[发明专利]能量存储器、双极电极装置和方法

说明书

在各种实施方案中，一种能量存储器(200、300、400、600)可具有：阳极(1012)和阴极(1022)，所述阳极(1012)具有：包含第一金属或由其形成的箔(302)，其中所述箔(302)的第一金属是铝、锡、锗、镁、铅、锌、锑和锂中的一种；具有第一电化学势的活性阳极材料(1012a)；已涂覆所述箔的保护材料(304)，其中所述保护材料(304)包含不同于所述第一金属的第二金属；所述阴极(1022)具有：具有不同于第一化学势的第二电化学势的活性阴极材料(1022a)，其中所述活性阳极材料(1012a)或所述活性阴极材料(1022a)包含锂。

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年11月16日提交的德国申请10 2018 128 901.4和10 2018 128898.0以及2018年8月8日提交的德国申请10 2018 006 255.5的优先权，其中每一个的整体都通过引入全部并入本文。

技术领域

本公开内容涉及一种能量存储器、双极电极装置和方法。

背景技术

在能量存储器(例如蓄电池)中使用的以及例如用于接触连接或者用于传导电流的材料或者部件(称为“集流体”)可以通过活性材料暴露于反应性电解质并且因此具有被电解质腐蚀的风险。此风险取决于包括电解质的组成和集流体的材料在内的因素并随着电解质的反应性而上升。在特别侵蚀性的电解质的情况下，例如用于锂离子基蓄电池的电解质，所有材料不再可能直接适用。

腐蚀可以指材料与其环境的反应，所述反应导致材料中可测量的变化并且可导致材料或其组分的功能的损害。例如，所述反应可包括铝的锂化，其损害铝组分的功能。

常规的锂离子电池组例如由两个不同的电极活性材料层组成，每个电极活性材料层具有不同的活性材料(来自活性阳极材料和活性阴极材料)。活性电极材料层已各自被施涂到集流体上并通常通过隔离物彼此隔离，并且已用填充电池中的孔隙的电解质(固体或液体)彼此面对地组装。仅对于纯固态电池才可能省去隔离物，因为固体电解质同时充当(电)隔离物。

在阳极侧上使用的集流体通常是铜箔(厚度为约6-12μm)。在阴极侧上使用的集流体通常是铝箔(厚度为约8-20μm)。

发明内容

在各种实施方案中，已经认识到，阳极侧上的铜箔构成锂离子电池组(battery)或其电池(cells)的经济可行性的上限。例如，已经认识到，铜箔由于其高密度而对电池重量贡献了可观的比例，因此构成基于电池重量计的电池的比能量密度的上限。其次，已经认识到，铜箔需要相对高的采购成本。高采购成本例如由以下事实产生：首先，铜的材料价值相对较高，其次，铜由于其材料特性而仅能以高成本来生产为非常宽的箔。较窄的铜箔由于其宽度有限而限制生产量，这反过来增加了生产成本，因为每单位时间可涂覆的电极面积较小。

因此，直接(通过采购成本)和间接(通过铜箔的有限宽度的重量和工艺成本)使用铜箔对锂离子电池组或其电池的经济可行性具有很大影响。

在各种实施方案中，提供了每次能量存储需要较少铜或不需要铜的能量存储器、双极电极装置和方法。例如，替代铜箔是可能的。

显然，铜箔的替代物(材料/箔)至今几乎没有检验过并且还没有确立。其原因在于对集流体的高需求，所述集流体要具有包括高电化学稳定性、高电导率和良好机械稳定性在内的特性。机械稳定性使得例如能够例如在卷对卷电极制造过程中由卷辊进行处理。更特别地，铝至今还没有被认为是阳极侧上的铜的替代物，因为作为阳极集流体，其电化学稳定性过低并且腐蚀性过高。通过反应使锂离子不希望地结合到铝中可能导致铝箔体积膨胀，这可能导致铝箔“破碎”(部件失效)。