[發明專利]電化學電池及其制造方法

有效

• 申請號: 201480061234.5
• 申請日: 2014-10-23
• 公開（公告）號: CN105765759B
• 公開（公告）日: 2019-04-19
• 發明（設計）人: T·韋爾勒;F·埃貝勒;B·舒曼;C·I·武爾姆;V·A·戈德博勒
• 申請（專利權）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: H01M2/14
• 分類號: H01M2/14;H01M2/16;H01M4/38;H01M4/40;H01M10/052;H01M10/0562;H01M12/08;H01M4/134;H01M4/1395;H01M6/18
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 盧江;張濤

描述了一種具有含鋰的陽極(14)以及陰極(16)的電化學電池，其中，含鋰的陽極(14)具有保護層(18)，并且其中，保護層(18)包括由不傳導鋰離子的材料構成的纖維(20)，這些纖維與保護層(18)的傳導鋰離子的材料(22)接觸。

技術領域

本發明涉及根據獨立權利要求的前序部分的電化學電池、和其制造方法及其應用。

背景技術

未來，不僅在靜態應用中(例如在風力設備中)、在移動應用中(例如在混合動力車輛和電動車輛中)，而且在消費領域中(例如在便攜式計算機和移動電話中)，除了所謂的鋰離子電池組之外，也應用如下的電池組系統，其工作原理不是基于在電極材料中插入金屬物質，而是基于使用金屬陽極，例如鋰陽極，其中，例如設置氧電極作為相對電極。這種類型的電池組系統的工作原理基于陽極材料的化學轉化并且在電池層面上表現出非常高的能量密度或高的比能量。關于已經提到的氧電極，在與鋰陽極相互聯接的情況下，在電池組電池放電過程中發生分子氧的還原和過氧化鋰的形成。

這種所謂的鋰空氣電池因此包括至少一個基于氧的正電極和至少一個基于金屬鋰或鋰硅合金(在其中，鋰移入或移出硅晶格)的負電極，其中，所述過程伴隨著電極的晶體結構改變。這種鋰空氣電池例如可由US 5 510 209 A或作者為Jake Christensen等的《Journal of The Electrochemical Society(電化學學會雜志)》，159(2)R1-R30(2012)的出版物得知。

此外，這種類型的電池組電池例如也可以具有由鋰合金，例如銦合金或鋁合金的形式構成的陽極。

已經提到的氧陰極例如可以具有由碳或金構成的具有在納米范圍內的微孔的多孔結構，該多孔結構容納在電池組電池放電時出現的物質，例如過氧化鋰。此外，這種類型的電池組電池包括氣體分配器(流場(Flow-Field))，該氣體分配器在幾何上構造為具有通道或鉆孔并且輸送電化學反應所需的氣體或排出在此產生的氣體。

在這種類型的電池組電池的電極之間設置有傳導鋰離子的分離器，其起到電絕緣的作用。該分離器無孔地實施，以便為陽極擋住例如可能損傷金屬鋰的氣體和液態介質。此外，作為分離器材料適合的有燒結的氣密的例如尤其是石榴石形式的陶瓷層。這種系統例如可由DE 10 2004 010 892 B3或DE 10 2007 030 604 A1得知。

此外，公知有具有小電流密度的帶有傳導離子的基于陶瓷的分離器膜的鋰空氣電池，其表現出稍微可逆的充電特性。例如為此可由US 6 402 795和US 5 723 140得知。在這些情況下，傳導鋰離子的、密集的、薄地設計的陶瓷層保護具有金屬鋰的鋰陽極，以防損害性氣體，例如氮氣、二氧化碳或水蒸氣，以及也以防可能是電池組電池中的電解質的組成成分的液態溶劑。它們可能與陽極的金屬鋰發生不可逆的反應，由此可能以不期望的方式出現可能導致內部短路的鋰枝狀結晶。

在此，所述傳導鋰離子的、薄的陶瓷保護層僅有數微米厚。

在相應的鋰空氣電池的充電或放電過程期間，出現金屬鋰陽極的體積剪力，并且對薄的陶瓷層的機械完整性強烈負荷。在此出現的機械應力導致施加到陶瓷保護層上的極大的壓力，這可能導致脆化或機械斷裂。此外，可能發生由于不平衡的壓力加載而引起陶瓷層的剝脫以及陶瓷層缺乏彈性。

此外，由DE 10 2010 054 610 A1公知了一種電化學電池，其負電極以在其側具有由傳導鋰離子的材料構成的纖維的保護層進行涂層。

發明內容

與此相對，本發明涉及具有獨立權利要求的特征部分特征的電化學電池、其制造方法及其應用。

發明優點