[发明专利]具有改善的安全特性的原电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于原电池、特别是锂离子电池的分离装置。

背景技术

锂离子电池，也称为锂离子聚合物电池或锂聚合物电池或相应的模块、组或电池、蓄电池或系统，是原电池，其具有包括嵌入结构的至少一个正电极和至少一个负电极，在该嵌入结构中锂离子能够可逆地嵌入或脱嵌、也就是移入或移出。此外需要锂离子导电盐的存在，该导电盐当前不仅在消费品领域而且在汽车领域中优选为六氟磷酸锂（LiPF₆）。锂离子通过多孔的分离装置移动，该分离装置将正电极和负电极相互分离并且这是在所有运行状态下。

锂离子电池的突出之处在于，非常高的特定的能量密度、低自放电速度以及在应用中没有记忆效应。自然锂离子电池总是包含可燃的电解质并且经常包含气体可燃的电池材料，例如炭黑或铝箔。当锂离子电池过载或损坏时能够导致火灾或爆炸。因此需要的是，给锂离子电池配备安全机制，以便如果必要中断电池中的电流回路。对于改善的自身安全性（固有的安全性，英语：intrinsic safety）的决定性意义在此归因于多孔的分离装置。

由多孔的基于聚烯烃的塑料、例如聚乙烯、聚丙烯或聚乙烯-聚丙烯复合物组成的分离装置是已知的。自从确定的温度、也称为关断温度起，特别是在聚乙烯（PE）的情况下导致快速熔化，从而熔合并继而封闭分离装置的孔。电流电路不可逆地中断并且不发生另外的不受控的放电。该机制称为关断机制。正好，聚烯烃分离装置具有在热压力下的负特性，以便在周围收缩，其中在此导致大面积的内部短路。具有更高熔化温度的这样的构件进一步确保机械稳定性，其中自然仅能够受限地保持稳定性。

特别是能够当在分离装置中应用基于聚烯烃的聚合物薄膜的情况下导致侧面周围的收缩（schrinking）并且继而导致原电池的电极的直接接触，其中将导致短路。

由文献DE102009035759A1已知一种原电池的分离装置，其至少部分地由聚合物组成，其熔化和/或软化温度位于在200℃之上并且特别之处在于低收缩值。称之为抗高温的热塑性的塑料，例如聚醚酮（PEK）或聚醚醚铜（PEEK）。自然因此实现的提高的热稳定性导致：没有总是确保可靠的、集成到电池单元中的热敏的保护机制。多孔的塑料膜片的热稳定性越高，孔的熔化越延迟。因此对锂离子转移的封锁将延迟并因此对整个电流电路的中断将延迟。

发明内容

按照本发明提出一种用于原电池、特别是锂离子电池的分离装置，所述分离装置包括负电极（阴极）和正电极（阳极）；还提出一种用于制造分离装置的方法和一种原电池，其中分离装置分离所述电极。按照本发明，分离装置包含由非基于聚烯烃的聚合物组成的第一多微孔的膜片和至少一个由聚烯烃聚合物组成的第二多微孔的膜片，其中所述第一膜片相对于所述至少第二膜片具有更高的熔化或软化温度。

在此膜片是具有对于一些材料高渗透性的薄的多孔的系统，同时对于在其应用中存在的材料具有好的机械强度和长时间稳定性。这些膜片形成膜片组合，其总地来说具有多孔性，其足以被在原电池中采用的电解质填充。膜片组合也称为分离装置复合材料或复合物能够容易地由商业通用的多孔的单纤维膜片批量生产，它们例如能够作为无纺织物、针织物或纺织物存在。

在本发明的意义上，将聚烯烃聚合物理解为这样的聚合物，其通过烯烃的聚合形成，其中膜片仅仅由碳和氢组成，特别是属于烯烃的同系族。与之相对地将非基于聚烯烃的聚合物理解为所有类型的聚合物，除了在本发明的意义上如前限定的聚烯烃聚合物之外。

按照本发明的分离装置提供一个至少两层的复合物，其由第一层和第二层组成，该第一层也称为核心膜片，其由具有高熔化温度的非基于聚烯烃的聚合物组成；该第二层也称为辅助膜片，其由具有比核心膜片的熔化温度更低的熔化温度的聚烯烃聚合物组成，其中同时确保关闭机制以及进一步确保在出现高温度的情况下电极的安全分离。

将这样的温度称为熔化温度，在该温度下材料熔化，继而从固态过渡到液态。在聚合物的情况下该温度并不总是可固定到一个值，从而取而代之地能够也使用上述提及的软化温度作为表征的特征值。也称为玻璃化温度的软化温度是这样的温度，在该温度下聚合物具有变形性能的最大变化。有时候聚合物没有示出准确的熔点而是在温度范围中的熔化，其中应该将范围的下边界考虑为熔化或软化温度。