[發明專利]原電池

在審

• 申請號: 201610891896.6
• 申請日: 2016-08-19
• 公開（公告）號: CN106654130A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: C·I·武爾姆;M·M·希勒
• 申請（專利權）人: 鋰能源和電力有限責任兩合公司
• 主分類號: H01M2/18
• 分類號: H01M2/18;H01M10/0525;H01M10/058
• 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

本發明涉及根據獨立權利要求的前述部分的一種原電池(galvanisches Element)、一種包括原電池的電池和一種用于制造原電池的方法。

背景技術

鋰離子電池的特征尤其是非常高的比能量和極其小的自放電。這樣的電池的鋰離子電池單元具有至少一個正電極和至少一個負電極(陰極或者陽極)，鋰離子能夠可逆地插入(嵌入)或者又脫出(脫嵌)。此外，鋰離子電池單元包括至少一個隔離物，其使得所述正電極和負電極不僅在空間上、而且在電氣上彼此分隔。為了鋰離子在所述電極內的嵌入或者脫嵌，需要鋰離子導體。該鋰離子導體以液體電解質的形式提供。在此，在所使用的隔離物內的孔隙容許電解質滲入所述隔離物中，使得離子能夠穿過所述隔離物。

為了制造鋰離子電池單元，構造一種原電池，該原電池具有一種包括負電極、正電極以及所述兩個電極之間的隔離物的層結構。所述負電極、所述隔離物和所述正電極能夠相互卷繞或者以相互堆疊的形式存在。所述正電極和所述負電極與向外建立電氣連接的導電體接觸。由此構成的原電池用電解質灌注并且被封裝入包封內。例如采用鋁復合薄膜作為包封。被包封的電池單元由于其柔軟的包封因此也被稱作軟包或者軟包裝。堅硬的金屬殼體也被用作為殼體，例如以被深沖的或者流動旋壓的殼體件的形式。在這種情況下，談及硬殼體或者硬殼。

由DE 102 55 121 A1已知一種用于電池單元的隔離物。所述隔離物包括柔性的、穿孔的載體和填充所述載體的穿孔的多孔陶瓷材料。陶瓷材料適用于容納離子傳導的電解質，并且為了避免產生枝晶，包括第一平均孔徑尺寸的第一個多孔層，該層接觸所述電池單元的第一電極，以及包括第二平均孔徑尺寸的第二多孔層，該層接觸所述電池單元的另外的電極。所述第二多孔層的第二平均孔徑尺寸小于所述第一多孔層的第一平均孔徑尺寸。

在由現有技術已知的電池單元中，如圖1中所示，正電極、隔離物和負電極相互堆疊放置。所述隔離物用電解質灌注，并且容許離子在所述兩個電極之間流動。在此，所述隔離物具有突出的區域，所述區域從所述電極上突出。這一突出的區域是必要的，以便確保所述兩個電極的可靠分隔。在此，離子可借助所述電解質在整個被所述隔離物填滿的區域內流動。因此，在所述電極的邊緣區域中，為離子傳導提供了比在所述層結構的內部區域內更大的區域，使得邊緣區域內的離子流提高。離子沿著其流動的電流路徑在圖1中通過連續的線條來標示。不均勻的離子流是不利的，因為在提高的離子流密度的區域內出現所述電極的局部過載。在鋰離子電池單元的情況下，這是尤其有問題的，因為這在提高的離子流密度的區域內可能導致鋰的沉積，這影響電池的安全性。

這樣的枝晶化的、例如鋰的沉積或者沉淀例如在電池單元充電時或者由于例如在制造過程中進入所述電池單元內的金屬的污染產生。這種沉積垂直于陽極作為枝晶在所述陽極上生長，并且可在空間上穿透后面的元件、例如被布置在所述陽極與所述陰極之間的隔離物或者從其中生長出來。這大多導致具有相應安全風險的內部短路。尤其是在原電池的邊緣區域內、即在所述隔離物的多孔區域以外的區域內或者在并非直接位于所述電極之間的區域內，例如可接觸到例如導電體、如鋁或銅的游離金屬，使得存在以下風險，即：少量污染就已經觸發低阻抗的短路。這些污染在上述邊緣區域內特別關鍵，因為在此所述導電體例如有些位置并未涂覆活性材料涂層并且由此出現與所述導電體的涂有活性材料的區域相比更高的電流，這些更高的電流可能導致短路。例如可通過禁止這些雜質金屬、例如銅離子的離子流的方式，來避免枝晶的生長。

因此期望的是，實現遍布所述電極的尤其是整個活性面的均勻離子流并且在位于兩個電極之間的區域以外的區域內禁止離子流。

發明內容

提出了一種原電池，包括正電極、負電極以及被灌注有電解質且被布置在所述正電極與所述負電極之間的多孔隔離物，其中所述隔離物具有多孔的區域，該多孔的區域與所述正電極和所述負電極的活性面基本一致，并且其中所述隔離物在所述多孔區域以外具有以下區域，在該區域內，該區域的孔隙通過所述隔離物基于熱效應的熔融而被封閉，使得所述正電極與所述負電極之間的通過電解質的電流路徑僅在該一致的區域內延伸。

這要這樣來理解，即所述隔離物僅在所述多孔區域以外的區域內被加溫、變暖或者被加熱并且熔融，但并不是在所述多孔區域內。熱效應也應該被理解為一種加溫或者一種加熱。因此，概念“熱”是指以下溫度，在該溫度下，所述隔離物變軟，開始熔融或者熔融。