[发明专利]可再充电的电化学蓄电池组电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种、优选非水的、可再充电的电化学蓄电池组电池， 具有负电极、电解质和正电极，以及用于存储活性金属的存储器 (Speicher)，该活性金属由电池充电时负电极上的电极反应产生。

特别地，本发明涉及一种蓄电池组电池，在该电池中，活性金属 (在电池充电和放电时，该活性金属的氧化状态由于在负电极上进行的 电极反应而发生改变)是碱金属、碱土金属或元素周期表的第二副族中 的金属，其中，锂是特别优选的。此后，引用锂作为负电极的活性金 属，但不局限于此。

在本发明的范围内使用的电解质优选地以SO₂为基础。下述电解 质被称为“基于SO₂的电解质”(SO₂ based electrolytes)，即该电解质 不仅包含低浓度作为添加成份的SO₂，且在该电解质中导电盐的离子 的活动性至少部分地由SO₂保证，该导电盐包含在电解质中且负责电 荷的运输。在碱金属电池的情况下，优选地，把碱金属的四卤铝盐用 作导电盐，例如LiAlCl₄。具有基于SO₂的电解质的可再充电的碱金属 电池称为可再充电的碱金属-SO₂-电池。

然而，本发明还涉及具有其它电解质的电池，该其它电解质包含 其它导电盐(例如卤化物、草酸盐、硼酸盐、磷酸盐、砷酸盐、镓酸盐) 和其它保证了离子的活动性的溶剂。溶剂可以是无机溶剂(例如硫酰 氯、亚硫酰氯)、有机溶剂(例如醚、酮、碳酸盐、酯)和离子性液体(ionic liquids)。也可以应用上述导电盐和溶剂的混合物。

对蓄电池组电池来说，必需的安全性是一个重要的问题。在许多 种电池中，尤其是强加热会导致安全临界状态。可能会发生的情况是： 电池外壳破裂或至少变得不密封了，有害气体或固体物质泄漏，或者 甚至产生明火。

尤其关键的是这些蓄电池组电池，在这些蓄电池组电池中，电池 内部的温度升高幅度很大，从而导致了在大范围内出现放热反应，放 热反应又导致了温度的进一步升高。这种自增强效应称作“热逸散”。

蓄电池制造商试图通过电子的、机械的或化学的方式来控制充电 和/或放电电路，从而在低于临界温度水平时阻断电流的流动，以使任 何“热逸散”都不会出现。例如，为此集成了压敏机械开关或温敏电 子开关。

为了避免锂以游离形式(金属的)积聚的风险，在商业中可获得的 碱金属蓄电池组电池中，特别是锂离子电池中，使用石墨插入电极作 为负电极。在锂离子电池中，在电池充电时由负电极上的电极反应(通 过吸引电子)产生的锂进入石墨的层状晶格中。因此，在正常工作状态 中，锂离子电池不含金属性锂的积聚物。

尽管有这些和其它的措施，安全问题还是多次出现。例如，由于 笔记本电脑中安装的锂离子电池的“热逸散”，导致笔记本电脑着火。 根据2006年7月的一份出版物，从2000年起，由于潜在的安全问题， 已经有160万锂电池被它们的制造商召回，并且美国的主管部门(产品 安全局)已经收到超过80份报告，称消费者因为他们的移动电话着火 或爆炸而受伤。

尽管有这些安全问题，碱金属电池还是有很大的实用意义，特别 是因为它们的高电池电压以及高能量密度(每单位体积的电容量)和高 比能(每单位重量的电容量)。

在这个基础上，本发明的目的在于在保证极好的安全性的同时， 进一步改进蓄电池组电池，特别是碱金属电池的性能数据(能量密度、 功率密度)。

这个技术问题由前述类型的可再充电的蓄电池组电池来解决，其 中电池包括多孔结构，正电极的活性物质包含在该结构中，且该结构 布置在负电极的电子传导基板的附近，从而使由于负电极上的电极反 应而产生的活性金属的至少一部分渗透进入包含正电极的活性物质 的多孔结构的孔中并在那里存储起来，其中至少部分地通过金属形式 的沉积来进行活性金属在包含正电极的活性物质的多孔结构的孔中 的存储。