用于制造锂离子电池组的方法和锂离子电池组技术

本发明专利技术涉及用于制造锂离子电池组的方法和锂离子电池组。本发明专利技术涉及锂离子电池组，其包括至少一个电池组电池（2），其中电池组电池（2）各包括负电极（21）、正电极（22）、电解质组合物（15）和隔膜（18），其特征在于，所述锂离子电池组还包括至少一个快速放电装置（61），并且负电极和/或正电极（21、22）的表面用电阻大于0 Ωcm

【技术实现步骤摘要】
用于制造锂离子电池组的方法和锂离子电池组
对于现代的电气设备，移动性变得越来越重要。不仅对于小型电子设备如移动电话、导航系统等期望移动性且功率强大的能量供应。机动车也更多地期望不依赖于化石燃料的供应。由于这些设备的大重量，需要提供对于这些应用而言功率强大的电池组，并且也需要降低其重量。
技术介绍
近年来，锂离子电池组在该领域中被证实是特别有希望的，因为它的特点在于特别高的能量密度。此外，锂离子电池组是有利的，因为它几乎不具有记忆效应并且电池的自放电也相对低。然而，这些电池组的应用总是与预期相悖，因为在错误应用的情况下，例如过度的充电或放电，或者在机械损坏的情况下会出现不受控的热生成（所谓的热失控）直至燃烧或爆炸。这构成高度的安全隐患，从而使这些电池组尽管其优点而在安全性重要的领域中，如航空领域仅有限地使用。在现有技术中描述了各种系统，这些系统据信使源于锂离子电池组的风险减至最小。值得一提的特别是在不寻常的温度升高时可以可逆地中断电流的保护开关和追踪电池组内压并且在危急情况下可以中断放电的安全阀。此外，还有根据温度可以将正电极和负电极不可逆地彼此分离的隔膜。这些措施是本领域技术人员已知的。然而，也可能由于机械应力而在锂离子电池组中出现损坏，从而在电极之间出现局域短路。这导致电池的剧烈局部加热，这可能导致燃烧和爆炸。因此，本专利技术的目的在于，提供一种锂离子电池组，其中在电池的机械损坏或各个电极之间的局域短路的情况下可以有效地降低电池的威胁安全的加热风险。此外，本专利技术的目的还在于，提供一种可以用于制造这样的锂离子电池组的方法。这些目的通过本专利技术的主题而实现。
技术实现思路
本专利技术涉及锂离子电池组，其包括至少一个电池组电池，其中所述电池组电池各包括负电极、正电极、电解质组合物和隔膜，其特征在于，所述锂离子电池组还包括至少一个快速放电装置，并且负电极和/或正电极的表面用电阻大于0Ωcm2且锂离子电导率大于0S/cm的材料涂覆，该材料在所述锂离子电池组的运行条件下在电解质组合物中的溶解度小于1g/L。本专利技术的快速放电装置（也称为Fast-Discharge-Device）是这样的一种装置，其可以通过非常低的电阻而使锂离子电池组的电极短路。该快速放电装置在此优选连接电池组电池或锂离子电池组的正极端子和负极端子。该快速放电装置包括具有0.1至200μΩ，优选50至150μΩ的非常低的电阻的电气部件。在电池组电池或锂离子电池组的危急状态的情况（下文也称为损坏情况）下，例如在一个或多个电池和/或隔膜损坏之后出现电极接触时，则触发所述快速放电装置。在此，尽可能快速的激活是重要的，因为只有这样才能阻止由于在损坏位置处的不受控放电而引起的电池快速加热。本专利技术的快速放电装置的典型激活时间为0.01至500ms，优选0.1至250ms，例如70至130ms。快速放电装置的激活导致电极的剧烈极化和因此将全电池的电压剧烈地降低至大约0V。相比于明显更高的损坏位置电阻（所谓的“DamageZoneResistance”），通过所述快速放电的非常低的短路电阻而使得仅还有非常少的电流流经损坏位置。与非常低的全电池电压一起，仅还产生非常少的局预加热。所述快速放电本身同时导致损坏的电池或损坏的电池组的整体加热。整体温度由此升高至100至200℃的温度，优选130至170℃的温度，特别是140至160℃的温度。这导致隔膜封闭（所谓的“Separator-Shut-Down”），这是通过其孔隙由于温度升高而熔化并且其因此丧失其离子电导性而实现的。隔膜的封闭优选在出现损坏情况之后的1至60秒之内，特别是在5至30秒之内出现。因此，这快速地关闭锂离子电池组。在通过隔膜关闭锂离子电池组之后，电池组处于几乎安全的状态，因为不会出现进一步的电化学反应和因此不会进一步流过电流。然而，在一些情况下会不完全或不及时地发生放电，或者甚至小的损坏位置电流会导致剧烈的局域加热。特别在电极材料中具有高镍含量的锂离子电池组中是这种情况。甚至在低的短路电流的情况下，由此引发的局域加热也可能导致燃烧或爆炸。尽管所述快速放电装置提高锂离子电池组的安全性，但是不可能因此使得各种类型的电池通过放电而转换成完全安全的电池。出于该原因，本专利技术的锂离子电池组还包括至少一个电极，该电极的表面用电阻大于0Ωcm2且锂离子电导率大于0S/cm的材料涂覆，该材料在锂离子电池组的运行条件下在电解质组合物中的溶解度小于1g/L。在一个实施方案中，本专利技术涉及锂离子电池组，其中涂覆材料包含至少一种可聚合的材料，该材料在锂离子电池组的正电极和/或负电极上施加电压时在正电极和/或负电极的表面上形成低聚和/或聚合的结构，并且由此形成涂覆层，该涂覆层在锂离子电池组的运行条件下在电解质组合物中的溶解度小于1g/L。在另一个实施方案中，本专利技术涉及锂离子电池组，其中所述至少一种可聚合的材料选自在下面的说明书中定义的化合物（1）至（16），其中它们可以单独地或彼此组合地使用。在一个实施方案中，本专利技术涉及锂离子电池组，其中正电极包含至少一种正极活性材料，该材料包含含有至少一种选自钴、镁和镍的金属以及锂的组合氧化物。在一个实施方案中，本专利技术涉及锂离子电池组，其中正极活性材料包含式LiNi1-xM'xO2的化合物，其中x≤0.5，且其中M'选自Co、Mn、Cr和Al。本专利技术的主题还是用于制造包括至少一个快速放电装置和至少一个电池组电池的锂离子电池组的方法，其中所述方法包括下列的步骤：(a)将正电极和/或负电极的表面用涂覆材料进行涂覆，该涂覆材料包含至少一种在锂离子电池组的运行条件下在电解质组合物中的溶解度小于1g/L的材料；(b)将在步骤（a）中获得的任选涂覆的负电极和正电极与至少另外的组成部分隔膜和电解质组合物组装，该电解质组合物包含至少一种非质子溶剂和至少一种锂盐，从而获得电池组电池；(c)将在步骤（b）中获得的电池组电池与至少一个快速放电装置以及任选其它的电池组电池组装，从而获得锂离子电池组。(d)将如此获得的电池组进行至少一次充电和放电，从而使该锂离子电池组化成。在一个实施方案中，本专利技术涉及用于制造锂离子电池组的这样的方法，其中电解质组合物还包含至少一种选自在说明书中定义的化合物（1）至（16）的电解质添加剂。此外，本专利技术的主题还包括用于制造包括至少一个快速放电装置和至少一个电池组电池的锂离子电池组的方法，其中所述方法包括下列的步骤：(a)将组成部分负电极、正电极、隔膜和电解质组合物组装，从而获得电池组电池，其中电解质组合物包含至少一种选自在说明书中定义的化合物（1）至（16）的电解质添加剂；(b)将在步骤（a）中获得的电池组电池与至少一个快速放电装置以及任选其它的电池组电池组装，从而获得锂离子电池组；(c)将如此获得的电池组进行至少一次充电和放电，从而使该锂离子电池组化成，并且由此在正电极和/或负电极的表面上形成涂覆层，其中该层包含在步骤（a）中添加的化合物（1）至（16）的电化学反应产物。本专利技术也涉及根据上述方法之一制造的包括至少一个快速放电装置和至少一个电池组电池的锂离子电池组。本专利技术的主题也是包含至少一种非质子溶剂、至少一种锂盐和至少一种选自在说明书中定义的化合物（1）至（16）的电解质添加剂的电解质组本文档来自技高网...

【技术保护点】
锂离子电池组，其包括至少一个电池组电池（2），其中电池组电池（2）各包括负电极（21）、正电极（22）、电解质组合物（15）和隔膜（18），其特征在于，所述锂离子电池组还包括至少一个快速放电装置（61），并且负电极和/或正电极（21、22）的表面用电阻大于0 Ωcm

【技术特征摘要】
2015.11.05 EP 15193298.51.锂离子电池组，其包括至少一个电池组电池（2），其中电池组电池（2）各包括负电极（21）、正电极（22）、电解质组合物（15）和隔膜（18），其特征在于，所述锂离子电池组还包括至少一个快速放电装置（61），并且负电极和/或正电极（21、22）的表面用电阻大于0Ωcm2且锂离子电导率大于0S/cm的材料涂覆，该材料在所述锂离子电池组的运行条件下在电解质组合物（15）中的溶解度小于1g/L。2.根据权利要求1的锂离子电池组，其中所述涂覆材料包含至少一种可聚合的材料，该材料在锂离子电池组的正电极和/或负电极（22、21）上施加电压时在正电极和/或负电极（22、21）的表面上形成低聚和/或聚合的结构，并且由此形成涂覆层，该涂覆层在所述锂离子电池组的运行条件下在电解质组合物（15）中的溶解度小于1g/L。3.根据权利要求2的锂离子电池组，其中所述至少一种可聚合的材料选自下列的化合物（1）至（16）：(1)通式（Ia）或（Ib）的非环状和环状的碳酸酯：其中R1和R2可以相同或不同，并且表示饱和或不饱和的直链或支化的具有1至12个碳原子的烃链，R3表示饱和或不饱和的具有最多4个碳原子的烃基，并且R1、R2和R3任选地可以被卤素原子、饱和或不饱和的直链或支化的具有1至6个碳原子且可以被卤素原子取代的烃基或者环状的饱和或不饱和的具有3至7个碳原子且可以被卤素原子取代的烃基取代，其中相邻的烃基可以彼此连接从而形成环；(2)具有9至30个碳原子的多环的芳族烃，其中各个芳族环可以通过选自O、S和N的杂原子连接；(3)式（II）的杂环的芳族化合物：其中E表示选自O、S的元素和NR8，R4至R7分别表示氢原子、卤素原子、氰基、饱和或不饱和的具有1至6个碳原子且可以被卤素原子取代的烃基或者饱和或不饱和的具有1至6个碳原子且可以被卤素原子取代的烷氧基，其中相邻的基团R4和R5、R5和R6、R6和R7可以彼此连接从而形成环，并且R8表示氢原子或者饱和或不饱和的直链或支化的具有1至6个碳原子且可以被卤素原子取代的烃基；(4)式（III）的吡啶和吡啶衍生物：其中R9至R13可以彼此独立地选自氢原子、卤素原子、饱和或不饱和的直链或支化的具有1至6个碳原子的烃基和环状的饱和或不饱和的具有3至12个碳原子的烃基，其中相邻的烃基可以彼此连接从而形成环；(5)通式（IVa）和（IVb）的非环状和环状的亚硫酸酯：其中R14和R15可以相同或不同，并且表示饱和或不饱和的直链或支化的具有1至6个碳原子的烃链，且R16表示饱和或不饱和的具有最多4个碳原子的烃基，其中R14、R15和R16任选地可以被卤素原子、饱和或不饱和的直链或支化的具有1至6个碳原子且可以被卤素原子取代的烃基或者环状的饱和或不饱和的具有3至7个碳原子且可以被卤素原子取代的烃基取代，其中相邻的烃基可以彼此连接从而形成环；(6)通式（V）的磺酸酯：其中R17和R18彼此独立地是直链或支化的饱和或不饱和的具有1至6个碳原子的烃链，其可以任选地被卤素原子或具有1至5个碳原子的卤代烷烃取代；(7)通式（VI）的硫酸酯：其中R19和R20彼此独立地是直链或支化的饱和或不饱和的具有1至6个碳原子的烃链，其可以任选地被卤素原子取代；(8)式（VII）的环状羧酸衍生物：其中E1表示O或NR24，R21表示具有1至5个碳原子的烃基或式-R22-C(O)-E2-R23-的基团，其中R22和R23分别彼此独立地表示具有1至2个碳原子的烃基，E2表示O或NR24，并且R24分别彼此独立地表示氢原子、直链或支化的饱和或不饱和的具有1至6个碳原子的烃基，该烃基任选地可以被卤素原子、具有1至6个碳原子的烃基或式-C(O)R25的基团取代，其中R25表示直链或支化的饱和或不饱和的具有1至6个碳原子的烃基；(9)通式（VIII）的非环状的不饱和的羧酸衍生物：其中R26表示氢、卤素原子或饱和或不饱和的芳族或脂族的直链或支化的具有1至12个碳原子且可以被卤素原子取代的烃基，且R27表示饱和或不饱和的直链或支化的具有1至12个碳原子的烃基，且E3表示O或NR28并且R2...

【专利技术属性】
技术研发人员：增田英树，川副雄大，腾又勇太郎，M维尔卡，
申请(专利权)人：锂能源和电力有限责任两合公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE