[发明专利]电极、电池单池及其应用

说明书

本发明提出了一种电池单池的电极、尤其是锂离子电池单池的正电极，其在本文中呈电极层（102、202、302）的形式并且包括具有多个活性材料颗粒（106、206、306）的活性材料，其特征在于，电极层（102、202、302）的厚度至少是活性材料颗粒（106、206、306）的最大直径的两倍。

技术领域

本发明涉及一种根据独立权利要求的前序部分所述的电极、电池单池和其应用。

背景技术

为了实现电动性，也被称为可再充电的蓄电池的二次电池被用于存储电能。锂离子电池由于其大的能量密度、热稳定性和小的自放电而特别适合于此。

锂离子电池在此包括一个或多个锂离子电池单池。

锂离子电池单池包括至少一个具有正电极和负电极的电极对。正电极被施加在正的放电器（Stromableiter）上，而负电极被施加在负的放电器上。在正电极和负电极之间布置有能传导离子的分离器，以便避免两个电极的接触并且因此避免两个电极的短路。该分离器也可以以能传导离子的固体电解质的形式存在。

由于在相应的电池单池壳体中的有限的体积，从目前的技术角度来看制造具有大的功率密度的锂离子电池单池是非常具有挑战性的。

一种已知的解决方案体现在设计具有薄电极层的这种电池单池，尤其是具有薄的正电极层的这种电池单池，以便能够实现用于离子在两个电极之间运动的较短的扩散路径。与之相应地，也需要薄的分离层。

其它的现有技术由KR 20150015258A已知。

发明内容

本发明涉及一种具有独立权利要求的表征性的特征的电池单池的电极、尤其是锂离子电池单池的正电极，以及电池单池和其应用。

在此，根据本发明的电极优选以电极层的形式存在，其活性材料具有多个活性材料颗粒。

为了能够在尤其是纯电驱动的车辆中使用，除了对大的能量或功率密度的技术要求之外，安全性方面、有竞争力的制造方法和锂离子电池单池中的长的周期性或日历寿命也起决定性的作用。为此，正电极的制造方法是满足锂离子电池单池的特定要求的关键。

关于单池性能，一方面正活性材料的类型由于其材料特性而是重要的，另一方面电极设计的类型相应于电极的微结构设计。这包括例如活性材料颗粒的尺寸的确定。

此外，确定最佳的层厚度或层厚度的最佳的数值范围是重要的，利用其可以相对简单地制造正电极并且同时在整个单池中存在大的功率密度。

根据本发明，位于正电极中的活性材料颗粒，优选球形的活性材料颗粒具有不同的尺寸，其中，其直径变化。此外，在试验单池中，针对制造过程和单池性能，采用具有不同层厚度的正电极，并且根据试验结果对其进行相互比较，以便针对正电极确定最佳的层厚度或层厚度的最佳的数值范围。

由本发明范围内的试验和所属的测量或分析可得悉如下，即，优选地不带有正的放电器的正电极（其层厚度相应于活性材料颗粒的最大直径）具有非常低的总电阻。这导致在整个电池单池中的高的充电或放电电流。

然而，这种正电极的制造过程相对耗费时间和成本，因为仅仅在技术上难以实现这种电极的均匀表面。这种缺点对整个单池的功率具有显著影响。为了补偿这一缺点，需要多个电池单池。然而，该措施导致高的制造成本和长的制造时间。

另一方面，当正电极的层厚度为活性材料颗粒的最大直径的四倍时，正电极的总电阻升高。高的总电阻引起相关的电极的小的充电和放电电流。

因此，根据本发明的电极层代表着一种折中，其中电极层的厚度至少是活性材料颗粒的最大直径的两倍。

此外有利的是，电极层的厚度最大为活性材料颗粒的最大直径的三倍。