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DE102006007220B4 - Process for producing lithium polymer energy storage devices - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Lithium-Polymer-Energiespeichers dadurch gekennzeichnet, dass ein Gemisch bestehend aus den Einsatzstoffen für eine Kathodenmasse, einen Separator und eine Anodenmasse mittels eines Zentrifugalkraftprozessors aufgrund der Zentrifugalkräfte bedingt durch die unterschiedlichen spezifischen Gewichte der Einsatzstoffe als diskrete Schichten auf einem geprimerten Al-Folien-Ableiter, abgeschieden wird, so dass die diskreten Schichten eine Kathode, einen Separator und eine Anode bilden.Method for producing a lithium polymer energy store, characterized in that a mixture consisting of the input materials for a cathode mass, a separator and an anode mass by means of a centrifugal force processor due to the centrifugal forces due to the different specific weights of the input materials as discrete layers on a primed aluminum Foil arrester, is deposited so that the discrete layers form a cathode, a separator and an anode.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Lithium-Polymer-Energiespeichern durch ein neues einstufiges Beschichtungsverfahren und so hergestellte Lithium-Polymer-Energiespeicher.The invention relates to a process for the production of lithium polymer energy storage devices by a new single-stage coating process and thus produced lithium polymer energy storage.

Lithium-Polymer-Energiespeicher sind Li-Polymer-Batterien, die aus Anode, Kathode und einem Polymerelektrolyten als Separator bestehen. Anode, Kathode und Separator werden zusammengeführt, so dass ein Verbund entsteht, bei dem der Separator als Zwischenlage für Anode/Kathode dient. Der erhaltene Verbund wird dann zu Mehrfachlagen verarbeitet und zu prismatischen oder Wickelzellen verarbeitet. Nach dem Einhausen und Polen liegt eine Lithium-Polymer-Batterie vor, die nach dem Formieren betriebsbereit ist mit Spannung von ca. 4 Volt und Zyklenzeiten > 300.Lithium-polymer energy stores are Li-polymer batteries that consist of anode, cathode and a polymer electrolyte as a separator. Anode, cathode and separator are brought together, so that a composite is formed in which the separator serves as an intermediate for anode / cathode. The composite obtained is then processed into multiple layers and processed into prismatic or wound cells. After Einhausen and Poland there is a lithium polymer battery, which is ready after forming with voltage of about 4 volts and cycle times> 300.

Einzelheiten zur Herstellung und zum System sind literaturbekannt und dem „Handbook of Battery Materials” edit. I. O. Besenhard, Verlag VCH Weinheim, 1999, zu entnehmen (Dokument 1). Spezielle Herstellungsverfahren, wie z. B. den sog. Bellcore-Prozess sind beschrieben in „Lithium Ion Batteries” edit. M. Wakihara et O. Yamamoto, Verlag VCH Weinheim, 1998 S. 235 u 10.9 (Dokument 2).Details of the preparation and the system are known from the literature and the "Handbook of Battery Materials" edit. IO Besenhard, Verlag VCH Weinheim, 1999, refer to (document 1). Special manufacturing methods, such. B. the so-called. Bellcore process are described in "Lithium Ion Batteries" edit. M. Wakihara et O. Yamamoto, Verlag VCH Weinheim, 1998 S. 235 u 10.9 (Document 2).

Zur Herstellung der Lithium-Polymer-Batterie werden grundsätzlich verschiedene Prozesse verwendet. Eine Variante ist der Beschichtungsprozess, bei dem der für die Kathoden- bzw. Anodenmasse erforderliche Polymerbinder gelöst wird; z. B. Fluorelastomere Homo oder Copolymere 5–10%ig gelöst in z. B. N-Methyl-Pyrrolidon (NMP) und diese Polymerlösung mit den kathoden- bzw. anodenspezifischen Zusätzen wie Li-interkalierbare Metalloxide bzw. Li-interkalierbare Kohlenstoffe (Ruß, Graphit o. ä.) versetzt und dispergiert wird und dann diese Dispersion entsprechend der Filmbeschichtungstechnik auf Stromkollektoren (Folien, Bändern, Netzen o. ä. – Cu vorzugsweise für die Anode, Al vorzugsweise für die Kathode) aufgetragen wird.In principle, various processes are used to produce the lithium-polymer battery. One variant is the coating process, in which the polymer binder required for the cathode or anode material is dissolved; z. B. fluoroelastomers homo or copolymers 5-10% dissolved in z. B. N-methyl-pyrrolidone (NMP) and this polymer solution with the cathode or anode-specific additives such as Li-intercalatable metal oxides or Li-intercalatable carbons (carbon black, graphite o. Ä.) Is added and dispersed and then this dispersion accordingly the film coating technique on current collectors (films, tapes, nets o. Ä. - Cu preferably for the anode, Al preferably for the cathode) is applied.

Eine Variante (1a) der oben beschriebenen Beschichtungstechnik besteht in der Verwendung von wässrigen Polymerdispersionen anstelle der Polymerlösungen mit organischen Lösungsmitteln. Die nach 1 bzw. 1a erhaltenen Beschichtungen werden nach dem Trocknen zu prismatischen oder Wickelzellen verarbeitet, wobei als Zwischenlage ein sog. Separator z. B. aus Cellgard o. ä. mit porösen Strukturen verwendet wird, ein derart hergestelltes System wird in einem Gehäuse verkapselt und vor dem Verschließen mit Elektrolyt d. h. Leitsalz gelöst in aprotischen Lösungsmitteln gefüllt.A variant (1a) of the coating technique described above consists in the use of aqueous polymer dispersions instead of the polymer solutions with organic solvents. The coatings obtained according to 1 or 1a are processed after drying to prismatic or wound cells, wherein as a separator, a so-called. Separator z. B. Cellgard o. Ä. Is used with porous structures, a system prepared in this way is encapsulated in a housing and prior to sealing with electrolyte d. H. Conducting salt dissolved in aprotic solvents filled.

Der Bellcore-Prozess (1b) ist eine weitere Variante der Beschichtungstechnik, hier wurde schon in die Anoden- bzw. Kathodenmasse eine Komponente z. B. Dibutylphthalat DBP eingearbeitet, die vor der Zusammenführung von Anode/Kathode/Separator im sog. Bellcore-Prozess (vgl. Dokument 2) herausgelöst wird, um ausreichende Porosität d. h. Aufnahmevermögen für den Elektrolyt zu beschaffen.The Bellcore process (1b) is another variant of the coating technique, here was already in the anode or cathode material, a component z. B. dibutyl phthalate DBP, which is dissolved out prior to the merger of anode / cathode / separator in the so-called. Bellcore process (see Document 2) in order to obtain sufficient porosity d. H. To obtain capacity for the electrolyte.

Ein grundsätzlich anderer Prozess (2) ist die Extrusion z. B. vom Separator (Polymer-Gelelektrolyt) und z. B. einer Kathode ( US-Patent 4,818,643 A ; entspricht EP 0 145 498 B1 und DE 3485832 T2 ) bzw. die Extrusion von Anode, Separator und Kathode in parallel geschalteten Extrudern und nachfolgendem Zusammenführen ( DE 100 20 031 A1 ). Die letztere Patentanmeldung offenbart ein Verfahren, in dem jeweils Lösungsmittel und/oder Quellmittel enthaltende Anodenmasse, Separator (Polymer-Gel-Elektrolyt) und Kathodenmasse in parallel geschalteten Extrudern extrudiert und anschließend als eine Einheit zusammengeführt werden, die dann mit Kollektorfolien laminiert werden.A fundamentally different process (2) is the extrusion z. B. from the separator (polymer gel electrolyte) and z. B. a cathode ( U.S. Patent 4,818,643 A ; corresponds to EP 0 145 498 B1 and DE 3485832 T2 ) or the extrusion of anode, separator and cathode in parallel extruders and subsequent merging ( DE 100 20 031 A1 ). The latter patent application discloses a method in which each of the solvent and / or swelling agent-containing anode mass, separator (polymer gel electrolyte) and cathode material are extruded in parallel extruders and then combined as a unit, which are then laminated with collector films.

Die bislang beschriebenen Verfahren haben allesamt, wenn auch unterschiedliche Nachteile: Bei den Beschichtungsprozessen (1–1a) muss in allen Fällen das organische Lösungsmittel bzw. das Wasser (eingeschleppt durch die Polymerlösung bzw. Dispersion) beseitigt werden. Verbleibendes Lösungsmittel führt zum „Fading”, d. h. Nachlassen der Batterie-Effizienz und mangelnder Zyklenstabilität, das organische Lösungsmittel muss aus Kostengründen und zum Umweltschutz entfernt werden, das bedeutet hohe Trocknungstemperaturen bzw. beim kontinuierlichen Prozess längere Trocknungszeiten bei niederen Trocknungstemperaturen und Vakuum, analoges gilt für die Abtrennung von Wasser: Nachteile entstehen im Film: Inhomogenitäten, Rissbildung beim engen Wickeln, verminderte Haftung auf den Stromkollektoren, Schädigung der Stromkollektoren, Unterwanderung des Films durch den Elektrolyten, u. ä. Bei der Befüllung mit dem Elektrolyten erfolgt nur mangelnde Benetzung der Anoden- bzw. Kathodenmasse.The methods described so far all have, albeit different disadvantages: In the coating processes (1-1a), the organic solvent or the water (introduced by the polymer solution or dispersion) must be removed in all cases. Remaining solvent leads to "fading", d. H. Decreasing the battery efficiency and lack of cycle stability, the organic solvent must be removed for cost reasons and environmental protection, which means high drying temperatures or in the continuous process longer drying times at low drying temperatures and vacuum, the same applies to the separation of water: disadvantages arise in the film Inhomogeneities, cracking during tight winding, reduced adhesion to the current collectors, damage to the current collectors, infiltration of the film by the electrolyte, and the like. Ä. When filling with the electrolyte is only insufficient wetting of the anode or cathode material.

Beim Prozess 1b ist die Porosität zur Aufnahme des Elektrolyten gegeben, jedoch gelten alle anderen bei 1–1a genannten Nachteile auch für 1b.In the process 1b, the porosity is given for receiving the electrolyte, but all other disadvantages mentioned in 1-1a also apply to 1b.

Bei dem Extruderprozess wird a. a. Polyethylenoxid (PEO) verwendet ( US-Patent Nr. 4,818,643 A ), das jedoch beim Batteriebetrieb keine Langzeitstabilität aufweist, d. h. Zyklenstabilität < 100. Der andere Extruderprozess arbeitet mit Elektrolyten auf Basis von EC/y-BL (d. h. Ethylencarbonat, y-Butyrolacton) mit LiClO4 als Leitsalz, auch dieses System zeigt geringe Zyklenstabilität < 100 (siehe z. B. DE 100 20 031 A1 ), da unter den Betriebsbedingungen der Batterie das y-BL reagiert und störende Nebenprodukte liefert: Auch das beanspruchte Polymer (Polymethylmethacrylat) ist unter den Zyklisierungsbedingungen – Entladen/Beladen – einer Batterie nicht stabil und führt zu störenden Nebenreaktionen, so dass keine funktionstüchtige verkaufsfähige Batterie machbar ist.The extruder process uses aa polyethylene oxide (PEO) ( U.S. Patent No. 4,818,643 A However, this has no long-term stability during battery operation, ie cycle stability <100. The other extruder process works with electrolytes based on EC / y-BL (ie ethylene carbonate, y-butyrolactone) with LiClO 4 as conductive salt, this system also shows low cycle stability < 100 (see eg DE 100 20 031 A1 ), since under the operating conditions of the battery the y-BL responds and disturbing By-products provides: Even the claimed polymer (polymethyl methacrylate) under the Zyklisierungsbedingungen - unloading / loading - a battery is not stable and leads to disturbing side reactions, so that no functional salable battery is feasible.

PCT/EP99/06313 (entspr. WO 00/13249 A1 ) beschreibt die Verwendung pastöser Massen für elektrochemische Bauelemente und daraus hergestellte Schichten, wobei die Massen nacheinander mit Hilfe eines Pastenauftragsverfahrens, bevorzugt mittels eines Druckverfahrens, aufgebracht werden. PCT / EP99 / 06313 (Corr. WO 00/13249 A1 ) describes the use of pasty masses for electrochemical components and layers produced therefrom, wherein the masses are applied successively by means of a paste application method, preferably by means of a printing method.

PCT/US97/08029 (entspr. WO 97/44847 A1 ) beschreibt einen kontinuierlichen Prozess bei dem durch Extrusion feste Polymer-Elektrolyte mit aktivem Elektroden-Material zu Elektrolyt-Elektroden-Folien extrudiert werden, die dann mit Stromableitern zu Batterie-Elektroden verarbeitet werden. Allen Literaturbekannten Verfahren ist eines gemeinsam, das getrennte Herstellen von Anode, Kathode und dem isolierenden Separator. PCT / US97 / 08029 (Corr. WO 97/44847 A1 ) describes a continuous process in which extrusion-solid polymer electrolytes with active electrode material are extruded into electrolyte-electrode films, which are then processed with current conductors to battery electrodes. Common to all prior art methods is the separate production of anode, cathode and the insulating separator.

Des Weiteren beschreibt die DE 198 22 301 C1 ein Verfahren zum Aufbringen einer Kunststoffschicht auf die Innenflächen von Hohlkörpern. Die DE 198 18 529 B4 beschreibt ein Photoresistbeschichtungsverfahren. Die DE 197 32 138 A1 beschreibt ein Verfahren zum Auftragen eines flüssigen oder pastösen Mediums auf eine laufende Materialbahn.Furthermore, the describes DE 198 22 301 C1 a method for applying a plastic layer to the inner surfaces of hollow bodies. The DE 198 18 529 B4 describes a photoresist coating process. The DE 197 32 138 A1 describes a method for applying a liquid or pasty medium to a moving material web.

Das neue erfindungsgemäße Verfahren basiert jedoch auf einem Prinzip bei dem durch einen einzigen Prozessschritt Anode/Separator/Kathode gleichzeitig hergestellt und auf dem Kathodenableiter (geprimerte Al-Folie) aufgetragen werden. Dieses neue Verfahren bricht mit den bislang bekannten Verfahren ob Extrusion oder Beschichtung und Lamination von Anode; Separator; Kathode. Die neue erfindungsgemäße Zentrifugal-Abscheidung auf Al-Folie erlaubt durch einen einstufigen Prozess, ausgehend von einem Gemisch aus

  • • Li-Schwermetalloxid o. ä.
  • • anorganische Gerüstsubstanzen
  • • Polymerbinder(n)
  • • Li-interkalierbarem Kohlenstoff u. od. TiO2
  • • und Elektrolyt
nach Abdeckung mit einer Cu-Folie das Herstellen einer funktionstüchtigen be- und entladbaren Zelle bzw. Batterie.However, the new method according to the invention is based on a principle in which the anode / separator / cathode is produced simultaneously by a single process step and applied to the cathode conductor (primed Al foil). This new method breaks with the previously known methods whether extrusion or coating and lamination of anode; Separator; Cathode. The novel centrifugal deposition on Al foil according to the invention allows, by a one-step process, starting from a mixture of
  • • Li-heavy metal oxide or the like
  • • inorganic builders
  • Polymer binder (s)
  • • Li-intercalatable carbon u. or TiO 2
  • • and electrolyte
After covering with a copper foil, the production of a functional loading and unloading cell or battery.

Dieser Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein neues und einfaches Verfahren zur Herstellung eines Lithium-Polymer-Energiespeichers zur Verfügung zu stellen.This invention is therefore based on the object to provide a new and simple method for producing a lithium polymer energy storage available.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren nach Anspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.The present invention relates to a method according to claim 1. Further advantageous embodiments are set forth in the dependent claims.

Das Verfahren ist weniger arbeits- und energieaufwändig und zudem deutlich umweltschonender. Die erhaltenen Energiespeicher zeigen im Vergleich zu konventionell hergestellten Systemen vergleichbare Zyklenstabilität und Fading bei höherem Energieinhalt.The process is less labor and energy consuming and also much more environmentally friendly. The resulting energy storage show compared to conventionally produced systems comparable cycle stability and fading at higher energy content.

Beschreibung des VerfahrensDescription of the procedure

Einsatzstoffe:

  • • Li-interkalierbare Schwermetalloxide od. ä. werden eingesetzt, wie Ni, Co, Cr, Mn, Mo sowie FePO4 entspr. Literatur, Dokument 3, J. of the Electrochem. Soc. 152, (1) A 191 (2005), diese Verbindungen werden für sich oder im Gemisch verwendet.
  • • Anorganische Gerüstsubstanzen, Silikate, Zeolithe, Inselsilikate wie Olivin, Gruppensilikate, Ringsilikate wie Wollastonit, Benitoit, Kettensilikate, Pyroxene, Spodumen, Schichtsilikate wie Serpentin, Kaolinit, Talk, Pyrophyllit, Vermiculit, Tonmineralien, Glimmer, Montmorillonit, Geldspäte, Li-Borate, Li-phosphate, Magnesiumoxid, Aluminiumoxid, Zement.
  • • Polymerbinder; Als Polymerbinder kommen Fluorelastomere in Frage (Lit. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry Vol. A 11 p. 402–427, Verlag VCH Weinheim, 1988) und hier Co- und vorzugsweise Terpolymere auf Basis von Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen, Tetrafluorethylen und ungesättigten, polymerisierbaren Perfluoralkoxi-Derivaten in Frage. Die Polymerbinder haben Molmassen von 50000 bis 2 Millionen vorzugsweise von 70000 bis 1 Million.
  • • Li-interkalierbare Kohlenstoffe wie: Graphit (natürlich) gemahlen, modifiziert; Graphit (synthetisch) Mesophasen, Microbeds, Graphene (Lit. Handbook of porous Solids, Vol. 3 p. 1766–196, Verlag Wiley, N. Y. 2002); Polyphenylene, Polyacetylene
  • • Elektrolyt; Elektrolyte sind Lösungen von Salzen (sog. Leitsalze) in Lösungsmitteln (in diesem Fall in sog. Aprotischen Lösungsmitteln); sie werden als 0,5 bis 2 M Lösungen verwendet. Als Leitsalze kommen in Frage: LiPF6, LiCF3SO3, Li[N(SO2CF3)2], Li-oxalatoborat.
Starting Materials:
  • Li-intercalatable heavy metal oxides or the like are used, such as Ni, Co, Cr, Mn, Mo and FePO 4 according to literature, document 3, J. of the Electrochem. Soc. 152, (1) A 191 (2005), these compounds are used alone or in a mixture.
  • Inorganic builders, silicates, zeolites, island silicates such as olivine, group silicates, ring silicates such as wollastonite, benitoite, chain silicates, pyroxenes, spodumene, layer silicates such as serpentine, kaolinite, talc, pyrophyllite, vermiculite, clay minerals, mica, montmorillonite, money late, Li-borates, Li-phosphate, magnesium oxide, aluminum oxide, cement.
  • • polymer binder; Fluoroelastomers are suitable as polymer binders (Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry Vol. A 11 p 402-427, Verlag VCH Weinheim, 1988) and here co- and preferably terpolymers based on vinylidene fluoride, hexafluoropropylene, tetrafluoroethylene and unsaturated polymerizable perfluoroalkoxy Derivatives in question. The polymer binders have molecular weights of from 50,000 to 2 million, preferably from 70,000 to 1 million.
  • • Li intercalatable carbons such as: graphite (natural) ground, modified; Graphite (synthetic) mesophases, microbeds, graphenes (ref. Handbook of porous Solids, Vol. 3 pp. 1766-196, published by Wiley, NY 2002); Polyphenylenes, polyacetylenes
  • • electrolyte; Electrolytes are solutions of salts (so-called conductive salts) in solvents (in this case in so-called aprotic solvents); they are used as 0.5 to 2 M solutions. Suitable electrolyte salts are: LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , Li [N (SO 2 CF 3 ) 2 ], Li-oxalatoborate.

Erfindungsgemäße Lösungsmittel sind: Carbonate
Diethyl-(DEC), Dimethyl-(DMC), Ethylmethyl-(EMC), Ethylen-(EC), Propylen-(PC), Diisopropyl-(DiP) u. ä. ferner Glykolether, Dimethoxiethan-(DME) u. Oxazolidinone und Homologe.Solvents according to the invention are: carbonates
Diethyl (DEC), dimethyl (DMC), ethylmethyl (EMC), ethylene (EC), propylene (PC), diisopropyl (DiP), and the like. Ä. Furthermore, glycol ethers, Dimethoxiethan- (DME) u. Oxazolidinone and homologues.

Herstellen des erfindungsgemäßen KomponentengemischesProduction of the component mixture according to the invention

Das Gemisch enthält

  • • 40–50 Gewichtsteile Li-interkalierbare Schwermetalloxide o. ä.
  • • 10–30 Gewichtsteile anorganische Gerüstsubstanzen
  • • 10–30 Gewichtsteile Polymerbinder
  • • 40–50 Gewichtsteile Li-interkalierbaren Kohlenstoff
  • • 10–50 Gewichtsteile Elektrolyt 0,5 bis 2 Molar
The mixture contains
  • 40-50 parts by weight of Li-intercalatable heavy metal oxides or the like
  • • 10-30 parts by weight of inorganic builders
  • • 10-30 parts by weight of polymer binder
  • • 40-50 parts by weight of Li-intercalatable carbon
  • • 10-50 parts by weight electrolyte 0.5 to 2 molar

Alle Einsatzstoffe sind wasserfrei und entgast. Die Partikelgröße der Feststoffe beträgt 0,5 bis 10 μm, mit enger Größenverteilung. Gearbeitet wird unter trockenem Schutzgas, vorzugsweise Stickstoff oder Kohlendioxid. Die Einsatzstoffe werden in den entsprechenden Mengen (vgl. Beispiele) vorgelegt und in einem Mischer (Turbomischer od. ä.) bei Raumtemperatur unter Schutzgas 30–300 Minuten intensiv gemischt.All starting materials are anhydrous and degassed. The particle size of the solids is 0.5 to 10 microns, with a narrow size distribution. Work is carried out under dry inert gas, preferably nitrogen or carbon dioxide. The starting materials are initially introduced in the appropriate amounts (see Examples) and mixed intensively in a mixer (turbomixer or the like) at room temperature under inert gas for 30 to 300 minutes.

Erfindungsgemäße VerarbeitungProcessing according to the invention

  • 40 Gewichtsteile Li-Co/NiOxid CH. C. Starck
  • 10 Gewichtsteile MgO
  • 20 Gewichtsteile Perfluor-Terpolymer Dyneon® THV 220 (3 M Comp.)
  • 50 Gewichtsteile Elektrolyt 1 M LiPF6 in PC/EC/DMC 2:1:1
  • 30 Gewichtsteile MCMB® (Micro Carbon Meso Beds) Osakagas
  • 10 Gewichtsteile SGB® L15 (Kropfmühle, Hauzenberg)
werden in einem Mischer 60 Minuten bei 100 Umdrehungen/Minute bei 25–30°C gemischt und dann entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren mittels Zentrifugalkraft (Z = m·w2·r) auf eine geprimerter Alufolie abgeschieden. Die Alufolie (Toyofolie, 10–11 μm dick) ist mit einem Primer auf Basis von Dyneon THV 220 D mit elektrisch leitfähigem Ruß (Anteil des Binders Dyneon THV 10 Gew.-%, bezogen auf den Primer (trocken)) versehen.
  • 40 parts by weight Li-Co / NiOxid CH. C. Starck
  • 10 parts by weight of MgO
  • 20 parts by weight of perfluoro-terpolymer Dyneon THV ® 220 (3M Comp.)
  • 50 parts by weight electrolyte 1 M LiPF 6 in PC / EC / DMC 2: 1: 1
  • 30 parts by weight of MCMB ® (Micro Carbon Beds Meso) Osaka Gas
  • 10 parts by weight SGB® L15 (Kropfmühle, Hauzenberg)
are mixed in a mixer for 60 minutes at 100 revolutions / minute at 25-30 ° C and then deposited according to the method according to the invention by means of centrifugal force (Z = m · w 2 · r) on a primed aluminum foil. The aluminum foil (Toyofolie, 10-11 microns thick) is provided with a primer based on Dyneon THV 220 D with electrically conductive carbon black (proportion of the binder Dyneon THV 10 wt .-%, based on the primer (dry)).

Durch die erfindungsgemäße Zentrifugalkraftabscheidung bei Umdrehungsgeschwindigkeiten von 20 m/sek. werden auf der geprimerten Alufolie (dem Kathodenableiter K) entsprechend dem spezifischen Gewicht der Einsatzstoffe (Komponenten) (im Gemisch) drei diskrete Zonen gebildet mit dem LiCo/Nioxid(I) als unmittelbar auf (K) haftende Zone, dann MgO/Polymerbinder als Zone II und dann die spezifisch leichtesten Kohlenstoffe MCMB und SGB als Zone III
entspr.: K-I-II-III < bei Umdrehungsgeschwindigkeiten von 20 m/sek.By centrifugal force separation according to the invention at rotational speeds of 20 m / sec. On the primed aluminum foil (the cathode arrester K) according to the specific weight of the starting materials (components) (in mixture) three discrete zones are formed with the LiCo / Nioxid (I) as immediately on (K) adherent zone, then MgO / polymer binder as a zone II and then the specific lightest carbons MCMB and SGB as Zone III
Corresponds to: KI-II-III <at rotational speeds of 20 m / sec.

Die beschichtete Alu-Folie (Breite der Schicht 10 cm) wird dem Zentrifugalkraftprozessor entnommen und mit einer 12 μm starken Cu-Folie als (Gould-Folie) Anodenableiter (A) abgedeckt, so dass eine Anordnung: K-I-II-III-A entsteht; dieses Assemble wird bei 100°C laminiert und entweder zu Flachzellen oder Wickelzellen verarbeitet. Polung, Einhausung mit zusätzlicher Elektrolytbefüllung, Entgasen, Formieren, Entgasen sind die nachfolgenden Arbeitsschritte zur Bereitstellung eines funktionstüchtigen Energiespeichers, bei dem nach Bedarf und Anforderung mit einem Batteriemanagement, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Zellen, zu größeren Energiespeichern organisiert werden.The coated aluminum foil (width of the layer 10 cm) is removed from the centrifugal force processor and covered with a 12 micron thick Cu foil as (Gould foil) Anodenableiter (A), so that an arrangement: KI-II-III-A arises ; this assemble is laminated at 100 ° C and processed into either flat cells or wound cells. Polarity, housing with additional electrolyte filling, degassing, forming, degassing are the subsequent steps to provide a functional energy storage, are organized according to need and requirement with a battery management, the cells produced by the inventive method to larger energy storage.

Das oben beschriebene Verbundsystem wurde verkapselt (eingehaust) und durch Laserschweissen der Elektrodenableiter gepolt (–Pol/+Pol) und vor dem Formieren entgast mit Elektrolyt 1 M LiPF6 in DEC nachgefüllt, verschlossen und formiert. Der Durchmesser der Batterie beträgt 8 cm. Die Ladung erfolgt galvanostatisch (Digatron-Ladegerät). 1. Stufe bis ca. 3 Volt dann bis 3,5 Volt und zum Schluss bis 4,1 Volt, jeweils mit 0,15 mA/cm2. Die Entladung erfolgt mit 0,15 mA/cm2. Die Entladekapazität beträgt 50 Ah. Die Zyklenstabilität liegt bei > 300 und das „Fading” bei ~ 1%. Ein konventionell hergestellter Energiespeicher (vgl. DE 102 51 238 A1 , Beispiel 3, Tabelle I 9/14) erreicht maximal eine Entladekapazität von 44 Ah.The composite system described above was encapsulated (housed) and poled by laser welding the electrode leads (-Pol / + Pol) and degassed before forming with electrolyte 1 M LiPF6 in DEC, sealed and formed. The diameter of the battery is 8 cm. The charge is galvanostatic (Digatron charger). 1st stage to about 3 volts then to 3.5 volts and finally to 4.1 volts, each with 0.15 mA / cm 2 . The discharge takes place with 0.15 mA / cm 2 . The discharge capacity is 50 Ah. The cycle stability is> 300 and the fading is ~ 1%. A conventionally produced energy store (cf. DE 102 51 238 A1 , Example 3, Table I 9/14) reaches a maximum discharge capacity of 44 Ah.

Der ZentrifugalkraftprozessorThe centrifugal force processor

Die mathematischen Grundlagen für Trennvorgänge durch Zentrifugalkraft sind in Dokument 4 „Die Größe der Trennkraft beim Absetz- und beim Schleuderverfahren” S. 10–53 [1933] Dr. Wilsmann, Diss. Th. Hannover 1933, Universitätsverlag von R. Noske, Borna-Leipzig, enthalten. Im Dokument 5 – Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry Vol. B2, 11, 12, 14, 21 [1988] und Vol. B3, 4,2 werden Geräte und Verfahren z. B. für Biochemische Prozesse oder zur Milch/Sahne Verarbeitung vorgestellt. Die Erfindung und Neuheit unseres Zentrifugalkraftprozessors zur Herstellung von Li-Polymer-Energiespeichern bestand darin, mit Hilfe der Zentrifugalkraft, die Einsatzstoffe (bzw. Einsatzstoff-Komponenten) aufgrund des spezifischen Gewichtes in diskreten Schichten – bezogen auf Anode, Separator, Kathode – auf dem geprimerten Kathodenableiter anzuordnen.The mathematical basis for separation processes by centrifugal force are described in document 4 "The Size of the Separating Force in the Settling and Centrifugal Processes" pp. 10-53 [1933]. Wilsmann, Diss. Th. Hannover 1933, University publisher of R. Noske, Borna-Leipzig. In document 5 - Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry Vol. B2, 11, 12, 14, 21 [1988] and Vol. B3, 4.2 are devices and methods z. B. for biochemical processes or milk / cream processing presented. The invention and novelty of our centrifugal force processor for the production of Li-polymer energy storage devices was that with the help of centrifugal force, the feedstock (s) due to the specific gravity in discrete layers - based on anode, separator, cathode - on the primed To arrange cathode arrester.

Claims (9)

Verfahren zur Herstellung eines Lithium-Polymer-Energiespeichers dadurch gekennzeichnet, dass ein Gemisch bestehend aus den Einsatzstoffen für eine Kathodenmasse, einen Separator und eine Anodenmasse mittels eines Zentrifugalkraftprozessors aufgrund der Zentrifugalkräfte bedingt durch die unterschiedlichen spezifischen Gewichte der Einsatzstoffe als diskrete Schichten auf einem geprimerten Al-Folien-Ableiter, abgeschieden wird, so dass die diskreten Schichten eine Kathode, einen Separator und eine Anode bilden.A method for producing a lithium polymer energy storage characterized in that a mixture consisting of the starting materials for a cathode mass, a separator and an anode mass by means of a centrifugal force processor due to the centrifugal forces caused by the different specific weights of the feedstocks are deposited as discrete layers on a primed Al foil arrester so that the discrete layers form a cathode, a separator and an anode. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abschluss der Zentrifugalkraft bedingten Abscheidung die Abdeckung mit einer Cu-Folie als Anoden-Ableiter erfolgt.A method according to claim 1, characterized in that the conclusion of the centrifugal force-related deposition, the cover is made with a Cu foil as an anode arrester. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der hergestellte Verbund aus diskreten Schichten und Ableiter durch Wickeln oder Schichten, Einhausen, Polen, Elektrolytbefüllung und Formierung zu einem Li-Polymerspeicher wird.A method according to claim 1 and 2, characterized in that the produced composite of discrete layers and arresters by winding or layers, Einhausen, Poland, electrolyte filling and forming to a Li-polymer memory is. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die entgasten Einsatzstoffe zu einem Gemisch unter Schutzgasatmosphäre und wasserfrei bei Raumtemperatur verarbeitet werden.A method according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the degassed starting materials are processed to a mixture under a protective gas atmosphere and anhydrous at room temperature. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Einsatzstoffe Li-interkalierbare Schwermetalloxide, sowie LiFePO4, ferner anorganische Gerüststoffe wie Silikate, Borate, Phosphate, MgO, Polymerbinder wie Fluorelastomere, bevorzugt Terpolymere sowie Li-interkalierbare Kohlenstoffe wie synthetischer oder natürlicher Graphit, Graphene, Polyphenylene, Elektrolyte wie 0,5 bis 2 M Lösungen von Li Leitsalzen LiPF6, LiCF3SO3 und Derivaten, sowie Li-Organoborate in aprotischen Lösungsmitteln wie Alkylcarbonaten oder Glykolethern eingesetzt werden.The method of claim 1, 2, 3 or 4, characterized in that as starting materials Li-intercalatable heavy metal oxides, and LiFePO 4 , further inorganic builders such as silicates, borates, phosphates, MgO, polymer binders such as fluoroelastomers, preferably terpolymers and Li-intercalatable carbons such synthetic or natural graphite, graphenes, polyphenylenes, electrolytes such as 0.5 to 2 M solutions of Li conductive salts LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 and derivatives, and Li organoborates in aprotic solvents such as alkyl carbonates or glycol ethers. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die durch Zentrifugalkraft abgeschiedene Schicht eine Gesamtdicke über alle diskreten Schichten von 60 bis 150 μm, bevorzugt 90–120 μm hat.The method of claim 1, 2, 3, 4 or 5, characterized in that the centrifugally deposited layer has a total thickness over all discrete layers of 60 to 150 microns, preferably 90-120 microns. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathodenschicht, bestehend aus der Kathodenmasse mit Li-interkalierbaren Metalloxiden oder LiFePO4 eine Durchschnittsdicke von 20–50 μm, vorzugsweise von 30–40 μm hat.A method according to claim 6, characterized in that the cathode layer, consisting of the cathode material with Li-intercalatable metal oxides or LiFePO 4 has an average thickness of 20-50 microns, preferably from 30-40 microns. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anodenschicht, bestehend aus der Anodenmasse mit Li-interkalierbaren Kohlenstoffen wie synthetischem und/oder natürlichen Graphit und/oder Polyphenylenen, Graphenen eine Dicke von 20–50 μm, vorzugsweise von 30–40 μm, aufweist.A method according to claim 6, characterized in that the anode layer, consisting of the anode material with Li-intercalatable carbons such as synthetic and / or natural graphite and / or polyphenylenes, graphenes has a thickness of 20-50 microns, preferably from 30-40 microns , Verfahren nach Anspruch 1, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathodenschicht > 95 Gew.-% Li-interkalierbare Schwermetalloxide oder LiFePO4 und die Anodenschicht > 95 Gew.-% Li-interkalierbaren Kohlenstoff enthält.The method of claim 1, 7 or 8, characterized in that the cathode layer contains> 95 wt .-% Li-intercalatable heavy metal oxides or LiFePO 4 and the anode layer contains> 95 wt .-% Li-intercalatable carbon.
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