本发明专利技术涉及一种用于电极（62）的层复合体（30）、一种用于所述层复合体（30）的制造方法以及所述层复合体（30）在可再充电的原电池中的应用。所述可再充电的原电池是锂电池组、诸如锂硫电池组，或者是锂氧电池组。所述层复合体（30）包括至少一个超疏水的、纳米结构的保护层（40），所述至少一个超疏水的、纳米结构的保护层（40）拒绝极性物质。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于可再充电的原电池的电极的层复合体、针对所述层复合体的制造方法以及所述层复合体的应用。
技术介绍
US2005/0053834A1具有用于锂电池组的电极作为主题，所述电极由颗粒（Partikel）来构造。各个颗粒都被涂层，以便给所述各个颗粒配备疏水表面。提出聚合物或聚合物混合物（例如EPDM和PVDF）作为疏水涂层。为了改善锂离子导电性，可以将锂盐加入（zugeben）聚合物。通过将被溶解在溶剂中的聚合物喷到所述颗粒上，可以实现聚合物涂层。WO2012/111116A1涉及给正电极的表面配备疏水薄膜（Film）。WO2010/027337A1公开了用于在金属空气电池组中使用的电极材料。该电极包括如下层：所述层由纳米结构的疏水材料（例如TiO2）构成或者由陶瓷材料构成。根据实施方式，该层可以多孔地来实施并且附加地包括金属纳米结构。在另一实施方式中，所提出的电极包括由亲水材料构成的附加层。WO2004/088769A2公开了一种锂电池组，所述锂电池组的电极配备有涂层，以便适配所述电极的表面电压。例如可以利用化学反应在电极表面上产生所述涂层，或者所述涂层可以以溶解在溶剂中的方式被涂覆（auftragen）到电极上。采用聚合物（诸如聚乙烯）也是可能的。此外，所述电极还可以包括纳米结构、如碳纳米管。US2003/0180608A1公开了一种电池组，在所述电池组中将锂金属用作负电极。也可以将锂合金用作负电极。无定形金属锂或者无定形锂在其表面上涂层有具有疏水特性的材料层。疏水材料层包括至少一种从烃和酯的组中选择的材料。在所述烃或者酯中的碳可以部分地用硅酮原子置换，或者在疏水材料中的氢原子可以部分地或者全部地由氟原子来替换。通过将负电极浸入到包含所述疏水材料的溶液中、或者通过喷涂（Aufsputtern）或者通过蒸发方法（Dampfungsverfahren），可以使所述负电极涂层有所述疏水材料。US2012/0086213A1具有一种锂电池组电池和一种用于所述锂电池组电池的制造方法作为主题。将金属锂或者所述金属锂的合金用作活性阳极材料。此外，阳极还包括一个由疏水材料构成的层，所述由疏水材料构成的层包括烃或者酯的至少一种实现形式，其中碳可以部分地由硅酮来替换，或者氢可以部分地或者全部地由氟或者金属氟化物材料来替换。在不同类型的锂电池组、尤其是所谓的后锂离子电池组（诸如锂硫（Li-S）或者锂空气（Li-Air））中，金属锂阳极被用作阳极。此外，原则上也可能的是使用金属锂阳极连同所有其它的阴极材料、例如过渡金属氧化物（如锂钴氧化物，LiCoO2或者类似的），这赋予所述研发方向极大的潜力，以便呈现出高的比能量（spezifischeEnergie）。然而，所述金属锂阳极（在没有保护的情况下）具有如下缺点：在所述金属锂阳极上发生与液态电解质或者包含在所述液态电解质中的物质的寄生反应，诸如在Li-S电池组电池的情况下发生与聚硫（Polysulfid）的寄生反应。经此，不仅所述电解质而且所述锂本身都不可逆地被耗尽。为了阻止所述情况，在所述金属锂阳极上的在机械、化学和电化学方面有效的保护层是必要的，所述保护层阻止了在金属锂与液态电解质之间的直接接触而且同时具有足够高的锂离子导电性。只有在这样的保护层在运行期间和在存货（Lagerung）期间的存货时间期间不具有以裂纹、孔等等的形态的损坏时，所述保护层才没有瑕疵地起作用。一旦形成这样的损坏部位，锂就优选地在那里沉积并且与液态电解质反应，因为在那里没有形成保护层所带来的被提高的阻力（Widerstand）。以这种方式和方法，一旦有一天形成损坏，所述损坏本身就在先前的程度上增大。借此，只有当长期地确保可以可靠地避免机械和结构损坏时，这样的保护层才能起作用。这样的保护层处在始终在阳极与阴极之间的电池中。原则上，所述保护层或者可以直接被涂覆在所述阳极上、直接被涂覆在所述阴极上，或者在所述阳极与所述阴极之间可以与在所述保护层与所述电极之间的其它层一起来涂覆。
技术实现思路
按照本专利技术，提出一种用于可再充电的原电池的电极的层复合体，在所述电极的情况下尤其涉及锂电池组，其中所述层复合体包括至少一个超疏水的、纳米结构的保护层，所述至少一个超疏水的、纳米结构的保护层拒绝（abweisen）极性物质。通过所述至少一个超疏水的、纳米结构的保护层，极性物质被排斥，而且因此所述极性物质被保持在第二电极中或者根据要求被保持在隔离器（Separator）的空隙（Pore）中。这些组分几乎完全不接近锂阳极的表面。在按照本专利技术所提出的层复合体的一个有利的改进方案中，所述超疏水的、纳米结构的保护层由纳米结构的聚丙烯（PP）或者其它的聚烯烃制成。此外，考虑纳米结构的聚乙烯（PE）或者纳米结构的PE-PP共聚物作为材料。可替换地，所述超疏水的、纳米结构的保护层在所述层复合体之内也可以由纳米结构的硅制成或者由聚合物制成。在一实施可能性中，按照本专利技术所提出的层复合体具有如此特性，使得所述超疏水的、纳米结构的保护层在所述层复合体之内直接被安置在锂层上或者直接被安置在第二电极上。替换于此地或者除此之外地，如下层复合体也是可设想的，在所述层复合体中，超疏水的、纳米结构的保护层在所述层复合体之内被至少一个第二聚合物层和/或至少一个第二陶瓷层覆盖。按照本专利技术所提出的层复合体也可以被设计来使得被包含在所述层复合体中的超疏水的、纳米结构的保护层在插入第二聚合物层或者第二陶瓷层的情况下被涂覆到锂层上。此外，也存在如下可能性：设计所述层复合体来使得所述层复合体在锂层与第二电极、尤其是硫电极之间具有所述超疏水的、纳米结构的保护层和至少一个隔离层。以有利的方式，所述隔离层是聚合物层。此外，本专利技术还涉及一种用于制造这样的层复合体的方法，其中在一方法步骤中将所述超疏水的、纳米结构的保护层涂覆到载体衬底上。所述超疏水的、纳米结构的保护层可以通过借助于经由喷头的喷雾利用紧接着的干燥来涂层而被涂覆到所述载体衬底上，在所述紧接着的干燥的情况下发生交键（Vernetzung）或者聚合作用（Polymerisation）。可替换地，存在如下可能性：通过借助于刮涂（Aufrakeln）一个薄层来涂层，涂覆所述超疏水的、纳米结构的保护层，紧接于此进行干燥。此外，还可以借助蒸发或者真空蒸发利用紧接着的交键或者聚合作用来实现对所述超疏水的、纳米结构的保护层的涂覆。对于由纳米结构的硅构成的超疏水的、纳米结构的保护层被涂覆到载体衬底上的情况来说，存在如下可能性：通过喷涂、借助气溶胶沉积（aerosoldepositionmethod（气溶胶沉积法），ADM）或者通过等离子体感应的或者等离子体辅助的化学材料沉积（等离子体增强化学气相沉积（plasmaenhancedchemicalvapordeposition），PECVD）将所述超疏水的、纳米结构的层涂覆到所述载体衬底上。以有利的方式，按照本专利技术的层复合体可以被用在锂电池组、尤其是锂硫电池组系统（Li-S）或者锂氧电池组系统（Li-O）中，所述锂电池组在混合动力车辆（HEV）、插电式混合动力车辆（PHEV）和电动车辆（EV）上被用作牵引电池组。此外，按照在上文概述的实施变型方案，所述按照本文档来自技高网...
【技术保护点】
用于可再充电的原电池的电极（62,74）、尤其是锂电池组的电极（62,74）的层复合体（30,46,48,50,70,76），其特征在于，所述层复合体（30,46,48,50,70,76）包括至少一个超疏水的、纳米结构的保护层（40），所述至少一个超疏水的、纳米结构的保护层（40）拒绝极性物质。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.08.04 DE 102014215268.21.用于可再充电的原电池的电极（62,74）、尤其是锂电池组的电极（62,74）的层复合体（30,46,48,50,70,76），其特征在于，所述层复合体（30,46,48,50,70,76）包括至少一个超疏水的、纳米结构的保护层（40），所述至少一个超疏水的、纳米结构的保护层（40）拒绝极性物质。2.按照权利要求1所述的层复合体（30,46,48,50,70,76），其特征在于，所述超疏水的、纳米结构的保护层（40）由纳米结构的聚丙烯、纳米结构的聚乙烯、纳米结构的PE-PP共聚物或者其它的聚烯烃来制造。3.按照上述权利要求之一所述的层复合体（30,46,48,50,70,76），其特征在于，所述超疏水的、纳米结构的保护层（40）由纳米结构的硅或者由聚合物来制造。4.按照上述权利要求之一所述的层复合体（30,46,70），其特征在于，所述超疏水的、纳米结构的保护层（40）在所述层复合体（30,46,70）之内直接被涂覆到锂层（42）上或者直接被涂覆到第二电极（74）上。5.按照上述权利要求之一所述的层复合体（30,46,48,50），其特征在于，所述超疏水的、纳米结构的保护层（40）在所述层复合体（30,46,48,50）之内被至少一个第二聚合物层（36）和/或至少一个第二陶瓷层（38）覆盖。6.按照权利要求1至3之一所述的层复合体（48,5...
【专利技术属性】
技术研发人员：T韦尔勒，M滕策尔，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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