[發明專利]具有堿土金屬羧酸鹽隔板的鋰電池

在審

• 申請號: 201480045280.6
• 申請日: 2014-08-04
• 公開（公告）號: CN105431964A
• 公開（公告）日: 2016-03-23
• 發明（設計）人: T.韋爾勒;F.埃貝勒;C.I.武爾姆;荻原秀樹
• 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;H01M10/052;H01M10/42
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 盧江;杜荔南

技術領域

本發明涉及一種鋰電池、一種隔板、以及用于鋰電池的一種負電極和一種正電極。

背景技術

鋰離子技術注定用于應用的寬的應用領域。亦稱鋰聚合物電池（或鋰離子聚合物電池）的鋰離子電池，尤其是只要其具有鋁復合膜封裝，就尤其是以高能量密度和比能量以及極小自放電為特征。鋰離子電池具有可以可逆地換入或換出鋰離子的至少一個負電極（陽極）和正電極（陰極）；這亦稱插層（Interkalation）或脫層（Deinterkalation）。作為導電鹽在鋰離子電池中大多使用六氟磷酸鋰（LiPF₆）。

由于鋰離子電池的按重量和按容量都高的能量密度，特別感興趣的是鋰離子電池中的高的自有安全性或固有安全性（英語：IntrinsicSafety）。

在鋰離子電池的情況下，常規而言，負電極通過隔板與正電極隔開，該隔板本身是電絕緣體。

很經常地在鋰離子電池中使用多孔聚烯烴隔板，其可以基于聚乙烯（PE）或聚丙烯（PP）。但是在聚烯烴隔板的情況下，在聚合物的軟化點范圍內的溫度下可能出現隔板的側面不定的收縮（英語：Shrinking）。

由高熔點聚合物制成的其它隔板、例如聚酰亞胺隔板盡管在例如40Ah至80Ah的高容量電池的情況下與聚烯烴隔板相比更加熱穩定和機械穩定，但是聚酰亞胺隔板也不能總是在機械或熱應力的情況下具有足夠的自有安全性。

在EP1657767A1中描述了一種二次電池組，其具有多孔層，所述多孔層包括陶瓷顆粒以及粘結劑并且被涂敷到二次電池組的至少一個電極上。

在DE102009002680A1中描述了一種陶瓷復合材料，其包括具有規律的穿孔的聚合物膜，其中所述穿孔在具有陶瓷顆粒的多孔涂層的至少一側被隱藏。

在WO98/59387A2中描述了一種包括碳酸鈣的電化學電池。

在WO00/42672A2中描述了一種電化學電池，其包含至少一種草酸鹽和至少一種碳酸鹽作為除酸劑。

在EP1146576A1中描述了一種用于鋰電池組的隔板，該隔板具有陶瓷復合層和微孔聚合物層。

發明內容

本發明的主題是一種鋰電池，其包括負電極、正電極以及至少一個布置在正電極與負電極之間的包括至少一種堿土金屬羧酸鹽的多孔層。

尤其是可以將鋰電池理解成其負電極（陽極）包括鋰的電化學電池。

例如，在此可以是：鋰離子電池、即一種電池，其負電極包括插層材料、例如石墨，在該插層材料中可以可逆地換入或換出鋰；或者一種鋰金屬電池、即一種具有由金屬鋰或鋰合金制成的負電極的電池。鋰電池尤其可以是鋰離子電池。

尤其是可以將堿土金屬羧酸鹽理解成具有第二主族的(金屬)陽離子的羧酸鹽。

堿土金屬羧酸鹽有利地比如即使在少量的情況下也是非常良好的氟化物捕捉劑，并且可以例如在六氟磷酸鋰（LiPF₆）水解的情況下有效地捕捉由于潮濕產生的氫氟酸（HF）并且以難溶堿土金屬氟化物的形式凝固。在此，堿土金屬羧酸鹽有利地是比堿金屬羧酸鹽明顯更好的氟化物捕捉劑，因為堿土金屬氟化物與堿金屬氟化物相比在所有溶劑中具有明顯更小的可溶性。

例如，醋酸鈣、氫氟酸（HF）可以根據下列反應式結合成難溶的形成沉淀物的氟化鈣（CaF₂）:

Ca(CH₃COO)₂+2HF-->CaF₂（沉淀物）+2CH₃COOH

由于堿土金屬羧酸鹽、氫氟酸（HF）可以非常好地結合，可以有利地提高電池的壽命和循環時長并且還改善電池的安全特性。

這是因為，未結合的氫氟酸（HF）可能侵蝕電池內的電池材料、尤其是正電極的活性材料（陰極材料）和殼體密封并且由此縮短電池的壽命和循環時長。

尤其是氫氟酸（HF）可以明顯縮短以下電池的壽命和循環時長，其正電極作為活性材料（陰極材料）包括鋰錳尖晶石（LMO，例如LiMn₂0₄），因為氫氟酸（HF）可能導致錳從尖晶石結構中加速分離；這一方面可能損傷正電極的活性材料（陰極材料）并且另一方面可能導致負電極的活性材料（陽極材料）、例如石墨中毒。這是因為，從尖晶石結構中分離的錳陽離子可溶解在電解質中，并且可以通過電解質被運送到負電極，在那里，錳陽離子可能在負電極的活性材料（陽極材料）、例如石墨處被還原成金屬錳并且通過這種方式可能使負電極的活性材料（陽極材料）中毒。