SIC-隔膜和SIC-电池制造技术

本发明专利技术涉及用于锂电池(1)的隔膜和/或保护层(4)。为了实现电池(1)的快速充电并延长电池(1)的使用寿命，该隔膜和/或保护层(4)包含共聚物和/或聚合物混合物，其中所述共聚物包含至少一种用于形成锂离子迁移数> 0.7的聚合物的重复单元和至少一种起机械稳定作用的重复单元，和/或其中所述聚合物混合物包含至少一种锂离子迁移数> 0.7的聚合物和至少一种起机械稳定作用的聚合物。此外本发明专利技术涉及电池以及基于锂离子迁移数> 0.7的聚合物的共聚物、聚合物混合物和聚合物电解质。

SIC- diaphragm and SIC- battery

The invention relates to a diaphragm and / or protective layer (4) for lithium batteries (1). In order to realize fast charging of the battery (1) and prolong the service life of the battery (1), the diaphragm and / or protection layer (4) includes a copolymer and / or a polymer mixture, wherein the copolymer includes at least one repeat unit for the formation of a polymer of lithium ion mobility > 0.7 and at least one repetitive unit with mechanical stability. And / or the polymer mixture therein contains at least one polymer with a lithium ion transfer number > 0.7 and at least one polymer with mechanical stability. In addition, the invention relates to batteries, copolymers, polymer mixtures and polymer electrolytes based on lithium ion transport number > 0.7.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】SIC-隔膜和SIC-电池本专利技术涉及用于锂电池的隔膜和/或保护层和这种电池以及为此的共聚物、聚合物混合物和聚合物电解质。现有技术锂电池组电池包括阴极、阳极和隔膜。所述阴极和阳极在此特别地可通过用于导出和导入电流的集流体通过外部电路相互导电连接。在所述电池中，特别是在阴极和阳极之间通过至少一种电解质接通（geschlossen）电路。通常使用由其中溶解有导电盐的液体溶剂制成的液体电解质。代替液体电解质，某些电池组电池具有基于包含其中溶解的导电盐的聚合物的聚合物电解质。为了提高导电性，向该聚合物电解质混入液体溶剂，由此可以形成聚合物-凝胶-电解质。特别是在使用液体电解质或聚合物-凝胶-电解质和/或不够机械稳定的聚合物电解质时，由金属锂制成的阳极倾向于形成树突。印刷文献EP1098382涉及用于电化学装置的聚电解质-凝胶。印刷文献US2006/0177732涉及电池组电极和制造具有玻璃状增强保护层的碱金属电极的方法。专利技术公开内容本专利技术的主题是用于锂电池，例如用于锂离子电池或锂硫电池，特别是固体电池形式的那些电池的隔膜和/或保护层，其包含共聚物和/或聚合物混合物（共混物）。特别地，该共聚物在此包含至少一种用于形成锂离子迁移数>0.7的聚合物的重复单元和至少一种起机械稳定作用的重复单元，和/或该聚合物混合物在此包含至少一种锂离子迁移数>0.7的聚合物和至少一种起机械稳定作用的聚合物。在此，所述隔膜和/或保护层例如可以是（简单）隔膜或具有用于阳极或阴极的特别是针对树突生长的，例如用于锂金属-阳极的保护层功能的隔膜，或是用于阳极或阴极的，特别是针对树突生长的，例如用于锂金属-阳极的保护层。所述起机械稳定作用的重复单元可以特别地被理解为是指包含刚性基团，特别是芳族基团的重复单元。例如，所述起机械稳定作用的重复单元可以包含芳族基团。例如，所述起机械稳定作用的重复单元可以是基于苯乙烯和/或亚苯基的单元。该至少一种起机械稳定作用的重复单元可以特别地被设计用于形成起机械稳定作用的聚合物。所述起机械稳定作用的聚合物可以特别地被理解为是指包含刚性基团，特别是芳族基团的聚合物。例如，所述起机械稳定作用的聚合物可以是具有芳族基团的聚合物。例如，所述起机械稳定作用的聚合物可以是基于苯乙烯和/或亚苯基的聚合物，例如聚苯乙烯和/或聚亚苯基。通过所述至少一种用于形成锂离子迁移数>0.7的聚合物的重复单元或至少一种锂离子迁移数>0.7的聚合物可以有利地至少最小化或避免极端浓度梯度，其在经较长时间段使用高电流密度时在通常仅具有≤0.5的迁移数的传统液体电解质，例如导电盐双(三氟甲磺酰基)亚胺锂（LiTFSI）在碳酸亚乙酯（EC）、碳酸二甲酯（DMC）和/或碳酸二乙酯（DEC）的混合物中的溶液的情况下，和在通常仅具有约0.25的迁移数的传统聚合物电解质，例如聚环氧乙烷（PEO）和导电盐双(三氟甲磺酰基)亚胺锂（LiTFSI）的混合物的情况下出现并可能导致高的过压，其可能限制可达到的电流密度。通过所述极端浓度梯度的最小化或避免，可以一方面特别地避免区域缺乏导电盐，这可能导致严重减小电化学动力学，并因此可能导致动力学过压的提高以及不希望的电化学副反应的优先和任选甚至可能导致电池损坏。另一方面，可以因此特别地避免在极高盐浓度的区域中沉淀导电盐，这可能导致孔隙的堵塞和任选甚至可能导致局部电导率降低多个数量级。因此，可以有利地在充电和放电方向上甚至经长时间或大Δ-SOC-范围，特别是对于例如3C或更高的恒定高电流负载而言维持高的电流密度，并特别地还实现快速的电池充电。通过所述至少一种起机械稳定作用的重复单元或至少一种起机械稳定作用的聚合物，可以此外实现特别是隔膜和/或保护层的高的抗锂树突性，这可以有利地作用于配备其且例如具有锂金属-阳极的电池的使用寿命。除了提高机械稳定性外，特别是在共聚物中的起机械稳定作用的单元或聚合物，特别是基于苯乙烯的单元或聚合物可以任选有利地相比于纯单离子传导性聚合物-均聚物而言改进嵌段共聚物的溶解度。因此可以简化较薄薄膜在阴极和/或阳极上的制造和使用。总体上，因此可以通过使用所述共聚物和/或聚合物混合物或基于其的隔膜和/或基于其的保护层而以简单的方式提供锂电池，特别是基于固体电解质的锂电池，该锂电池可以快速地充电和放电以及具有高的使用寿命，特别是还可以用于电动车中。在一个实施方案中，所述至少一种起机械稳定作用的重复单元包含或是至少一种基于苯乙烯的重复单元，和/或所述至少一种起机械稳定作用的聚合物包含或是至少一种基于苯乙烯的聚合物。基于苯乙烯的重复单元可以例如是苯乙烯和/或苯乙烯-衍生物，例如可通过苯乙烯的单或多重取代和/或官能化而衍生的那些。基于苯乙烯的聚合物可以特别地被理解为是指可通过苯乙烯和/或苯乙烯-衍生物，例如可通过苯乙烯的单或多重取代而衍生的那些的聚合而获得的聚合物。例如，所述至少一种基于苯乙烯的重复单元和/或至少一种基于苯乙烯的聚合物可以通过苯乙烯和/或邻-甲基苯乙烯和/或对-甲基苯乙烯和/或间-叔丁氧基苯乙烯和/或2,4-二甲基苯乙烯和/或间-氯苯乙烯和/或对-氯苯乙烯和/或4-羧基苯乙烯和/或乙烯基苯甲醚和/或乙烯基苯甲酸和/或乙烯基苯胺和/或乙烯基萘的聚合而获得。所述至少一种用于形成锂离子迁移数>0.7的聚合物的重复单元和/或至少一种锂离子迁移数>0.7的聚合物可以特别地具有锂离子迁移数>0.8。例如，所述至少一种用于形成锂离子迁移数>0.7，特别是>0.8的聚合物的重复单元可以包含或是基于硼酸盐的单元和/或基于磺酸的单元和/或基于亚胺的，特别是基于磺酰基亚胺的单元和/或基于锂化丙烯酸和/或甲基丙烯酸的单元和/或基于全氟醚的单元。由这种单元形成的聚合物可以有利地具有迁移数>0.8。替代地或额外地，所述至少一种锂离子迁移数>0.7，特别是>0.8的聚合物可以包含或是基于硼酸盐的聚电解质和/或基于磺酸的聚电解质和/或基于亚胺的，特别是基于磺酰基亚胺的聚电解质和/或基于锂化丙烯酸和/或甲基丙烯酸的聚电解质和/或基于全氟聚醚的聚合物。这种聚合物可以有利地具有迁移数>0.8。特别地，所述至少一种用于形成锂离子迁移数>0.7的聚合物的重复单元和/或至少一种锂离子迁移数>0.7的聚合物可以具有锂离子迁移数>0.9。单离子传导性聚电解质可以有利地具有锂离子迁移数>0.9，其特别地甚至可以接近1。因此，在另一个实施方案的范围中，所述至少一种用于形成锂离子迁移数>0.7，特别是>0.9的聚合物的重复单元被设计用于形成单离子传导性聚电解质，和/或至少一种锂离子迁移数>0.7，特别是>0.9的聚合物包含或是单离子传导性聚电解质。单离子传导性聚电解质（SIC，英语:SingleIonConductor）可以特别地被理解为是指电解质，特别是聚合物或聚合物电解质，其中阴离子牢固地，特别是共价地与聚合物主链键合，和/或特别是直接地整合到聚合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于锂电池(1)的隔膜和/或保护层(4)，其包含共聚物和/或聚合物混合物，其中所述共聚物包含至少一种用于形成锂离子迁移数> 0.7的聚合物的重复单元和至少一种起机械稳定作用的重复单元，和/或其中所述聚合物混合物包含至少一种锂离子迁移数> 0.7的聚合物和至少一种起机械稳定作用的聚合物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.04 DE 102015224345.11.用于锂电池(1)的隔膜和/或保护层(4)，其包含共聚物和/或聚合物混合物，其中所述共聚物包含至少一种用于形成锂离子迁移数>0.7的聚合物的重复单元和至少一种起机械稳定作用的重复单元，和/或其中所述聚合物混合物包含至少一种锂离子迁移数>0.7的聚合物和至少一种起机械稳定作用的聚合物。2.根据权利要求1的隔膜和/或保护层(4)，其中所述至少一种起机械稳定作用的重复单元包含或是至少一种基于苯乙烯的重复单元，和/或其中所述至少一种起机械稳定作用的聚合物包含或是至少一种基于苯乙烯的聚合物。3.根据权利要求1或2的隔膜和/或保护层(4)，其中所述至少一种用于形成锂离子迁移数>0.7的聚合物的重复单元被设计用于形成单离子传导性聚电解质，和/或其中所述至少一种锂离子迁移数>0.7的聚合物是单离子传导性聚电解质。4.根据权利要求1或3的隔膜和/或保护层(4)，其中所述至少一种用于形成锂离子迁移数>0.7的聚合物的重复单元或至少一种用于形成单离子传导性聚电解质的重复单元包含或是基于硼酸盐的单元和/或基于磺酸的单元和/或基于亚胺的，特别是基于磺酰基亚胺的单元和/或基于锂化丙烯酸和/或甲基丙烯酸的单元，和/或其中所述至少一种锂离子迁移数>0.7的聚合物或至少一种单离子传导性聚电解质包含或是基于硼酸盐的聚电解质和/或基于磺酸的聚电解质和/或基于亚胺的，特别是基于磺酰基亚胺的聚电解质和/或基于锂化丙烯酸和/或甲基丙烯酸的聚电解质。5.根据权利要求1至4任一项的隔膜和/或保护层(4)，其中所述共聚物是嵌段共聚物，其中所述嵌段共聚物包含至少一种由至少一种用于形成锂离子迁移数>0.7的聚合物，特别是单离子传导性聚电解质的重复单元形成的嵌段和至少一种由至少一种起机械稳定作用的，特别是基于苯乙烯的重复单元形成的嵌段。6.根据权利要求1至5任一项的隔膜和/或保护层(4)，其中所述共聚物此外包含至少一种锂离子电导性重复单元，和/或其中所述聚合物混合物此外包含至少一种锂离子电导性聚合物。7.根据权利要求6的隔膜和/或保护层(4)，其中所述至少一种锂离子电导性重复单元是氧化烯-单元，特别是环氧乙烷-单元，和/或低聚乙二醇甲基丙烯酸酯-单元和/或低聚乙二醇丙烯酸酯-单元，特别是低聚乙二醇甲基丙烯酸酯-单元，和/或其中所述至少一种锂离子电导性聚合物是聚氧化烯，特别是聚环氧乙烷，和/或聚-(低聚乙二醇)甲基丙烯酸酯和/或聚-(低聚乙二醇)丙烯酸酯，特别是聚-(低聚乙二醇)甲基丙烯酸酯。8.根据权利要求5至7任一项的隔膜和/或保护层(4)，其中所述嵌段共聚物是二嵌段共聚物或三嵌段共聚物或多嵌段共聚物。9.根据权利要求1至8任一项的隔膜和/或保护层(4)，其中所述隔膜和/或保护层(4)此外包含至少一种无机单离子导体，特别是其中所述至少一种无机单离子导体是锂-硫银锗矿和/或硫化物型玻璃。10.锂电池(1)，其包括根据权利要求1至9任一项的隔膜和/或保护层(4)。11.锂电池(1)，其包括阴极(2)和阳极(3)，其中在阴极(2)和阳极(3)之间布置隔膜和/或保护层(4)，其中隔膜和/或保护层(4)包含至少一种锂离子迁移数>0.7的聚合物和/或至少一种锂离子迁移数>0.7的无机离子导体，特别是陶瓷和/或玻璃状的无机离子导体，特别是单离子导体，并且其中阴极(2)包含至少一种锂离子迁移数>0.7的聚合物和/或至少一种无机离子导体，特别是陶瓷和/或玻璃状的无机离子导体，特别是单离子导体，和/或其中阳极(3)包含至少一种锂离子迁移数>0.7的聚合物和/或至少一种无机离子导体，特别是陶瓷和/或玻璃状的无机离子导体，特别是单离子导体。12.根据权利要求11的锂电池(1)，其中隔膜和/或保护层(4)的至少一种无机单离子导体是锂-硫银锗矿和/或硫化物型玻璃，和/或其中阴极(2)的至少一种无机单离子导体是锂-硫银锗矿和/或硫化物型玻璃，和/或其中阳极(3)的至少一种无机单离子导体是锂-硫银锗矿和/或硫化物型玻璃。13.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：U绍特，F鲍曼，J蒂伦，
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