具有分离器的电化学能量存储器制造技术

提出一种具有分离器(40、40a、40b)的电化学能量存储器，其中电化学能量存储器具有带正电的电极(20)和带负电的电极(30)，以及电解质和多孔构成的分离器(40、40a、40b)，所述分离器将带正电的电极(20)和带负电的电极(30)彼此分离并且多孔地构成。分离器(40、40a、40b)具有尤其借助于离子辐射来制造的至少一个微孔膜。此外，分离器(40、40a、40b)具有分别彼此成不同角度的离子通道(43)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种电化学能量存储器，具有带正电的电极、带负电的电极以及多孔的分离器。多孔地构成的分离器用作将带正电的电极和带负电的电极彼此分离。
技术介绍
从现有技术中已知不同类型的电化学能量存储器，其用于为电驱动的设备供给能量。这种能量存储器通常称作为电池或者蓄电池(或者Akkus (蓄电池))。在电池或者蓄电池的放电时，化学能量通过电化学氧化还原反应转换成电能。后者能够由与电化学能量存储器连接的电负载以多种方式来使用。电化学能量通常能够划分成不可充电的原电池的第一组和可再充电的二次电池的第二组。在此，二次电池能够在放电之后再次至于充电状态中，所述充电状态很大程度上符合在放电前的初始充电状态，使得可以多次从化学能转换为电能并且逆转换。原电池和二次电池的重要质量标准为高的能量密度、良好的热稳定性和在放电期其的恒定的电压。此外，优选的电池能够不具有所谓的“记忆效应”，其表示，该电池在多次充/放电过程的情况下也不经受电容损失。此外，使用在电池中的原材料还应该在大自然中充足地存在，由此长期情况下也低成本地制造这些电池类型。电池的作用方式基于对于本领域技术人员已知的电化学氧化还原反应，其中电池放电时在带正电的电极(阴极)上进行还原过程并且在带负电的电极(阳极)上进行氧化过程。因此，存在电解质之内进行的离子运输，其中该过程在可再充电的二次电池中能够反转，以便再次对电池进行充电。将阳极和阴极在空间上和电学上分离，在电池中使用分离器。该分离器以电解质来润湿并且尤其具有下述任务，避免在电池之内的电短路，但是其中该分离器必须同时对于离子是可穿透的，以便能够确保电化学反应。因此，分离器为同时显著影响电池特性的重要元件。同时，电池的内电阻、电荷容量、充/放电电流以及其他的电特性决定性地通过分离器来确定。分离器应该是机械稳定的并且具有良好的离子穿透性。除了高的能量密度之外，高的功率密度尤其也属于对于电池的要求，以便在短时间之内能够提供大的电量。但是，功率密度尤其通过分离器的透过性受影响。此外，分离器应该构成为使得其每时间单位可通过尽可能大量的离子。因此，尤其分离器的厚度应该尽可能小。此外，分离器应该相对于在电池中出现的化学物质和溶液是可良好润湿的、长期稳定的，并且对于如会在电池中出现的温度波动是不敏感的。在现有技术中，主要使用基于聚烯烃的分离器。然而，其具有下述缺点该分离器对于提高的温度并且尤其对于高于150°C的温度敏感。因此，聚烯烃的熔化温度是相对低的，并且如此构成的分离器具有相对于加热而低的形状稳定性。由此，能够在电池之内引起短路，所述短路又导致温度提高。由此，电池持久地损坏。然而，正好在强功率构成的电池的区域中或者在出现外部的短路时，能够出现极强的内部加热，所述加热应该由分离器所承受，以便电池没有不可逆的损坏。在EP 0851523中公开一种分离器，其由基于聚对苯二甲酸乙二酯(PET)-无纺织物的膜组成。该膜的热稳定性相比较于基于聚烯烃的分离器显著地提高。同样在US2003/0190499和US 2006/0019164中描述单纯地基于PET的其他的这种分离器。然而，在这种分离器中的缺点为引起具有5 μ m至15 μ m平均直径的相对大的孔。此外，孔直径的方差大，由此尤其在更大的孔的区域中能够构成短路电流。此外，分离器由于其无纺织物式的结构而不具有明确限定的离子通道，而是具有海绵状的特性。由此显著地延长离子从深层过滤器的分离器膜的一侧到另一侧的路径，并且孔大小既在穿过分离器的方向中变化还在分离器的面上相应大地变化。这种分离器的另一已知的问题为所谓的枝状晶体生长。在此，从电极起构成一种扩大的“钟乳石”，所述扩大的“钟乳石”尤其穿透分离器并且因此能够形成内部短路。具有海绵状结构的分离器，因此易受该枝状晶体生长影响，因为一方面已经存在一部分引起大的局部电流密度的过大的孔，并且另一方面薄地构成的海绵结构会轻易断 m农。其他的基于PET的分离器在JP 2005/293891和CN 2009/69179中说明。为了改进锂离子电池的特性和缩小分离器的孔大小，在EP 2077594和US 2003/0190499中说明分离器，其中相应的基于PET的无纺织物借助如例如聚偏氟乙稀 (PVdF)的有机聚合物来覆层。然而，在该分离器中，尤其深度过滤器结构是不利的并且在陶瓷的情况下还引起脆性和难于制造。
技术实现思路
本专利技术的目的是，提供一种电化学能量存储器，其具有消除上述缺点的分离器。该目的通过具有权利要求1的特征的电化学能量存储器来实现。其他的实施形式在从属权利要求中说明。因此，本专利技术提出一种具有分离器的电化学能量存储器，其具有下述特征带正电的电极；带负电的电极；和电解质。分离器将带正电的电极和带负电的电极彼此分离并且多孔地构成。分离器具有其中构成离子通道的至少一个微孔膜，所述离子通道尤其借助于离子辐射来制造。在此，离子通道相应地彼此成不同的角度。电化学能量存储器能够为原电池或者二次电池。在此，其能够为在这两组之内任意电池类型，其中尤其带正电的电极和带负电的电极以及电解质于是由相应的材料构成。 在原电池的组中，能够例如考虑锂电池。在二次电池的情况中，电化学能量存储器例如涉及如铅酸电池、铅胶体电池、硫酸钠电池、镍锂电池、锂-铁磷酸盐电池、锂-钛酸盐或者锂空气电池的电池类型。然而，尤其优选的是，电化学能量存储器为锂离子电池，其中带正电的电极包括含锂的金属氧化物并且带负电的电极适用于接收和输出锂离子。因此，借助于离子辐射制造多微孔膜是有利的，因为由此构成明确限定的离子通道是可能的。因此，离子辐射引起离子通道的构成。因此，微孔膜于是可以除了离子辐射之外通过在制成的膜中能够在显微镜下识别的其他方法步骤来制造，如尤其通过接下来的化学刻蚀来制造那样。通过这种刻蚀，能够去除在离子辐射中裂开的分子链，以便完全地构成孔。替选的和其他的继续处理步骤是可能的。因此，该离子辐射与如所描述的刻蚀的其他可能的方法步骤相结合引起可显微镜识别的离子通道的构成。相反于具有深度过滤器的海绵状结构的现有技术中的分离器，这种根据本专利技术的分离器允许离子以直接的、无阻碍的路径穿透。因此，这种分离器能够同样具有相对小的孔隙率和然而极其好的离子穿透性。这种分离器于是可以同时具有较小的孔隙率以及仍然非常良好的离子穿透性。因此，该分离器还是机械相对稳定的。分离器的良好的离子穿透性显著改进电池的电特性，并且分离器的机械稳定性尤其简化了电池的制造。分离器尤其能够具有单个的微孔膜，此外，其能够仅由该膜形成。优选的是，微孔膜至少部分地由聚对苯二甲酸乙二酯(PET)来制造并且尤其仅仅由聚对苯二甲酸乙二酯(PET)来制造。由此，分离器具有在极其大的温度范围之上的稳定性。该PET分离器的熔点为220°C，并且分离器能够在-40°C至180°C的范围中无其结构变化地工作。这允许例如电池也在大的功率中工作。此外，PET能够良好地以电解质润湿并且具有相对于加工的良好特性。优选的是，微孔膜的孔相应地构成为基本圆柱形的离子通道。“基本”表示，离子通道的直径沿着其纵向伸展能够稍微变化。在此，离子通道的圆柱形的外形能够为软管状或者尤其是管形的。在此，不同的离子通道还能够交叉。然而，在大多数孔中能够识别清晰限定的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：安妮特·厄塞涅韦格，彼得·特斯塔彭，
申请(专利权)人：奥克西芬有限公司，
类型：发明
国别省市：