[发明专利]用于制造用于电化学电池的前体材料的方法

说明书

本发明涉及一种用于制造用于电化学电池的前体材料(10)的方法。所述方法包括以下步骤：将基体材料(18)引入到流化床(40)中，并且将载体介质(48)和分散的碳纳米管材料(22)引入到所述流化床(40)中，使得所述碳纳米管材料(22)与所述载体介质(48)施加在所述基体材料(18)上，并且所述基体材料由此颗粒化，其中，所述碳纳米管材料(22)在所述引入之前已经在所述载体介质(48)中悬浮并且分散，和/或，在所述流化床(40)中分散存在的所述碳纳米管材料(22)在所述流化床(40)中借助所述载体介质(48)溶解。

技术领域

本发明涉及一种用于制造用于电化学电池的前体材料的方法、一种前体材料和一种具有这种材料的电化学电池。

背景技术

现今针对导电性好的层的制造需要创新的材料和过程。这样例如使用碳纳米管(CNT)作为用于明显增大薄功能层的导电性的添加剂。在此，CNT可以包含碳微管或碳纤维的所有形式，包括“多壁”和“单壁”的碳纳米管、碳纤维、每个碳纤维或掺杂碳纤维。在此，所述碳纳米管的尺寸在直径方面可以从10nm达到l00μm。长度可以从100nm达到1000μm或更大。同样地，在此也可以涉及另外的导电纤维，例如金属纤维或BC(Bor-Carbid)纤维、BN(Bor-Nitrid)纤维或BNC(Bor-Carbo-Nitrid)纤维。所述碳纳米管特别适用，因为所述碳纳米管通过其纤维结构可以形成在功能层中的传导路径网。这样碳纳米管(CNT)可以显著提高这种层的导电性。这也可以并且特别针对在燃料电池和蓄电池或另外的电化学系统中的电极得出高剩余价值。

US7662424 B2示出一种用于通过流动床涂覆/聚集步骤实现初始材料的均匀分布和活性材料和聚合物的连接。在此，接合剂可以是聚合物或导离子的聚合物。

US2013/0295451A1公开了一种用于制造颗粒材料的方法。在此，颗粒材料包含多个锂离子导体和多个活性材料。在此，所述方法包括颗粒材料与固体电解质的均匀混合的步骤。此外，US2013/0295451A1还公开了一种固态电池电极，所述固态电池电极具有这种颗粒材料。

在US2005/0064096 A1中公开的方法包括通过将初始材料溶剂喷到流动床中来将初始材料溶剂施加到颗粒上并且进行干燥的步骤。然后将溶剂从粘附在颗粒的表面上的初始材料溶剂中移除。在下一步骤中使颗粒通过接合剂相互粘接。

在使用CNT时的一个问题是，所述CNT现今还是相对较贵的，其中，所述CNT的价格通过近年来新的生产方法的发展明显降低。始终存在并且大部分未解决的另外的问题是CNT的聚集物形成的强烈倾向。所述CNT倾向于积聚成结块或聚集物，这与导电非常好的网络的形成相冲突并且CNT的要使用的材料的量明显升高。除了由此产生的价格缺点之外，这也意味着相比于等效薄层的在能量密度和导电性方面的损失，所述等效薄层包含/会包含充分分散的CNT。

典型地，在制造用于储能器的电极、特别是涂覆的蓄电池电极时，使所有干燥粉末悬浮在溶剂中并且由此制造所谓的悬浮液。溶剂在悬浮过程中用作为用于所有溶解的和悬浮的物质的载体介质。悬浮液用于将电极材料涂覆到金属薄膜上。为了确保悬浮液的流动性能，溶剂量必须近似相应于活性材料量。在蓄电池电极中，活性材料量典型地大于90％重量百分比，在燃料电极中石墨分量大于70％重量百分比。关于总量100％缺少的剩余部分是聚合物接合剂和导电添加剂，碳纳米管以及另外的添加剂也属于所述导电添加剂。在随后的电极干燥时，溶剂又必须以热的方式移除，这与高能量耗费和由此高过程费用以及时间耗费有关。

在含溶剂的液态质量中很可能的是，使CNT分散。然而该状态必须近似“保持”直到薄膜中并且不应该在干燥或再加工时“丢失”。目的必须是，分散的CNT在悬浮液中散开并且随后加入在层或电极中。