DE-102025119516-A1 - VERFAHREN ZUM HERSTELLEN EINER FREISTEHENDEN FOLIE FÜR EINE ANODE EINER LITHIUM-SEKUNDÄRBATTERIE UND FREISTEHENDE FOLIE FÜR EINE ANODE EINER LITHIUM-SEKUNDÄRBATTERIE, DIE DURCH DASSELBE HERGESTELLT WORDEN IST

Abstract

Verfahren zum Herstellen einer freistehenden Folie für eine Anode einer Lithium-Sekundärbatterie und freistehende Folie für eine Anode einer Lithium-Sekundärbatterie, die durch dasselbe hergestellt worden ist, wobei das Verfahren aufweist: Erhalten von Pulvern zum Bilden der Anode mittels Mischens und Mahlens einer Zusammensetzung zum Bilden der Anode, die ein Anode-Aktiv-Material, ein leitfähiges Material und ein Bindemittel enthält (S1), und Bilden einer Anode-Aktiv-Material-Schicht durch einen Folie-Bilden-Vorgang unter Verwendung der Pulver zum Bilden der Anode (S2). Das Bindemittel weist ein Triblock-Copolymer auf, das umfasst: einen weichen Block, der eine aliphatische oder cycloaliphatische Dien-Monomer-Einheit aufweist und bei Raumtemperatur eine gummiartige Phase zeigt, einen ersten harten Block, der mit einem Ende des weichen Blocks verbunden ist, eine ethylenisch ungesättigte Monomereinheit aufweist, die einen aromatischen Ring enthält, und bei Raumtemperatur eine Glasphase zeigt, und einen zweiten harten Block, der mit einem anderen Ende des weichen Blocks verbunden ist, eine ethylenisch ungesättigte Monomereinheit aufweist, die einen aromatischen Ring enthält, und bei Raumtemperatur die Glasphase zeigt, und ein durchschnittlicher Teilchendurchmesser (D 50 ) des Bindemittels, das in den Pulvern zum Bilden der Anode enthalten ist, kleiner ist als ein durchschnittlicher Teilchendurchmesser (D 50 ) des Bindemittels, das in der Zusammensetzung zum Bilden der Anode enthalten ist.

Inventors

• Byung Yong LEE
• Ik Hyeon Choi
• Hyo Min Yoo
• Ju Young JANG

Assignees

• HYUNDAI MOTOR COMPANY
• KIA CORPORATION

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20250520

Priority Date

20241105

Claims (17)

1. Verfahren zum Herstellen einer freistehenden Folie für eine Anode, wobei das Verfahren aufweist: Erhalten von Pulvern zum Bilden der Anode mittels Mischens und Mahlens einer Zusammensetzung zum Bilden der Anode, welche ein Anode-Aktiv-Material, ein leitfähiges Material und ein Bindemittel aufweist (S1), und Bilden einer Anode-Aktiv-Material-Schicht durch einen Folie-Bilden-Vorgang, der die Pulver zum Bilden der Anode verwendet, (S2), wobei das Bindemittel ein Triblock-Copolymer aufweist, wobei das Triblock-Copolymer aufweist: einen weichen Block, der eine aliphatische oder cycloaliphatische Dien-Monomer-Einheit aufweist und bei Raumtemperatur eine gummiartige Phase zeigt, einen ersten harten Block, welcher mit einem Ende des weichen Blocks verbunden ist, eine ethylenisch ungesättigte Monomereinheit aufweist, welche einen aromatischen Ring enthält, und bei Raumtemperatur eine Glasphase zeigt, und einen zweiten harten Block, der mit einem anderen Ende des weichen Blocks verbunden ist, eine ethylenisch ungesättigte Monomereinheit aufweist, welche einen aromatischen Ring enthält, und bei Raumtemperatur die Glasphase zeigt, und wobei ein durchschnittlicher Teilchendurchmesser (D 50 ) des Bindemittels, das in den Pulvern zum Bilden der Anode enthalten ist, kleiner ist als ein durchschnittlicher Teilchendurchmesser (D 50 ) des Bindemittels, das in der Zusammensetzung zum Bilden der Anode enthalten ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Bindemittel, das in der Zusammensetzung zum Bilden der Anode enthalten ist, eine kugelförmige Form hat und eine durchschnittliche Sphärizität in einem Bereich von 0,8 bis 1,0 ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , wobei das Bindemittel, das in der Zusammensetzung zum Bilden der Anode enthalten ist, ein Teilchen aufweist, welches einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser (D 50 ) in einem Bereich von 10 µm bis 50 µm hat.
4. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3 , wobei ,S1' durch eine Mühle durchgeführt wird und wobei die Mühle eine Drehzahl (U/min) in einem Bereich von 15 000 U/min bis 25 000 U/min hat.
5. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4 , wobei das Bindemittel, das in den Pulvern zum Bilden der Anode enthalten ist, ein Teilchen aufweist, welches einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser (D 50 ) in einem Bereich von 1 µm bis 5 µm hat.
6. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5 , wobei der Folie-Bilden-Vorgang in trockener Weise durchgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6 , wobei der Folie-Bilden-Vorgang Kalandrieren aufweist, und wobei das Kalandrieren bei einer Temperatur durchgeführt wird, welche gleich oder höher ist als eine erste Glasübergangstemperatur und eine zweite Glasübergangstemperatur, welche entsprechend zugeordnet zu dem ersten harten Block und dem zweiten harten Block korrespondieren.
8. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7 , wobei jeder von dem ersten harten Block und dem zweiten harten Block eine Glasübergangstemperatur in einem Bereich von 50 °C bis 120 °C hat, und wobei der weiche Block eine Glasübergangstemperatur in einem Bereich von - 120 °C bis - 50 °C hat.
9. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8 , wobei ein aliphatisches oder cycloaliphatisches Dien-Monomer zum Bilden der aliphatischen oder cycloaliphatischen Dien-Monomer-Einheit mindestens eines ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Monomer auf Butadien-Basis, einem Monomer auf Pentadien-Basis und einem Monomer auf Hexadien-Basis.
10. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9 , wobei ein ethylenisch ungesättigtes Monomer, welches den aromatischen Ring enthält, zum Bilden der ethylenisch ungesättigten Monomer-Einheit, welche den aromatischen Ring enthält, mindestens eines ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Monomer auf Styrol-Basis und einem aromatischen (Meth)acryl-Monomer.
11. Freistehende Folie für eine Anode, wobei die freistehende Folie aufweist: mehrere Anode-Aktiv-Materialien, mehrere leitfähige Materialien und ein Bindemittel, wobei das Bindemittel ein Triblock-Copolymer aufweist, wobei das Triblock-Copolymer aufweist: einen weichen Block, welcher eine aliphatische oder cycloaliphatische Dien-Monomer-Einheit aufweist und bei Raumtemperatur eine gummiartige Phase zeigt, einen ersten harten Block, welcher mit einem Ende des weichen Blocks verbunden ist, eine ethylenisch ungesättigte Monomer-Einheit aufweist, welche einen aromatischen Ring enthält, und bei Raumtemperatur eine Glasphase zeigt, und einen zweiten harten Block, welcher mit einem anderen Ende des weichen Blocks verbunden ist, eine ethylenisch ungesättigte Monomer-Einheit aufweist, die einen aromatischen Ring enthält, und bei Raumtemperatur die Glasphase zeigt, wobei das Bindemittel eine Intermittierende-Säule-Form hat, um ein Anode-Aktiv-Material von den mehreren Anode-Aktiv-Materialien oder ein leitfähiges Material von den mehreren leitfähigen Materialien mit einem anderen Anode-Aktiv-Material von den mehreren Anode-Aktiv-Materialien oder einem anderen leitfähigen Material von den mehreren leitfähigen Materialien zu verbinden, und wobei das Bindemittel eine durchschnittliche Breite von 50 nm senkrecht zu einer Längsrichtung hat.
12. Freistehende Folie nach Anspruch 11 , wobei eine Oberfläche des Anode-Aktiv-Materials oder eine Oberfläche des leitfähigen Materials aufweist eine geschmolzene Struktur senkrecht zur Längsrichtung der Oberfläche, die eine durchschnittliche Breite von weniger als oder gleich 30 nm hat, wenn ein Elektronenstrahl von 5,0 kV mindestens eine Sekunde lang auf die freistehende Folie für die Anode eingestrahlt wird, um ein Rasterelektronenmikroskop-Bild (REM) zu erhalten, und wobei die geschmolzene Struktur das Triblock-Copolymer aufweist.
13. Freistehende Folie nach Anspruch 11 oder 12 , wobei jeder von dem ersten harten Block und dem zweiten harten Block eine Glasübergangstemperatur in einem Bereich von 50 °C bis 120 °C hat, und wobei der weiche Block eine Glasübergangstemperatur in einem Bereich von - 120 °C bis - 50 °C hat.
14. Freistehende Folie nach irgendeinem der Ansprüche 11 bis 13 , wobei ein aliphatisches Dien-Monomer zum Bilden der aliphatischen Dien-Monomer-Einheit mindestens eines ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Monomer auf Butadien-Basis, einem Monomer auf Pentadien-Basis und einem Monomer auf Hexadien-Basis.
15. Freistehende Folie nach irgendeinem der Ansprüche 11 bis 14 , wobei ein ethylenisch ungesättigtes Monomer, das den aromatischen Ring enthält, zum Bilden der ethylenisch ungesättigten Monomereinheit, die den aromatischen Ring enthält, mindestens eines ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Monomer auf Styrol-Basis und einem aromatischen (Meth)acryl-Monomer.
16. Anode für eine Lithium-Sekundärbatterie, die aufweist: einen Stromabnehmer, und eine freistehende Folie für die Anode nach irgendeinem der Ansprüche 11 bis 15 , welche auf dem Stromabnehmer bereitgestellt ist.
17. Lithium-Sekundärbatterie, die aufweist: eine Anode für die Lithium-Sekundärbatterie nach Anspruch 16 , eine Kathode für die Lithium-Sekundärbatterie, und einen Elektrolyten.

Description

TECHNISCHES GEBIET Die vorliegende Offenbarung / Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer freistehenden Folie für eine Anode einer Lithium-Sekundärbatterie mittels Einsetzens eines Triblock-Copolymers, welches einen weichen Block und einen harten Block aufweist, und eine freistehende Folie für eine Anode einer Lithium-Sekundärbatterie, die durch dasselbe hergestellt wird/worden ist. HINTERGRUND Eine Lithium-Sekundärbatterie ist in umfangreicher Weise eingesetzt worden seitdem die Lithium-Sekundärbatterie in den 1990er Jahren kommerzialisiert wurde und steht als meisterforschte Energie-Speicher-Vorrichtung kontinuierlich im Rampenlicht. Die Lithium-Sekundärbatterie hat (z.B. erfüllt) Erfordernisse, die geeignet sind als Energiequelle (z.B. Stromquelle) eines Elektrofahrzeugs (z.B. erfüllt die Lithium-Sekundärbatterie Erfordernisse für einen Einsatz als Stromquelle eines Elektrofahrzeugs) wegen einer höheren Betriebsspannung, einer höheren Energiedichte, einer geringeren Selbst-Entladung-Rate, einer Höhere-Rate-Leistung und einer längeren Zyklusstabilität. Trotzdem steht die Lithium-Sekundärbatterie, welche beim Elektrofahrzeug eingesetzt wird, vor drei großen Problemen der Stabilität, Betriebszeit und Kosten. Die Stabilität und die Betriebszeit können durch die Festkörperbatterie (engl. all-solid-state battery) gelöst werden, aber Kosten sind ein Faktor, der die breite Anwendung der Lithium-Sekundärbatterie unterbricht (z.B. verhindert). Dementsprechend wurden viele Studien und Forschung durchgeführt, um die Kosten der Lithium-Sekundärbatterie zu senken. Verringern von Energieverbrauch, der notwendig zum Herstellen oder Erhöhen der Dicke einer Elektrode ist, ist eine der effektivsten Weisen, um die Herstellkosten der Lithium-Sekundärbatterie zu verringern. Gemäß einer herkömmlichen Technologie zum Herstellen einer Elektrode wird eine Aufschlämmung, welche durch Mischen eines Elektrode-Aktiv-Materials, eines Polymer-Bindemittels und eines leitfähigen Additivs mit Wasser oder einem organischen Lösungsmittel hergestellt ist/wird, auf einen Stromabnehmer gegossen, und das Ergebnis wird getrocknet und verdichtet, um eine Elektrode zu bilden. In diesem Fall nimmt eine Energie, welche benötigt wird, um die Aufschlämmung herzustellen und den Stromabnehmer zu beschichten, 50 % einer im ganzen Herstellvorgang verbrauchten Energie in Anspruch. Dementsprechend wurden Studien und Forschung in Bezug auf einen Vorgang zum Herstellen der Elektrode auf trockene Weise ohne Lösungsmittel durchgeführt, sodass die Herstellkosten der Lithium-Sekundärbatterie verringert werden. Stellvertretend gab es als einen Trocken-Elektrode-Herstell-Vorgang eine Technologie zum Herstellen einer Kathode einer Lithium-Sekundärbatterie auf trockene Weise unter Verwendung von Polytetrafluorethylen (PTFE). PTFE kann das Niveau der niedrigsten unbesetzten Molekülorbitale (LUMO) haben, um leicht Elektronen aufzunehmen. Dementsprechend ist PTFE in einer Negatives-Potential-Umgebung elektrochemisch instabil. Dementsprechend zeigt eine Anode der Lithium-Sekundärbatterie, welche hergestellt wurde mittels Einsetzens von PTFE als Bindemittel, eine schlechtere Zyklusstabilität auf. Darüber hinaus wird, wenn die Anode unter Verwendung von PTFE hergestellt wurde, ein PTFE-Bindemittel während eines anfänglichen Ladebetriebs zersetzt, sodass der anfängliche Wirkungsgrad der Lithium-Sekundärbatterie verringert ist/wird. Obwohl viele Studien und Forschung zu/an einer Technologie zum Herstellen einer Elektrode auf trockene Weise durchgeführt wurden, ist die Entwicklung einer Technologie zum Herstellen einer Anode auf trockene Weise, um eine Anode herzustellen, welche eine ausgezeichnete physikalische Eigenschaft in Bezug auf Formbarkeit, elektrochemische Stabilität oder Zugkraft hat, noch unzureichend. Dementsprechend sind Studien und Forschung zu/an der Technologie erforderlich. ERFINDUNGSERLÄUTERUNG Die vorliegende Offenbarung / Erfindung ist gemacht worden, um die oben genannten Probleme zu lösen, die im Stand der Technik auftreten, wobei Vorteile des Stands der Technik erhalten bleiben. Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung / Erfindung stellt eine freistehende Folie (z.B. eine freistehende Schicht) für eine Lithium-Sekundärbatterie, die in der Lage ist leicht gebildet zu werden, sogar bei negativem Potential stabilisiert zu werden und stark mit einem Anode-Aktiv-Material gebunden zu sein, mittels Einsetzens eines Bindemittels, welches ein Triblock-Copolymer aufweist, das einen harten Block, der zu einer ausgezeichneten mechanischen Eigenschaft beiträgt, und einen weichen Block, der Flexibilität hat, aufweist und stark an das Anode-Aktiv-Material und das leitfähige Material gebunden ist mittels Zeigens einer ausgezeichneten Zugkraft und Bildens eines dreidimensionalen Netzwerks, und ein Verfahren zum Herstellen derselben, eine Anode für die Lithium-Sekundärbatterie, welche die freistehende Folie für die Anode aufweist, und die Lithium-Sekundärbat