[發明專利]原電池和具有改善的安全屬性的隔離件

無效

• 申請號: 201080042973.1
• 申請日: 2010-07-26
• 公開（公告）號: CN102498593A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: K.霍爾;M.龐佩茨基;M.科爾貝格;A.約亞斯;K.阿卡;H.瓦格納;P.豪格;A.珀納
• 申請（專利權）人: 瓦爾達微電池有限責任公司;大眾汽車瓦爾塔微電池研究有限責任兩合公司
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16;H01M10/052
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 杜荔南;盧江

本發明涉及包含具有改善的安全屬性的隔離件的原電池（galvanisches?Element）。另外，本發明還涉及具有改善的安全屬性的隔離件本身。

電學隔離件是尤其在電池組（Batterie）和蓄電池（Akkumulator）中使用以彼此分離相反極性的電極的隔膜。隔離件一般由電學絕緣材料制作，但是對于離子是能透過的并且對于溶劑和在電池組中使用的其他化學物具有高機械強度和良好的耐化學性。如果隔離件具有一定程度的彈性則也是有利的，因為尤其在鋰離子和鋰聚合物電池組中，隔離件在充電和放電過程期間也經常暴露于機械負荷。

可商業購得的隔離件大多數由多孔有機聚合物膜或無紡織物（例如玻璃或陶瓷材料的無紡物）組成。因而，例如，聚丙烯或聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯合成物的多孔膜能夠用作隔離件。

現今在電池組中常常使用一次或二次鋰系統。與傳統的鎳鎘電池組或鎳金屬氫化物電池組相比，鋰電池組以很多優點而著稱。尤其需要強調的是極高的比能密度和鋰電池組一般僅具有極低的自放電速率且實際上沒有記憶效應的事實。然而，不利之處在于鋰電池組一般總是包含易燃電解液并且還常常包含諸如石墨的易燃電極材料。金屬鋰附加地與水非常強烈地反應。因此，鋰電池組被過度充電或損壞的情況可能導致火災或甚至爆炸。

因此，有必要為鋰電池組提供安全機制，使得在電池組損壞或過度充電并且因此被加熱的情況下，電池組中的電路中斷。這例如可以借助于專用隔離件實現，例如借助于上面已經描述的聚丙烯和聚乙烯的聚烯烴隔離件實現。從已知為“斷路溫度（Shut?Down?Temperature）”的特定溫度開始，聚乙烯熔化，并且隔離件的孔封閉。電路由此不可逆轉地中斷，并且電池（Zelle）的進一步的不受控的放電不能發生。然而，聚烯烴的隔離件的缺點在于其有限的熱穩定性，因為，當電池組被進一步加熱時，聚丙烯也熔化。因此，可能發生整個隔離件的熔化（已知為“熔毀（Melt?Down）”），并且伴隨它的是大面積上的內部短路。

基于陶瓷的隔離件—例如上面已經描述的陶瓷無紡織物或陶瓷紡織物的隔離件—被保護而免于熔毀效應。然而，這些隔離件又不具有斷路效應，而斷路效應對于很多電池組顧客而言是不可缺少的安全特征。

本發明基于這樣的目的：提供具有改善的安全屬性的電池組。發展旨在尤其聚焦于為電池組提供安全屬性方面得到改善的隔離件。

該目的通過具有權利要求1的特征的原電池實現。根據本發明的原電池的優選實施例在從屬權利要求2至9中規定。另外，具有權利要求10的特征的隔離件也貢獻于實現本發明所基于的目的。根據本發明的隔離件的優選實施例能夠在從屬權利要求11至13中找到。此處通過參考本說明書的內容形成所有權利要求的用詞。

根據本發明的原電池包含正電極、負電極以及位于其間的隔離件。

根據本發明的原電池尤其由于以下事實而顯著：隔離件至少部分地由熔化和/或軟化溫度高于200℃的聚合物組成。具有這種聚合物的隔離件比從現有技術已知的有機隔離件具有大得多的熱穩定性。因而，例如，開始提到的聚烯烴隔離件在遠低于200℃的溫度一般全部已經熔化。聚丙烯的熔化范圍一般從160℃到165℃，聚乙烯的熔化范圍具有145℃的最大值（在高密度聚乙烯的情況下）。

如所知道的那樣，熔化溫度涉及物質熔化、也就是說從聚合體的固態變成液態的溫度。在聚合物的情況下，該溫度不能總被良好地確定。一些聚合物在它們熔化之前分解。在這些聚合物的情況下，上述軟化溫度可以替代地用作特征值。軟化溫度（也已知為玻璃轉化溫度T_G）是聚合物在變形能力方面具有最大變化的溫度。其他聚合物沒有明確的熔化點但是在一溫度范圍內熔化。在這些聚合物的情況下，該范圍的下限應當用作為熔化溫度。

在根據本發明的原電池的其他優選實施例中，使用至少部分地由熔化和/或軟化溫度介于200℃至400℃之間的聚合物組成的隔離件。在該范圍內，介于300℃至400℃之間的熔化和/或軟化溫度是更優選的。

原則上，很多聚合物被考慮用作具有高于200℃的熔化和/或軟化溫度的聚合物，但是聚醚酮（PEK）已經證明是尤其合適的，最尤其優選的是聚醚醚酮（PEEK）。