[發明專利]具有改善的安全特性的原電池

在審

• 申請號: 201410068188.3
• 申請日: 2014-02-27
• 公開（公告）號: CN104022243A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: T·韋爾勒;M·科爾貝格爾
• 申請（專利權）人: 羅伯特·博世有限公司;三星SDI株式會社
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16;H01M10/0525
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 鄭立柱

技術領域

本發明涉及一種用于原電池、特別是鋰離子電池的分離裝置。

背景技術

鋰離子電池，也稱為鋰離子聚合物電池或鋰聚合物電池或相應的模塊、組或電池、蓄電池或系統，是原電池，其具有包括嵌入結構的至少一個正電極和至少一個負電極，在該嵌入結構中鋰離子能夠可逆地嵌入或脫嵌、也就是移入或移出。此外需要鋰離子導電鹽的存在，該導電鹽當前不僅在消費品領域而且在汽車領域中優選為六氟磷酸鋰（LiPF₆）。鋰離子通過多孔的分離裝置移動，該分離裝置將正電極和負電極相互分離并且這是在所有運行狀態下。

鋰離子電池的突出之處在于，非常高的特定的能量密度、低自放電速度以及在應用中沒有記憶效應。自然鋰離子電池總是包含可燃的電解質并且經常包含氣體可燃的電池材料，例如炭黑或鋁箔。當鋰離子電池過載或損壞時能夠導致火災或爆炸。因此需要的是，給鋰離子電池配備安全機制，以便如果必要中斷電池中的電流回路。對于改善的自身安全性（固有的安全性，英語：intrinsic?safety）的決定性意義在此歸因于多孔的分離裝置。

由多孔的基于聚烯烴的塑料、例如聚乙烯、聚丙烯或聚乙烯-聚丙烯復合物組成的分離裝置是已知的。自從確定的溫度、也稱為關斷溫度起，特別是在聚乙烯（PE）的情況下導致快速熔化，從而熔合并繼而封閉分離裝置的孔。電流電路不可逆地中斷并且不發生另外的不受控的放電。該機制稱為關斷機制。正好，聚烯烴分離裝置具有在熱壓力下的負特性，以便在周圍收縮，其中在此導致大面積的內部短路。具有更高熔化溫度的這樣的構件進一步確保機械穩定性，其中自然僅能夠受限地保持穩定性。

特別是能夠當在分離裝置中應用基于聚烯烴的聚合物薄膜的情況下導致側面周圍的收縮（schrinking）并且繼而導致原電池的電極的直接接觸，其中將導致短路。

由文獻DE102009035759A1已知一種原電池的分離裝置，其至少部分地由聚合物組成，其熔化和/或軟化溫度位于在200℃之上并且特別之處在于低收縮值。稱之為抗高溫的熱塑性的塑料，例如聚醚酮（PEK）或聚醚醚銅（PEEK）。自然因此實現的提高的熱穩定性導致：沒有總是確保可靠的、集成到電池單元中的熱敏的保護機制。多孔的塑料膜片的熱穩定性越高，孔的熔化越延遲。因此對鋰離子轉移的封鎖將延遲并因此對整個電流電路的中斷將延遲。

發明內容

按照本發明提出一種用于原電池、特別是鋰離子電池的分離裝置，所述分離裝置包括負電極（陰極）和正電極（陽極）；還提出一種用于制造分離裝置的方法和一種原電池，其中分離裝置分離所述電極。按照本發明，分離裝置包含由非基于聚烯烴的聚合物組成的第一多微孔的膜片和至少一個由聚烯烴聚合物組成的第二多微孔的膜片，其中所述第一膜片相對于所述至少第二膜片具有更高的熔化或軟化溫度。

在此膜片是具有對于一些材料高滲透性的薄的多孔的系統，同時對于在其應用中存在的材料具有好的機械強度和長時間穩定性。這些膜片形成膜片組合，其總地來說具有多孔性，其足以被在原電池中采用的電解質填充。膜片組合也稱為分離裝置復合材料或復合物能夠容易地由商業通用的多孔的單纖維膜片批量生產，它們例如能夠作為無紡織物、針織物或紡織物存在。

在本發明的意義上，將聚烯烴聚合物理解為這樣的聚合物，其通過烯烴的聚合形成，其中膜片僅僅由碳和氫組成，特別是屬于烯烴的同系族。與之相對地將非基于聚烯烴的聚合物理解為所有類型的聚合物，除了在本發明的意義上如前限定的聚烯烴聚合物之外。

按照本發明的分離裝置提供一個至少兩層的復合物，其由第一層和第二層組成，該第一層也稱為核心膜片，其由具有高熔化溫度的非基于聚烯烴的聚合物組成；該第二層也稱為輔助膜片，其由具有比核心膜片的熔化溫度更低的熔化溫度的聚烯烴聚合物組成，其中同時確保關閉機制以及進一步確保在出現高溫度的情況下電極的安全分離。

將這樣的溫度稱為熔化溫度，在該溫度下材料熔化，繼而從固態過渡到液態。在聚合物的情況下該溫度并不總是可固定到一個值，從而取而代之地能夠也使用上述提及的軟化溫度作為表征的特征值。也稱為玻璃化溫度的軟化溫度是這樣的溫度，在該溫度下聚合物具有變形性能的最大變化。有時候聚合物沒有示出準確的熔點而是在溫度范圍中的熔化，其中應該將范圍的下邊界考慮為熔化或軟化溫度。