[发明专利]用于原电池的复合阳极以及原电池

说明书

本发明涉及一种用于原电池的阳极，其中所述阳极由阳极材料来构造，所述阳极材料包括在所述原电池的放电过程（26）中释放出锂离子的主要成分以及至少一种添加剂，其中所述至少一种添加剂具有电化学的电位，所述电化学的电位相对于元素锂比所述主要成分相对于元素锂的电化学的电位高，所述至少一种添加剂具有充电容量和放电容量并且所述充电容量偏离所述放电容量不超过10%，并且本发明一种具有所述阳极的原电池。

技术领域

本发明涉及一种用于原电池的阳极以及一种具有所述阳极的原电池。

背景技术

尤其与基于镍-金属混合物或者铅酸的电池组电池相比，能再充电的原电池、例如具有含锂的阳极的电池组电池具有很高的可支配的能量密度或比能量。锂离子电池组不仅可以被用在部分地或者完全地电驱动的车辆、电动车辆或者混合动力车辆中而且可以被用在计算机技术中，尤其是被用在笔记本电脑、智能电话或者平板电脑（Tablet-PC）中。锂离子电池拥有至少一个正电极（阴极）和至少一个负电极（阳极），所述至少一个正电极和至少一个负电极能够可逆地贮存锂离子（嵌入（Interkalation））或者又移出锂离子（脱嵌（Deinterkalation））。也被称为二次电池组的能再充电的电池组是至少两个单个的电接线的蓄电池或者电池组电池的并联或者串联。这些电池组也被称为电池组包或者电池组模块。

在市场上可获得以不同的设计形式（如纽扣电池、圆柱电池、棱柱电池和堆叠的或者卷绕的阳极-隔离器-阴极-套件）的具有不同的化学系统（如铅酸、镍-金属混合物和锂离子）的电池组。

常见的设计形式是具有牢固的、例如由铝组成的外壳（也被称为硬盒（Hardcase））的棱柱形的锂离子电池组。所述具有牢固的外壳的棱柱形的电池组包括绕组（也被称为卷芯（Jelly Roll）），所述绕组又包括阴极、阳极和用液态的传导锂离子的电解质浸渍的隔离器。所述阳极常常由活性的石墨材料、导电的添加剂（如传导性炭黑（Leit-Ruß））的混合物以及电极粘结剂（Elektrodenbinder）来构造。所述阳极通常被涂覆到基于铜的集电器薄膜上。所述绕组与集电器相连接并且完整的结构严密地被密封在铝制容器或者不锈钢容器中。这种电池中的多个电池与电池组管理系统（BMS）共同被装配成一个完整的电池组模块或者被装配成一个蓄电池组（Batteriespeicher）。

通常，包括具有由例如Li_1+x（Ni_1/3Mn_1/3Co_1/3）_1-xO₂）构成的层结构的过渡金属氧化物阴极以及石墨阳极的锂离子电池在2.7伏特到4.2伏特的情况下运行，这分别相当于在充电时的上极限或在放电时的下极限。电池电压是所述电极的各个电位之差：

电池电压=阴极电位-阳极电位。

阴极电位在常见的运行条件下关于元素锂为2.9伏特与4.2伏特之间。阳极电位在常见的运行条件下关于元素锂为0.05伏特与0.8伏特之间。但是，如果所述电池中的平衡状态（Gleichgewicht）没有被校正，例如如果所述阴极的容量与所述阳极的容量之比不是最优的，那么阳极电位可能很快升高。这导致所述电池的总电压的降低。如下状态被称为深度放电，在所述状态下，在包括过渡金属氧化物和石墨的锂电池中，阳极电位相对于元素锂上升到超过2伏特。