本發明涉及復合陽極、包括復合陽極的鋰離子電池組和復合陽極的制備方法。

在如下說明中，術語“鋰離子-電池組”、“可重復充電的鋰離子-電池組”和“鋰離子-二次電池組”以同義方式使用。所述術語還包括術語“鋰-電池組”、“鋰-離子-蓄電池”和“鋰-離子-電池”以及所有鋰-電池組或合金-電池組，尤其是還有鋰硫體系、鋰空氣體系或合金體系。因此使用術語“鋰離子-電池組”作為現有技術中常見的上述術語的總稱。其不僅表示可重復充電的電池組(二次電池組)而且表示不可充電的電池組(一次電池組)。尤其是，在本發明的意義上，“電池組”還包括單獨或唯一的“電化學電池”。

在普遍情況下，鋰-離子-電池組的運行方式如下：在伴隨物質變化的化學過程中，電能儲存在鋰-離子(在負電極處)和(多數)過渡金屬-氧化物(在正電極處)中。在這種情況下，鋰-離子可以以離子形式(Li⁺)通過通常包含六氟磷酸鋰(LiPF₆)作為鋰傳導性鹽的電解質在兩個電極之間來回移動。不同于鋰-離子，陰極上存在的過渡金屬-離子的位置固定。

在充電和放電時需要鋰-離子-流來抵消外部電流，因此電極本身保持電中性。在放電時，負電極處的類鋰-原子(或包含類鋰-原子的負電極活性材料)各自交出電子，所述電子通過外部電路(用電器)流向正電極。同時，同樣多的鋰-離子通過電解質從負電極移動至正電極。但是在正電極處，鋰-離子不再接收電子，而是存在于該處的過渡金屬-離子接收電子。根據電池組的類型，其可以是鈷離子、鎳離子、錳離子、鐵離子等。鋰在電池的放電狀態下存在于正電極處，因此繼續以離子形式(Li⁺)存在。

鋰離子電池組氣密性封閉，因此在正常運行中內容物不可逸出或流入。如果例如在電動車輛發生事故造成外殼受到機械損壞時，則內容物可能以蒸汽形式、氣體形式或液體形式逸出。在氣態下主要逸出蒸發的電解質(爆炸風險)和電解質的分解產物(例如甲烷、乙烷、氫氣、丙烷和丁烷和醛)。作為液體可能逸出由溶劑和傳導性鹽組成的液體電解質。溶劑可燃并且具有毒性。傳導性鹽LiPF₆與水分結合形成氟化氫(HF)。氟化氫劇毒并且刺激呼吸道。

本發明所基于的目的是提供具有提高的安全性的鋰離子電池組。

根據本發明在第一方面通過根據權利要求1所述的復合陽極，在第二方面通過根據權利要求12所述的鋰離子電池組，和在第三方面通過根據權利要求13所述的用于制備復合陽極的方法實現所述目的。優選的實施方案描述在從屬權利要求中。

只要可用，根據本發明的所有方面都適用如下定義。

鋰離子電池組

根據本發明，術語“鋰離子電池組”具有引文中限定的含義。尤其是，根據本發明，所述術語還包括單獨或唯一的“電化學電池”。優選地，在“電池組”中兩個或多個所述電化學電池串聯(即前后連接)或并聯。

電極

根據本發明的電化學電池具有至少兩個電極，即正電極(陰極)和負電極(陽極)。

在此，兩個電極各自具有至少一種活性材料?；钚圆牧夏軌蚪邮栈蚪怀鲣囯x子，同時接收或交出電子。

術語“正電極”表示當電池組與用電器(例如電動馬達)接通時能夠接收電子的電極。其在命名法中被稱為陰極。

術語“負電極”表示在運行時能夠交出電子的電極。其在命名法中被稱為陽極。

電極具有無機材料或無機化合物或物質，所述無機材料或無機化合物或物質可以用于電極或用在電極中或用在電極上或用作電極。由于其化學特性，這些化合物或物質可以在鋰離子電池組的工作條件下接收(插入)并且重新交出鋰離子或金屬鋰。在本說明書中，這種材料被稱為“活性陰極材料”或“活性陽極材料”或統稱為“活性材料”或“活性電極材料”。為了用于電化學電池或電池組，優選將所述活性材料施加至載體上，優選施加至金屬載體(對于陰極優選為鋁，對于陽極優選為銅)上。所述載體也被稱為“導體”或“集電器”或集電箔。

陰極(正電極)

作為正電極的活性材料或活性陰極材料，可以使用所有由相關現有技術已知的材料。其中包括例如LiCoO₂、NCM、NCA、高能NCM(HE-NCM，英文：“High-Energy NCM”)、磷酸鐵鋰或鋰錳尖晶石(LiMn₂O₄)。關于本發明意義上的正電極，不存在任何限制。