[發明專利]具有改進安全特性的原電池

有效

• 申請號: 201410024276.3
• 申請日: 2014-01-20
• 公開（公告）號: CN103943801B
• 公開（公告）日: 2018-11-16
• 發明（設計）人: T.韋爾勒;F.埃貝勒
• 申請（專利權）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16;H01M2/18;H01M10/0525
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 周鐵;林森

本發明涉及一種原電池，其具有至少一個鋰?嵌入的和至少一個鋰?脫嵌的電極(12,14)。正電極和負電極(12,14)被具有迷宮?多孔結構(34)的基于聚酰亞胺的隔板(32)分隔。在所述基于聚酰亞胺的隔板(32)的至少一面(36,38)上具有包含粘合劑(50)和陶瓷顆粒(48)的基于陶瓷的多孔涂層(42)。

背景技術

現今在電池組技術中廣泛使用鋰-離子-技術。該技術的特征尤其在于，其具有高的能量密度，并且其還包括特別低的自放電。鋰-離子-電池具有至少一個正電極(陰極)和一個負電極(陽極)，所述電極可逆地插入鋰-離子，這被稱為嵌入，或可再移出，這被稱為脫嵌。

鋰-離子-電池通常包裝在鋁-復合箔中或具有硬質的金屬殼。電池組電池也由于軟包裝被稱為袋型電池或軟包裝電池。具有硬質的純金屬殼的電池的外殼也稱為硬殼（Hardcase）。

為確實發生鋰-離子的嵌入或鋰-離子的脫嵌，需存在鋰-離子-導電鹽。在大多數現在的鋰-離子-電池中，不論是在消費品領域(移動電話、MP3播放器等)還是在汽車領域HEV (混合型電動汽車)、PHEV (插電式混合型電動汽車)（Plug-in-hybrid ElectricVehicle）、EV (電動汽車)中均優選使用鋰-六氟磷酸鹽(LiPF₆)作為鋰-導電鹽。在鋰-離子-電池的充電過程中和放電過程中，Li⁺-離子穿過多孔的隔板在電極間來回遷移。

由于鋰-離子-電池高的比能量和體積能量密度，在這種電池中使用的電池材料必須具有高的固有安全性（本質安全性，英語：intrinsic safety（內在安全））以及可靠的電池-設計。這尤其通過隔板來確保，該隔板分隔負電極與正電極并且其自身是電絕緣體。

在根據現有技術的鋰-離子-技術中，可在鋰-離子-電池中使用多孔的聚烯烴-隔板。這種呈多孔形成的聚烯烴-隔板可基于聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)。恰恰在聚乙烯的情況中和此外也在聚丙烯的情況中，在所述聚合物的軟化點范圍的溫度下出現聚烯烴-隔板的側面環繞的（seitlich umlaufenden）收縮。這也稱為“收縮（shrinking）”。由US 7112389B1已知另外使用的高熔點的塑料隔板，并且其比基于聚烯烴的隔板具有更高的熱穩定性和機械穩定性。由US 7112389 B1還已知的比聚烯烴-隔板具有更優特性的基于聚酰亞胺的隔板在容量為約20-90 Ah的高容量的汽車電池中通常沒有足夠的固有安全性，特別是在機械和熱感應負荷下和在電應力例如過載的情況下。

在DE 102009002689 A1的解決辦法中描述了另一方法。該解決辦法公開了基于聚合物-載體箔的陶瓷復合材料的制備和應用。這里使用由多孔陶瓷層和多孔塑料膜制成的復合體來制備隔板。按該解決辦法，使用經沖孔的箔作為呈多孔形成的塑料膜，該箔具有規則排列的孔。但這種具有開口多孔結構的構型伴隨著這樣的缺點，即在電池充電過程中，尤其在高荷載狀態下以恒定電壓再充電時會形成鋰-枝晶體，該枝晶體會導致電池內部短路和觸發安全危急事件。

發明內容

本發明提供一種具有至少一個鋰-嵌入電極和至少一個鋰-脫嵌電極的原電池，其中正電極和負電極被基于聚酰亞胺的隔板分隔，所述隔板由具有多孔結構的聚酰亞胺制成，其中該基于聚酰亞胺的隔板至少在其一側上具有復合-涂層，該復合-涂層具有至少一種粘合劑以及陶瓷顆粒。

根據本發明，該隔板的多孔結構呈迷宮-多孔結構。這意指該隔板具有一定數量的迷宮狀構成的幾乎是死路的通道，這些通道沒有連續地從該隔板的一側延伸到其另一側。通過該迷宮-多孔結構避免在隔板的兩個側面之間產生直接連接。因此，該迷宮-多孔結構是一種不具有規則圖形和尤其是不具有使該作為絕緣體起作用的隔板的兩側實現相互直接連接的開口通道或區域的多孔結構。通過本發明提供的呈迷宮-多孔結構的這種隔板構造尤其可避免鋰-枝晶體穿過隔板的開口通道在兩個電極之間貫穿生長。由于該迷宮-多孔結構的各個迷宮-通道呈死路和在該隔板兩側之間不存在短路，因而使得這種鋰-枝晶體的貫穿生長不可能發生。