[发明专利]具有多硫化物阻挡层的锂硫电池隔离件

说明书

技术领域

本发明涉及一种隔离件、一种锂硫电池、一种锂硫电池组以及一种移动的或固定的系统、如车辆或能量存储装置。

背景技术

为了制造具有明显更大的能量密度的电池组，目前研究锂硫电池组工艺，通过该锂硫电池组工艺，能量含量可以从目前200 Wh/kg理论上被增高到1000 Wh/kg以上。

为了实现1000 Wh/kg以上的能量含量，然而阴极必须完全由元素硫来构造。然而元素硫既不传导离子又不导电，因此阴极必须被附加添加物，所述添加物明显降低该理论值。

另外的问题是在放电（还原）时所出现的多硫化物S_x^2-的溶解度。这些多硫化物可能迁移到锂阳极并且在那里被还原，因此由此不能获得电流。该过程一般被称为往复机制并且导致能量密度的进一步的下降。

发明内容

本发明的主题是一种锂硫电池，该锂硫电池包括含锂的阳极、含硫的阴极以及其间的、即被布置在含锂的阳极和含硫的阴极之间的隔离件。

该隔离件在此特别是包括基础层和多硫化物阻挡层。该多硫化物阻挡层在此特别是可以被构造在隔离件的阴极侧上。

多硫化物阻挡层特别是可以被理解为如下层，该层阻止特别是具有大于或等于3、例如3到8的链长的多硫化物扩散穿过该层。扩散阻挡特性在此可以基于不同的原理。例如可以通过以下方式阻止多硫化物透过多硫化物阻挡层，即多硫化物可以构造与多硫化物阻挡层的材料的可逆的、例如离子的化合。然而同样可能的是，多硫化物阻挡层是传导锂离子的并且密封的、或传导锂离子的或不传导锂离子的并且至少具有这样小的孔隙率，使得多硫化物不能穿过该多硫化物阻挡层。

该多硫化物阻挡层可以有利地阻止多硫化物透过隔离件并且以此阻止多硫化物到达阳极。由此得出的优点是往复过程的抑制。通过往复过程的抑制可以在电池充电时有利地防止活性材料的损失并且与此相关联的容量和能量损失。因为多硫化物停留在阴极的附近，在该阴极处多硫化物可以进一步被还原或又被氧化，所以此外可以有利地获得更好的硫利用并且在电池充电时增高能量效率。

在一种实施方式的范围内，基础层包括至少一种聚烯烃、例如聚乙烯和/或聚丙烯。基础层特别是可以由至少一种聚烯烃来构造。

在另一种实施方式的范围内，该多硫化物阻挡层包括至少一种多硫化物亲和（polysulfidaffin）材料、特别是聚合物。必要时，该多硫化物阻挡层可以由至少一种多硫化物亲和材料、特别是聚合物来构造。

多硫化物亲和材料、特别是聚合物特别是可以被理解为一种材料或聚合物，该材料或聚合物可以可逆地、例如离子地化合特别是具有大于或等于3、例如3到8的链长的多硫化物。多硫化物亲和材料或聚合物特别是可以具有比基础层的材料更高的多硫化物亲合力。材料或聚合物的多硫化物亲合力例如可以通过要检查的材料作为双室电池/渗透电池中的隔离件的使用以及两个半电池中的浓度测量来确定。

通过多硫化物亲和材料可以化合多硫化物，多硫化物亲和材料可以阻止多硫化物进一步扩散到隔离件中以及通过该隔离件扩散到阳极。然而，多硫化物在此优选地不太强地被化合，使得多硫化物之后又可以参与阴极反应。

在该实施方式的一种扩展方案的范围内，多硫化物阻挡层包括至少一种聚醚、特别是聚乙二醇（PEG）或聚丙二醇。必要时，多硫化物阻挡层可以由至少一种聚醚、特别是聚乙二醇或聚丙二醇来构造。通过聚醚或利用聚醚的（表面）改性，可以有利地实现多硫化物势垒层的提高的多硫化物亲合力。只要基础层由至少一种聚烯烃来构造，那么隔离件在该实施方式的范围内也可以被称为表面改性的聚烯烃隔离件。

在该实施方式的另一种替代的或附加的扩展方案的范围内，多硫化物阻挡层包括至少一种聚烯烃聚醚共聚物。必要时，多硫化物阻挡层可以由至少一种聚烯烃聚醚共聚物来构造。通过聚烯烃聚醚共聚物，不仅作为隔离件材料的聚烯烃的优点而且作为多硫化物亲和材料的聚醚的优点可以有利地、特别是纳米级地相互组合。

在另一种替代的或附加的实施方式的范围内，多硫化物阻挡层包括至少一种多硫化物密封（polysulfiddicht）、特别是陶瓷或聚合材料。必要时，多硫化物阻挡层可以由至少一种多硫化物密封、特别是陶瓷和/或聚合材料来构造。