[发明专利]用于制造电化学储能器的电极的方法以及电极

说明书

技术领域

本发明涉及用于制造电化学储能器的电极的方法以及电化学储能器的电极。

背景技术

如尤其是锂离子电池的电化学储能器如今被用在许多应用领域中、诸如应用在移动通信或娱乐电子设备中。尽管这样的储能器具有高容量（高达150Wh/kg），但是这些储能器仍然具有改善潜力。

锂硫电池例如可以具有高达600Wh/kg的高能量密度。这样的电池尤其是基于总反应2Li + S = Li₂S，通过该反应可以相对于Li/Li⁺ 提供大致2.0V至2.5V的电压。但是目前锂硫电池仍具有一些损害。因此，例如在由多孔的碳硫混合物构成的常规阴极的情况下在运行期间其微结构可能改变，这可能导致硫的电接触的中断并且因此导致充电能力和速率能力的下降。

从文献EP 2 339 674 A1中已知一种锂硫电池。这样的锂硫电池具有阴极结构，其包括纳米管或纳米线处的连续层并且还包括硫颗粒，其中硫颗粒固定在纳米管或纳米线处，并且其中连续层接触电解质层。

发明内容

本发明的主题是一种用于制造电化学储能器、尤其是锂离子电池的电极的方法，包括下列方法步骤：

a）提供用于形成钛酸锂的原始材料的混合物；

b）煅烧用于形成钛酸锂的原始材料的混合物；

c）在煅烧以前和/或以后将包括硫以及必要时包括锂的组分添加到用于形成钛酸锂的原始材料的混合物中，和/或

d）在煅烧以前和/或以后将造孔剂添加到用于形成钛酸锂的原始材料的混合物中；

e）烧结经煅烧的产物；以及

f）必要时从经煅烧和必要时经烧结的产物中除去造孔剂。

通过前述方法变为可能的是，以简单和低成本的方式将特殊地定义和再现的孔隙度置入到尤其是电化学储能器的电极的钛酸锂晶格或钛酸锂结构中。

在此，钛酸锂晶格尤其是可以是如下的晶格或基质：其基于化学式 Li₄Ti₅O₁₂，并且其诸如导电能力和离子传导能力的特性必要时可以通过添加诸如镁（Mg）、铝（Al）、铁（Fe）等的掺杂元素来有针对性地改善。通过使用或制造这样的晶格，可以放弃阴极结构中的可能的粘合剂和导电添加物，因为所使用的钛酸锂结构是导电的和传导离子的。但是添加诸如石墨或碳纳米管的导电添加物不被排除。在此，钛酸锂结构与如尤其是含硫化合物的活性材料直接接触。

另外，在制成的电池单元中可以完全放弃液体材料、如电解质，使得可以譬如抑制或防止可溶性锂聚硫化物相的形成，这可以允许特别长时间稳定的容量。

在方法步骤a）中，可以首先提供用于形成钛酸锂的原始材料的混合物。在此，尤其是可以将原始材料的混合物理解成具有任意数量的不同组分的混合物，从该混合物中可以通过合适方法制造钛酸锂。例如可以从尤其是分析纯的锂化合物和钛化合物的混合物中制造钛酸锂、尤其是钛酸锂粉末。

这样得到的用于形成钛酸锂的原始材料的混合物可以在另一方法步骤b）中被煅烧。在此，煅烧在本发明的意义上尤其是可以指在升高的温度下的处理。例如，可以使用800℃或者甚至高于此的温度。反应混合物例如可以在氧化气氛（空气）中或者还原气氛（例如由氢气和氩气构成的混合物）中或者在惰性气氛（例如氩气）中被煅烧。在此，通过有针对性地影响钛酸盐中的氧气空位浓度以及掺杂元素的价态，煅烧可以在还原气氛下特别有利地作用于导电能力和离子传导能力。

在此尤其是可以在含氢气的气氛下进行煅烧。例如，煅烧可以在具有参照还原气氛的气体的总体积的≥5%体积百分比至≤20%体积百分比的氢气份额的还原气氛下进行。例如，煅烧可以在稀有气体－氢气气氛、例如氩气－氢气气氛下进行。由此可以实现特别有利的导电能力。

另外，煅烧可以在≥700℃至≤900℃的范围中的、例如在大致800℃的温度下进行。可替代或附加地，煅烧例如可以在≥6 h 至 ≤14 h的范围内、例如在大致10h长的时期内进行。在此，原始材料的混合物还可以尤其是在煅烧以前例如借助于球磨机、例如行星式球磨机被研磨和/或必要时被挤出。