DE-102025145168-A1 - BATTERIEELEKTRODE

Abstract

Eine Batterie beinhaltet in einem Beispiel eine positive Elektrode und eine negative Elektrode, wobei die negative Elektrode Aktivmaterialflocken mit nichthydroxylierte Ebenen umgebenden hydroxylierten Kanten beinhaltet. Hydroxylierte Metalloxidnanopartikel werden an die hydroxylierten Kanten chemisorbiert, wodurch diese Bereiche selektiv beschichtet werden. Die Metalloxidnanopartikel können Wolfram, Niob oder Aluminium sein.

Inventors

• Shiran Zhang
• Michael Lerner
• Sookyung Jeong

Assignees

• FORD GLOBAL TECHNOLOGIES, LLC

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20251103

Priority Date

20241107

Claims (15)

1. Batterie, umfassend: eine positive Elektrode; und eine negative Elektrode, die Aktivmaterialflocken, die nichthydroxylierte Ebenen umgebende hydroxylierte Kanten definieren, und hydroxylierte Metalloxidnanopartikel, die an den hydroxylierten Kanten chemisorbiert sind und die hydroxylierten Kanten selektiv beschichten, beinhalten.
2. Batterie nach Anspruch 1 , wobei die Aktivmaterialflocken graphitbasiert sind.
3. Batterie nach Anspruch 1 , wobei die Metalloxidnanopartikel aus einer Gruppe ausgewählt sind, die Oxide von Wolfram, Niob und Aluminium umfasst.
4. Batterie nach Anspruch 1 , wobei die Metalloxidnanopartikel kovalent an die hydroxylierten Kanten der negativen Elektrode gebunden sind.
5. Batterie nach Anspruch 1 , wobei die Metalloxidnanopartikel eine mittlere Partikelgröße zwischen 5 nm und 100 nm aufweisen.
6. Batterie nach Anspruch 1 , wobei die Metalloxidnanopartikel eine gleichmäßige Beschichtungsschicht an den hydroxylierten Kanten der Aktivmaterialflocken ausbilden.
7. Batterie nach Anspruch 6 , wobei die Beschichtung eine Dicke zwischen 20 nm und 200 nm aufweist.
8. Elektrodenbaugruppe, umfassend: einen Stromabnehmer; und eine graphitbasierte Aktivmaterialschicht, wobei Aktivmaterialflocken nichthydroxylierte Ebenen umgebende hydroxylierte Kanten definieren und Metalloxidnanopartikel chemisch an die hydroxylierten Kanten der Aktivmaterialflocken gebunden sind und die hydroxylierten Kanten selektiv beschichten.
9. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 8 , wobei die Metalloxidnanopartikel amorphe Metalloxide sind.
10. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 8 , wobei die Metalloxidnanopartikel aus einer Gruppe ausgewählt sind, die Oxide von Wolfram, Niob und Aluminium umfasst.
11. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 8 , wobei nichthydroxylierte Ebenen der graphitbasierten Aktivmaterialschicht frei von Metalloxidnanopartikeln sind.
12. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 8 , wobei die Metalloxidnanopartikel kovalent an die hydroxylierten Kanten der graphitbasierten Aktivmaterialschicht gebunden sind.
13. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 8 , wobei die Metalloxidnanopartikel eine mittlere Partikelgröße zwischen 5 nm und 100 nm aufweisen.
14. Elektrodenbaugruppe nach Anspruch 8 , wobei die Metalloxidnanopartikel eine durchgängige Schicht an den hydroxylierten Kanten der graphitbasierten Aktivmaterialschicht ausbilden.
15. Verfahren zum Ausbilden eines Elektrodenmaterials, umfassend: Aufbringen eines Hydroxids auf ein graphitbasiertes Aktivmaterial, um ein hydroxidbehandeltes graphitbasiertes Aktivmaterial mit Hydroxylgruppen an Kantenstellen auszubilden; Dispergieren des hydroxidbehandelten graphitbasierten Aktivmaterials in einem unpolaren Lösungsmittel mit einer Metallchloridvorstufe, um eine graphitbasierte Aktivmateriallösung auszubilden; Zugeben einer Metallchloridvorstufenlösung zu der graphitbasierten Aktivmateriallösung; und Kalzinieren von resultierendem Material, das aus der graphitbasierten Aktivmateriallösung entnommen wird, um Chlor abzuscheiden und amorphe Metalloxidnanopartikel auszubilden, die selektiv an Kantenstellen des graphitbasierten Aktivmaterials verankert sind.

Description

GEBIET DER TECHNIK Diese Offenbarung betrifft Elektroden für Lithium-Ionen-Batterien. ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK Die Schnellladefähigkeit ist ein Faktor bei praktischen Lithium-Ionen-Batterieanwendungen, der die laufende Forschung antreibt. Durch Beschichten von Anoden kann die Ladegeschwindigkeit von Lithium-Ionen-Batterien erhöht werden. Bei derzeitigen Beschichtungsverfahren wie Mischen oder Imprägnierung fehlt es jedoch an Verteilungskontrolle, was möglicherweise eine zufällige Beschichtung über Graphitflächen hinweg oder nur auf äußeren Partikelbereichen zur Folge hat. KURZDARSTELLUNG Eine Batterie beinhaltet eine positive Elektrode und eine negative Elektrode, die Aktivmaterialflocken, die nichthydroxylierte Ebenen umgebende hydroxylierte Kanten definieren, und hydroxylierte Metalloxidnanopartikel, die an den hydroxylierten Kanten chemisorbiert sind und die hydroxylierten Kanten selektiv beschichten, beinhalten. Die Aktivmaterialflocken kann graphitbasiert sein. Die Metalloxidnanopartikel können aus einer Gruppe ausgewählt sein, die Oxide von Wolfram, Niob und Aluminium umfasst. Die Metalloxidnanopartikel können kovalent an die hydroxylierten Kanten der negativen Elektrode gebunden sein. Die Metalloxidnanopartikel können eine mittlere Partikelgröße zwischen 5 nm und 100 nm aufweisen. Die Metalloxidnanopartikel können eine gleichmäßige Beschichtungsschicht an den hydroxylierten Kanten der Aktivmaterialflocken ausbilden. Die Ringbeschichtung kann eine Dicke zwischen 20 nm und 200 nm aufweisen. Eine Elektrodenbaugruppe beinhaltet einen Stromabnehmer und eine graphitbasierte Aktivmaterialschicht, wobei Aktivmaterialflocken nichthydroxylierte Ebenen umgebende hydroxylierte Kanten definieren und Metalloxidnanopartikel chemisch an die hydroxylierten Kanten der Aktivmaterialflocken gebunden sind, wodurch eine selektive Beschichtung um die hydroxylierten Kanten herum ausgebildet wird. Die Metalloxidnanopartikel können amorphe Metalloxide sein. Die Metalloxidnanopartikel können aus einer Gruppe ausgewählt sein, die Oxide von Wolfram, Niob und Aluminium umfasst. Die nichthydroxylierten Ebenen der graphitbasierten Aktivmaterialschicht können im Wesentlichen frei von Metalloxidnanopartikeln sein. Die Metalloxidnanopartikel können kovalent an die hydroxylierten Kanten der graphitbasierten Aktivmaterialschicht gebunden sein. Die Metalloxidnanopartikel können eine mittlere Partikelgröße zwischen 5 nm und 100 nm aufweisen. Die Metalloxidnanopartikel können eine durchgängige Schicht an den Endflächen der graphitbasierten Aktivmaterialschicht ausbilden. Ein Verfahren zum Ausbilden eines Elektrodenmaterials beinhaltet Aufbringen eines Hydroxids auf ein graphitbasiertes Aktivmaterial, um ein hydroxidbehandeltes graphitbasiertes Aktivmaterial mit Hydroxylgruppen an Kantenstellen auszubilden, Dispergieren des hydroxidbehandelten graphitbasierten Aktivmaterials in einem unpolaren Lösungsmittel mit einer Metallchloridvorstufe, um eine graphitbasierte Aktivmateriallösung auszubilden, Zugeben einer Metallchloridvorstufenlösung zu der graphitbasierten Aktivmateriallösung und Kalzinieren von resultierendem Material, das aus der graphitbasierten Aktivmateriallösung entnommen wird, um Chlor abzuscheiden und amorphe Metalloxidnanopartikel auszubilden, die selektiv an Kantenstellen des graphitbasierten Aktivmaterials verankert sind. Das Verfahren kann ferner Trocknen des hydroxidbehandelten graphitbasierten Aktivmaterials in einem Vakuum beinhalten, um Wasser vor dem Dispergieren in dem unpolaren Lösungsmittel abzuscheiden. Das unpolare Lösungsmittel kann ein Kohlenwasserstofflösungsmittel sein. Die Metallchloridvorstufe kann aus einer Gruppe ausgewählt sein, die Wolframhexachlorid, Niobpentachlorid und Aluminiumtrichlorid umfasst. Das Kalzinieren kann bei 150 °C durchgeführt werden. Das Verfahren kann ferner Entnehmen des resultierenden Materials unter Verwendung von Vakuumfiltration vor dem Kalzinieren beinhalten. KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN 1 ist eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Elektrodenbeschichtung;2-3 sind Bilder selektiver Beschichtungen an Elektrodenkanten;4 ist eine schematische Darstellung der selektiven Beschichtung an Elektrodenkanten; und5 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Ausbilden einer ringbeschichteten Elektrode. DETAILLIERTE BESCHREIBUNG Gemäß der vorliegenden Offenbarung werden hier Ausführungsformen von Elektrodenstrukturen, Herstellungsverfahren und Batteriesystemen beschrieben. Diese Ausführungsformen veranschaulichen innovative Techniken zum Verbessern der Leistung von Lithium-Ionen-Batterien durch Modifizieren von graphitbasierten Aktivmaterialflocken mit hydroxylierten Kanten und Integrieren von Metalloxidnanopartikeln, wie etwa jenen, die aus Oxiden von Wolfram, Niob oder Aluminium ausgewählt sind, die an die hydroxylierten Kanten chemisorbieren. Die bereitgestellten Figuren und Beschreibungen sind beispielhaft und stellen möglicherweise nicht jede mögliche Variation ode