[发明专利]电化学电池及其制造方法

说明书

描述了一种具有含锂的阳极(14)以及阴极(16)的电化学电池，其中，含锂的阳极(14)具有保护层(18)，并且其中，保护层(18)包括由不传导锂离子的材料构成的纤维(20)，这些纤维与保护层(18)的传导锂离子的材料(22)接触。

技术领域

本发明涉及根据独立权利要求的前序部分的电化学电池、和其制造方法及其应用。

背景技术

未来，不仅在静态应用中(例如在风力设备中)、在移动应用中(例如在混合动力车辆和电动车辆中)，而且在消费领域中(例如在便携式计算机和移动电话中)，除了所谓的锂离子电池组之外，也应用如下的电池组系统，其工作原理不是基于在电极材料中插入金属物质，而是基于使用金属阳极，例如锂阳极，其中，例如设置氧电极作为相对电极。这种类型的电池组系统的工作原理基于阳极材料的化学转化并且在电池层面上表现出非常高的能量密度或高的比能量。关于已经提到的氧电极，在与锂阳极相互联接的情况下，在电池组电池放电过程中发生分子氧的还原和过氧化锂的形成。

这种所谓的锂空气电池因此包括至少一个基于氧的正电极和至少一个基于金属锂或锂硅合金(在其中，锂移入或移出硅晶格)的负电极，其中，所述过程伴随着电极的晶体结构改变。这种锂空气电池例如可由US 5 510 209 A或作者为Jake Christensen等的《Journal of The Electrochemical Society(电化学学会杂志)》，159(2)R1-R30(2012)的出版物得知。

此外，这种类型的电池组电池例如也可以具有由锂合金，例如铟合金或铝合金的形式构成的阳极。

已经提到的氧阴极例如可以具有由碳或金构成的具有在纳米范围内的微孔的多孔结构，该多孔结构容纳在电池组电池放电时出现的物质，例如过氧化锂。此外，这种类型的电池组电池包括气体分配器(流场(Flow-Field))，该气体分配器在几何上构造为具有通道或钻孔并且输送电化学反应所需的气体或排出在此产生的气体。

在这种类型的电池组电池的电极之间设置有传导锂离子的分离器，其起到电绝缘的作用。该分离器无孔地实施，以便为阳极挡住例如可能损伤金属锂的气体和液态介质。此外，作为分离器材料适合的有烧结的气密的例如尤其是石榴石形式的陶瓷层。这种系统例如可由DE 10 2004 010 892 B3或DE 10 2007 030 604 A1得知。

此外，公知有具有小电流密度的带有传导离子的基于陶瓷的分离器膜的锂空气电池，其表现出稍微可逆的充电特性。例如为此可由US 6 402 795和US 5 723 140得知。在这些情况下，传导锂离子的、密集的、薄地设计的陶瓷层保护具有金属锂的锂阳极，以防损害性气体，例如氮气、二氧化碳或水蒸气，以及也以防可能是电池组电池中的电解质的组成成分的液态溶剂。它们可能与阳极的金属锂发生不可逆的反应，由此可能以不期望的方式出现可能导致内部短路的锂枝状结晶。

在此，所述传导锂离子的、薄的陶瓷保护层仅有数微米厚。

在相应的锂空气电池的充电或放电过程期间，出现金属锂阳极的体积剪力，并且对薄的陶瓷层的机械完整性强烈负荷。在此出现的机械应力导致施加到陶瓷保护层上的极大的压力，这可能导致脆化或机械断裂。此外，可能发生由于不平衡的压力加载而引起陶瓷层的剥脱以及陶瓷层缺乏弹性。

此外，由DE 10 2010 054 610 A1公知了一种电化学电池，其负电极以在其侧具有由传导锂离子的材料构成的纤维的保护层进行涂层。

发明内容

与此相对，本发明涉及具有独立权利要求的特征部分特征的电化学电池、其制造方法及其应用。

发明优点