用于提供动力的阴电极和电化学电池描述
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本和可获取
性。
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：
(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15μm
至45μm的厚度。
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。
优选地，所述载体构成为集电极箔、板(Blatt)或薄片(Duennblech)。
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。
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15μm至45μm的厚度。
优选地，所述载体构成为集电极箔的形式。
所述阴电极或者所述电化学电池优选地应用在电池组中，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)。
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。
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)。
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。
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：LiCoO2)
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，使得这些常用物质受到限制。
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-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。
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。
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LiFePO4的锂-聚阴离子-化合物，其也适合用作阴
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。
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。
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。
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
(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)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15μm至
45μm的厚度。
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：
●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：
(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15μm至
45μm的厚度；
●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。
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15μm至45μm的厚度。
优选地，所述载体在上述实施方式中构成为集电极箔的形式。
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。
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。
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”。
在本发明的范畴中，阴电极或阳电极的“活性物质”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)。
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：
(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)所组成的至少一种混合物，或者
(3)一种由(1)和(2)组成的混合物。
此外，所述锂-聚阴离子-化合物优选地由包括以下的一组物质中选择：
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)。
另外特别优选的是，具有分子式LiMPO4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。
因此，所述聚阴离子化合物是特别优选的，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。
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一种聚阴离子的物质(每个％都是指摩尔百分比
(Mol％))。
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。
另外，在所述混合物中优选地存在至少20Mol％的，优选为至少40
Mol％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
用的优选范围。
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。
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，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。
特别优选地，锂-锰-氧化物在活性物质中的比例为5至25Mol％。
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90
Mol％。
对于与活性物质(即聚阴离子/聚阴离子加锂-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。
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)∶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)。
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。
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。
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。
提高的阴电极热稳定性，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。
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])。
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。
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：
Li[Co1/3Mn1/3Ni1/3]O2，其中锂、钴、锰、镍和氧的含量各自可以改变+/-5％。
特别优选地是稍稍“富锂化”(“überlithiiert”)的化学计量式
Li1+x[Co1/3Mn1/3Ni1/3]O2，其中X的范围为0.01至0.10，因为相对于1∶1的
化学计量式，通过所述“富锂化”可以实现更好的循环性能。
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。
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70
Mol％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Li1+xMn2-yMyO4，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)≤x≤0.5(优选为0.2)，0≤y≤0.5。
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、AB2X4
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，MgAl2O4)。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，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
电池)”的第12章中做了描述。
例如纯的锂-锰-氧化物可具有化学计量式LiMn2O4。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
LiMn2O4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。
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。
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。
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3∶1的比例(+/-20％)的
碳酸乙酯(EC)/碳酸甲乙酯(EMC)。
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。
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。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。
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。
在以实现电池的“10C”充电操作和“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30μm或20μm
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50μm至125μm的阴极和10μm至80μm的阳极(整体厚度：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。
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。
关于混合物优选的是，所述活性物质由此特别是锂-镍-锰-钴-混合氧化
物和锂-锰-氧化物优选分别为粒子形式，其具有1μm至50μm的，优选为
2μm至40μm的，进一步优选为4μm至20μm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。
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。
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。
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。
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。
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。
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(Umhüllung)上实现)。
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。
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。
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
或Kynar 761)。
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。
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性。
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
以上定义的用于电极的活性物质，特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15μm至45μm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。
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。
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。
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。
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：
●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：
(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)所组成的至少一种混合物，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15μm至
45μm的厚度，
●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。
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。
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”。
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。
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/mm2，优选为≥5,000N/mm2的硬
度。
所述“传统”的碳可以为天然石墨(例如来自Kropfmühl的UFG8)。
另外可选地，C纤维的成分在38％范围内。
优选地，相对于“硬碳”+“软碳”而言相关，“硬碳”的比例最大为
15％。
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。
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。
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。
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)。
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。
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。
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。
优选地，用于分隔物的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。
进一步优选地，使用锰、钙、铝、硅、锆和钛的氧化物，以及硅酸盐
(特别是沸石)、硼酸盐和磷酸盐。用于分隔物的此类物质以及制作分隔
物的方法在EP 1 783 852中有所公开。
所述陶瓷材料具有对于电化学电池应用而言适宜的多孔性，其与不包
括陶瓷材料的传统分隔物相比，实际上更耐高温并且在较高的温度下具有
较小的收缩性。此外，陶瓷分隔物优选具有高的机械稳定性。
特别地在与根据本发明的用于阴电极的活性物质的共同作用下，其形
成提高的热稳定性和抗老化性，陶瓷型分隔物可以降低层的厚度，使得由
于其出众的可靠性和机械稳定性，可以减小电池尺寸和提高能量密度。其
尤其允许在不影响电池可靠性的前提下，根据本发明实现的尽可能小的载
体/电极厚度。
在本发明的电化学电池中，分隔物厚度优选为从2μm至50μm，特别
为5μm至25μm，进一步优选为10μm至20μm。阴电极提高的热稳定性
和抗老化性-如上所述-允许存在一种分隔物层，该分割物层，其具有本征
电阻率，相对于现有技术的分隔物更薄，并因此具有更小的电池阻抗。
进一步优选地，所述无机物质或所述陶瓷材料存在的形式为具有最大
直径在100nm以下的微粒。
此外，所述无机物质，优选陶瓷微粒，优选地存在于一种有机载体物
质上。
分隔物优选地涂覆有聚醚酰亚胺(PEI)。
优选地，使用有机物质作为分隔物的载体物质，其优选地构成为非交
织无纺布，其中有机物质优选地包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚烯
烃(PO)或聚醚酰亚胺(PEI)、或以上物质的混合物。所述载体物质有利
地构成为箔或薄层。在特别优选的实施方式中，所述有机物质为聚对苯二
甲酸乙二醇酯(PET)或包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。
在优选的实施方式中，分隔物为，优选地作为至少一种有机载体物质
和至少一种无机(陶瓷性的)物质的复合物，构成为箔形式的层状复合物，
其优选为单面或双面涂覆有聚醚酰亚胺。
在分隔物的优选实施方式中，分隔物由氧化镁层组成，其进一步优选
在单面或双面涂覆有聚醚酰亚胺。
在其他的实施方式中，氧化镁中占50至80重量百分比的部分可由氧
化钙、氧化钡、碳酸钡、磷酸锂、磷酸钠、磷酸钾、磷酸镁、磷酸钙、磷
酸钡代替，或由硼酸锂、硼酸钠、钾硼酸代替，或由这些化合物的混合物
代替。
在优选的实施方式中在无机物质的单面或两面涂覆的聚醚酰亚胺，其
优选地以上述(非交织的)纤维无纺布的形式存在于分隔物中。在此，术
语“纤维无纺布”可理解为以非交织的形式存在的纤维(非交织无纺布)。
此类无纺布在现有技术中是公知的和/或可以根据公知的方法制造，例如通
过在DE 195 01 271 A1中介绍的网状结合方法或喷熔方法。
聚醚酰亚胺是公知的聚合物和/或可以根据公知的方法制造。例如在
EP 0 926 201中公开的方法。例如，聚醚酰亚胺可为按商标购买的
商品。根据本发明，所述聚醚酰亚胺可以存在于分隔物中、存在于单个层
或多个层中，分别在无机物质的层的单面和/或双面上。
在优选的实施方式中，聚醚酰亚胺包括其它的聚合物。至少一种其它
的聚合物优选地选自由聚酯、聚烯烃、聚丙烯腈(Polyacrylnitril)、聚碳酸
酯、聚砜、聚苯醚砜、聚偏二氟乙烯、聚苯乙烯所组成的组。
优选地，所述其它的聚合物为聚烯烃。优选的聚烯烃为聚乙烯和聚丙
烯。
所述聚醚酰亚胺，优选为纤维无纺布的形式，此外优选地涂覆有一层
或多层的其它聚合物，优选为聚烯烃，其同样优选地作为纤维无纺布存在。
利用其它聚合物(优选为聚烯烃)的聚醚酰亚胺的涂层可以通过粘合、
层压、通过化学反应、通过焊接或通过机械连接而获得。此类聚合物复合
材料及其制造方法从EP 1 852 926中可知的。
优选地，无纺布由纳米纤维或由所应用聚合物的工艺玻璃(technischen
Glaesern)制得，由上述方法构成的无纺布在形成较小孔径直径的情况下
具有高孔隙度。
优选地，聚醚酰亚胺-无纺布的纤维直径大于其他聚合物-无纺布(优
选为聚烯烃-无纺布)的纤维直径。
优选地，由聚醚酰亚胺制成的纤维无纺布具有比由其他聚合物制成的
纤维无纺布更高的孔径直径。
除使用聚醚酰亚胺之外应用聚烯烃确保了电化学电池提高的安全性，
因为在电池被不希望地或过强地加温情况下，聚烯烃的孔径会收缩并且通
过分隔物的电荷传输被降低或被终止。如果电化学电池的温度被提高到聚
烯烃开始熔化的温度时，则对于温度影响而言非常稳定的聚醚酰亚胺会使
得由于分隔物的熔结和由此导致的电化学电池不受控制的破坏得到有效
地抵消。
有利地，陶瓷分隔物由柔韧的陶瓷复合材料构成。复合材料(复合物
材料)由不同的、彼此紧密结合的材料构成。所述材料可以被称为复合物
材料。特别是设计为，复合材料由陶瓷材料以及由聚合物材料构成。由PET
构成的无纺布具有陶瓷浸渍物或镀层是公知的。此类复合材料可以经受超
过200℃(局部达700℃)的温度。
有利地，分隔物层或分隔物至少局部地延伸过至少一个(特别是相邻
的)电极的边界框。特别优选地，分隔物层或分隔物向外延伸过(特别是
相邻的)电极的整个边界框。这样使得在电极堆栈的电极边框间的电流得
以降低或被阻止。
为了生产本发明的电化学电池可以应用在理论上公知的方法，例如在
“Handbook of Batteries”(第三版，出版社：McGraw-Hill，发行人：D.
Linden，T.B.Reddy，35.7.1)中描述的方法。
在一个实施方式中，所述分隔物层直接在负电极或正电极上，或者在
负电极和正电极上形成。
优选地，作为膏状物或乳液状物的分隔物的无机物质被直接应用在负
电极和/或正电极上。通过共挤压形成层压板复合物。另外，对于本发明而
言，膏体挤压是特别优选的。
层压板复合物包括电极和分隔物，更确切的说，其包括两个电极和位
于其间的分隔物。
在挤压之后，假如需要的话，所形成的复合物通过常规方法干燥或烧
结。
还可能的是，阳电极和阴电极以及无机物质层与分隔物彼此分开制
造。所述无机物质或所述陶瓷材料优选地以箔的形式存在。彼此分开制造
的电极和分隔物被持续地并且分开地输送到处理单元，其中被组合的负电
极与分隔物和正电极(优选地)设置成电池复合结构，或者被层压或被缠
绕。处理单元包括层压辊，或优选地由层压辊形成。此类方法从WO
01/82403可知。
实施例
下面描述了依据本发明的电化学电池的生产，该电化学电池包括两个
电极，特别是在具有外壳的电解液中的阴电极和分隔物。
根据本发明，基于阴电极提高的热稳定性和抗老化性，可选择明显较
小的分隔物厚度(与单独应用锂-镍-锰-钴-混合氧化物作为阴电极时相比
较)并由此整体实现较高的能量密度和功率密度。
a)以二甲基甲酰胺制成的、具有平均约为2μm纤维直径的聚醚酰亚
胺-纤维被静电纺织，并且进一步加工为纤维无纺布，该纤维无纺布具有约
为15μm的厚度。
b)25重量份数(Gew.-Teile)的LiPF6和20重量份数的碳酸次乙酯、
10重量份数的碳酸丙烯酯或EMC、25重量份数的氧化镁和5gKynar
-种粘合剂，彼此混合并在扩散机(Disperser)中分散，直到形成均匀的
乳液状物。
c)根据b)制成的乳液状物应用在根据a)制成的无纺布上，使得所
应用的层具有大约20μm的厚度(分隔物)。
d)借助挤压机，在厚度为18μm的铝箔上应用由75重量份数的
(内消旋碳微球(大阪气体化学公司))、10重量份数的草酸
硼酸锂，8重量份数的Kynar和7重量份数的碳酸丙烯酯组成的一
块物质，其中所应用的层的层厚度为大约20至40μm(阳电极)。
e)在厚度为18μm的铝箔上涂有由50重量份数的层结构的锂-镍-锰-
钴-混合氧化物(NMC)、30重量份数的尖晶石结构的锂-锰-氧化物(LMO)、
10重量份数的Kynar和10重量份数的碳酸丙烯酯所组成混合物的膏
状物(阴电极)。
f)根据c)、d)和e)制成的层缠绕在卷绕机上，使得c)的产物位于
d)和e)的产物的涂层之间，其中所述聚醚酰亚胺-无纺布接触例如e)的
产物的涂层。金属箔(集电极箔)被连接并设有导体，以及将系统装入收
缩箔内。
在本实施例的框架中，阳极优选为由“软碳”组成的石墨系统，其涂
覆有“硬碳”，其中“硬碳”的量仅达15％。
阴极被设计用于大尺寸的电池堆栈，即特别地被涂覆为图形形式或是
以图形形式。由此形成的电池在“高能量”实施例也显示出持续至10C的
高负荷能力，该电池是抗老化的并且具有＞5,000个全周期(80％)的突出
的循环性能。铜质绒毛或铜片的受控插入物通过被注入的聚合物覆盖，并
由此不可再构成扇形“热点”。“高能量”实施方式是极其循环稳定的和能
耐负载的，超过20C。
关于电解液已证明的是，使用具有例如VC或“氧化还原往复”的添
加剂(没有部分为损害环境的或有危险的其他添加剂)的、例如EC/EMC
为1∶3的简单混合物是充分可实现的，因为添加剂的作用通过微注射到电
极中来显现。由此，电解液变得更有利环境和成本低廉，并且可证明在超
额完成冷启动电流(“冷启动试验”)中也具有非常好的结果。