 0094 进一步地，在电池或电池组工作期间，即特别在其放电操作或充电操作过程中，相 对于活性物质，所述载体实质上或者大体基本上应当尽可能是惰性的。载体可以是均匀的， 或包括层结构(层复合物)，或者是或包括复合材料。 0095 所述载体优选地还对电子的导出或导入起作用。所以优选地，所述载体材料是至 少部分导电的，优选为导电的。在所述实施方式中，载

45、体材料优选地包括铝或铜，或者由铝 或铜组成。另外优选地，载体与至少一种电导体连接。 0096 所述载体可以是被涂覆的或未被涂覆的，并可以为复合材料。 0097 在本发明的另外一种实施方式中，将上述阴电极应用于电化学电池中，其中所述 电化学电池包括： 0098 阴电极，其包括至少一个载体，在该载体上应用有或沉积有至少一种活性物质， 其中所述活性物质包括： 0099 (1)至少一种锂-聚阴离子-化合物，或者 0100 (2)由不以尖晶石结构存在的锂-镍-锰-钴-混合氧化物(NMC)与尖晶石结构 的锂-锰-氧化物(LMO)所组成的至少一种混合物，或者 0101 (3)一种由(1)和(2)组成的混合物

46、， 0102 其中所述载体包括金属材料，特别是铝，并且所述载体具有15m至45m的厚 度， 0103 阳电极，以及 0104 分隔物，所述分隔物至少部分地设置在阴电极和/或阳电极之上或设置在阴电 极和/或阳电极之间。 0105 关于阴电极，所有上述关于电化学电池公开的实施方式都是优选的。 0106 术语“阳电极”指的是在连接到用电器(“放电”)时，即例如连接到电动机时，释 放电子的电极。因此，在这种情况下，所述阳电极为“负电极”。 0107 关于所述阳电极，除了其必须在原则上要实现锂-离子的存储和释放之外，理论 上不存在限制。所述阳电极优选地包括碳和/或钛酸锂，进一步优选地包括涂覆的石墨。 0

47、108 在特别优选的实施方式中，将阳电极应用于电化学电池中，其包括涂覆的石墨。另 外特别优选的是，所述阳电极包括传统石墨或所谓的“软”碳(“soft carbon”)，其涂覆有 较硬的碳，特别是涂覆有“硬碳(hard carbon)”。另外，所述较硬的碳/硬碳具有1,000N/ mm 2 ，优选为5,000N/mm 2 的硬度。 0109 所述“传统”的碳可以为天然石墨(例如来自Kropfmhl的UFG8)。另外可选地， C纤维的成分在38范围内。 说 明 书CN 102792499 A 12 10/13页 13 0110 优选地，相对于“硬碳”+“软碳”而言相关，“硬碳”的比例最大为15。

48、0111 所述阳电极包括了涂覆有“硬碳”的传统石墨(“软碳”，天然石墨)，在与依据本 发明的阴电极的共同作用下，一定程度上提高了电化学电池的稳定性。 0112 优选地，所述电极，以及所述分隔物，存在于作为箔或层的分层中。这意味着，所述 电极，以及所述分隔物，被构成为由相应材料或物质组成的单层形式或多层形式。在电化学 电池中，分层或层可以被相叠地放置、层压或缠绕。 0113 在本发明的范畴中，优选地，所述分层或层被相叠地放置，而不将其层压。 0114 在上述电化学电池或电化学电池组中，应用于其中的分隔物将阴电极和阳电极分 开，该分隔物被设计成使得带电粒子能够轻易穿过(Durchtritt)。 0115 所述分隔物是离子导电的，并优选地具有多孔结构。在上述电化学电池的情况下， 其适用锂-离子，所述分隔物允许锂-离子穿过该分隔物。 0116 优选地，所述分隔物包括至少一种无机材料，优选包括至少一种陶瓷材料。另外优 选地，所述分隔物包括至少一种多孔陶瓷材料，所述分隔物优选为在有机载体物质上所应 用的层。 0117 理论上，此类型的分隔物从WO 99/62620可知，或可根据其中所公开的方法制得。 所述类型的分隔物可以是从Evonik公司购买的商标为的分隔物。 0118 优选地，用于分隔物的