本发明专利技术涉及用于电流元件(10)、特别是用于锂离子电芯的分隔件(1)，电流元件包括至少一个由分隔件(1)隔开的正电极(12)和至少一个负电极(14)。分隔件(1)包括由至少一种熔点在200℃以上的、耐高温的、形成纤维的聚合物(2)制成的基质和至少一种其它的聚合物(4)，该至少一种其它的聚合物(4)具有比基质的耐高温聚合物(2)更低的熔点并将耐高温聚合物(2)的纤维连结起来。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及用于电流元件(10)、特别是用于锂离子电芯的分隔件(1)，电流元件包括至少一个由分隔件(1)隔开的正电极(12)和至少一个负电极(14)。分隔件(1)包括由至少一种熔点在200℃以上的、耐高温的、形成纤维的聚合物(2)制成的基质和至少一种其它的聚合物(4)，该至少一种其它的聚合物(4)具有比基质的耐高温聚合物(2)更低的熔点并将耐高温聚合物(2)的纤维连结起来。【专利说明】安全性改进的电流元件
本专利技术涉及一种电流元件。
技术介绍
在电池技术中，锂离子技术被用于广泛的应用领域。锂离子电芯，其也被称为锂离子聚合物电芯或锂聚合物电芯或称为相应的-模块、-组或-电池、蓄电池或系统，锂离子电芯是包括至少一个具有插层结构的正电极和至少一个具有插层结构的负电极的电流元件，在所述插层结构中锂离子可以被可逆地插入或脱插，即嵌入或脱嵌。对于插入或脱插过程，锂离子导电盐的存在是必须的。消费领域(移动电话、MP3播放器等)以及汽车领域(混合动力电动车辆(HEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)、电动车辆(EV)、微混合(Micro-Hybid))的锂离子电芯几乎只使用六氟磷酸锂(LiPF6)作为锂离子导电盐。分隔件将正电极和负电极相互分隔开，在所有的运行状态下尤其是这样。锂离子电芯的特点在于很高的特有能量密度或能量密度、极其低的自放电以及几乎没有的记忆效应。然而，锂离子电芯总是含有可燃的电解质，常常含有其它可燃的电芯材料，比如炭黑或铝箔。在锂离子电芯过充或损坏时，会造成电芯的暴露和电芯成分或分解产物的放出，造成火灾或爆炸。因此锂离子电芯应配备内部安全机制(固有安全性，英文:intrinsic safety)或自保护材料,该内部安全机制或自保护材料在必要时可中断电路或锂离子在电池中的运输。关于固有安全性，分隔件具有特别的意义。在锂离子技术的范围内，多孔聚烯烃分隔件是公知的，它们是基于聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)或相应的复合物的。从一定的温度起，特别是在聚乙烯(PE)的条件下，其将发生快速熔化，从而被加入到分隔件的孔隙中，并使电路不可逆地中断。直线型聚烯烃基的分隔件在热应力作用下具有周缘收缩(英语=Shrinking)的负面性质，此时在电芯中这可能会造成大范围的内部短路。具有高熔化温度或软化温度的组分首先保证了一定的热稳定性和机械稳定性，然而此时只能有限地维持所述稳定性。DE102009035759A1公开了一种电流元件分隔件，该分隔件至少部分地含有聚合物，该聚合物的熔化温度或软化温度高于200°C，且特征在于收缩值较低。这样的耐高温的热塑性塑料，例如聚醚酮(PEK)、聚醚醚酮(PEEK)，显示出提高了的热稳定性，然而其中，并不能有效地或任何时候都会确保呈关断机制形式的可靠的集成热敏保护机制。此外DE102009028145A1公开了一种陶瓷膜，该陶瓷膜是一种配备有许多开口的柔性基质，在所述基质上或在所述基质中有多孔的无机涂层。所述基质是基于织造的或非织造的不导电的聚芳酰胺纤维，并且可选地包括另外的聚合物，该另外的聚合物与聚芳酰胺纤维相比具有较低的熔点或者使聚芳酰胺纤维通过聚合物粘合剂相互连结。在这里关断机制还是没有保障。此外标称容量相同的情况下，局部高比例的陶瓷颗粒导致电芯有更高的重量。
技术实现思路
根据本专利技术提供一种用于电流元件、特别是用于锂离子电芯的分隔件，该电流元件包括至少一个锂离子插入的电极和至少一个锂脱插的电极，以及还提供一种用于制造分隔件的方法和一种电流元件，其中所述分隔件使电极分隔开。所提供的分隔件，也称为复合分隔件，是一种薄膜，包括一种由熔点高于200°C、耐高温的、形成纤维的聚合物制成的基质和至少另一种熔点比所述耐高温聚合物的熔点低的聚合物，尤其是聚烯烃。特别是所述至少一种聚烯烃基的组分与耐高温聚合物的纤维连结形成一种复合物。在机械强度和对与薄膜接触的物质的长期稳定性良好的情况下，薄膜一般是对一些物质具有高渗透性的、薄的多孔系统。此外还有以下要求:耐氧化性；低的重量公差和厚度公差；低的离子通过阻力；高的电子通过阻力；对从电极上脱落的固体粒子的保持能力；对电解质的自发的和耐久的润湿性；以及与机械稳定性、热稳定性和电化学稳定性相关联的对于电解质溶液的高的存储能力。总之，薄膜应该具有足够的孔隙率，以便被电流元件中所用的电解质填充。另外是一些由使用的材料及其几何形状/形态决定的性质。这些性质涉及用于小的离子通过阻力的小厚度、在孔隙分布均匀的同时高的孔隙率和机械强度。孔隙大小应当这样选择成且优选可调节成，一方面孔隙足够小以致电池中没有枝状晶体生长，另一方面孔隙足够大以致孔隙被充分地由电解质填充。此外，迷宫状孔隙是优选的，因为与敞开的孔隙相反地避免锂枝状晶体的离析。但是在施加电压时材料的膨胀、机械稳定性和制造合适薄膜的费用也是要考虑的因素。熔点在200°C以上的聚合物应当被称作耐高温的聚合物。物质熔化即由固态转变为液态的温度被称作熔点。在聚合物的情况下，该温度并非总是可以很好地测定的，因为聚合物可能先出现分解现象。因此软化温度可代之称为特征值，也称为玻璃转化温度，即聚合物的变形能力具有最大改变的温度。另外，给出温度范围可以是有意义的，其中熔化温度和/或软化温度表明该温度范围的下限。所提出的作为本专利技术的分隔件的薄膜是基于由耐高温的、形成纤维的聚合物制成的基质，所述聚合物选自包括下列物质的组:聚酯，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN);聚酰亚胺(PI);聚四氟乙烯(PTFE);聚偏氟乙烯(PVdF);聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVdF-HFP);聚氨酯(PU);聚酰胺(PA);聚砜；聚醚砜；芳族聚酰胺；或上述聚合物的共聚物。构成本专利技术分隔件的基础的、耐高温的、形成纤维的聚合物以非织造的不导电纤维的形式存在。为此耐高温的聚合物纤维的直径可以在0.9-10微米的范围内，优选在2-5微米的范围内，该范围对于薄膜的重量又是具有意义的。因此薄膜可以具有4-50微米的厚度，优先15-30微米的厚度，特别优选10-20微米的厚度。基质的纤维，例如在制造过程中，将借助于现有技术中公知的方法进行相互连接，其中还会涉及粘结纤维、热熔胶、化学粘合剂或纤维熔化等等。基质，可以是人造毛、针织物或纺织物，优选具有10-50微米的厚度，更优选具有15-30微米的厚度。在使用本专利技术的薄膜作为电流元件的分隔件时，基质的厚度对于柔性以及对于电解质浸润的分隔件的表面电阻是重要的。较薄的分隔件原则上允许在电池组中有提高的充填密度，因此在相等的体积中能够储存更大量的能量或额定容量。所述基质优选是杂乱式纤维织物(Faserwirrgelege),也称为无纺布。这样的基质在加热时显示出很低的收缩率和很好的热稳定性和机械稳定性。与此相反，更确切地说在纤维织物的条件下，通过编织的方式，可以调节到一定的机械强度和相应的弹性，然而其中这样的薄膜是定向布置的。根据本专利技术的分隔件除了包括由耐高温的、形成纤维的聚合物制成的、也称为基底基质的基质外，还包括另一种组分，该另一种组分是聚烯烃基的聚合物。合适的聚烯烃选自包括聚乙烯、聚丙烯和聚乙烯聚丙烯共聚物的组。在锂离子技术中可以使用这样的聚烯烃基的聚合物，本文档来自技高网...
【技术保护点】
用于电流元件(10)、特别是用于锂离子电芯的分隔件(1)，所述电流元件包括至少一个被分隔件(1)隔开的正电极(12)(阳极)和一个负电极(14)(阴极)，所述分隔件包括由至少一种熔点在200℃以上的、耐高温的、形成纤维的聚合物(2)制成的基质和至少一种其它的聚合物(4)，所述其它的聚合物(4)具有比基质的耐高温聚合物(2)更低的熔点并将耐高温聚合物(2)的纤维连结起来。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：T·韦尔勒，M·科尔贝格尔，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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