分离器和具有稳健地分开阴极和阳极的结构的原电池制造技术

本发明专利技术涉及分离器和具有稳健地分开阴极和阳极的结构的原电池。一种分离器（8）具有第一聚合物膜片（16）和第二聚合物膜片（20）以及处于所述第一聚合物膜片（16）与所述第二聚合物膜片（20）之间的层（17），所述层（17）具有多个拥有低弹性的微粒（18），其中所述第一聚合物膜片（16）和所述第二聚合物膜片（20）通过第一基座元件（24）优选周期间歇地彼此相连接。此外，说明一种原电池（2）以及一种具有这样的分离器（8）的电池。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种分离器、一种原电池和一种电池。
技术介绍
原电池要不断地得到改进和优化，用于一方面提供较高的能量密度并且另一方面保证其安全并且可靠地发挥功能。锂电池在此具有所熟知的缺点。除了热失控和火灾危险之外，对于锂电池来说还存在着形成树枝状晶体的问题，由此不仅降低了所述锂电池的效率，而且由此也存在着所述锂电池的组件、尤其是所述分离器受到损坏的风险。所述问题可能导致所述锂电池的预期使用寿命的缩短。US6,528,201B1说明了一种具有无纺织物的分离器，所述无纺织物在所述分离器的内部附着在细小的、由腈、氯丁二烯或者氯-磺化的聚乙烯橡胶来制成的橡胶微粒上。通过所述有弹性的橡胶微粒，在所述电极板与所述分离器之间建立紧密的接触并且向所述分离器提供抵抗力。
技术实现思路
本专利技术的任务是，提供一种分离器和一种原电池，所述原电池在结构上如此设计而成，从而尽可能防止各个组件的损坏，以便以较高的能量密度周期性稳定地存在着最佳的并且可靠的运行条件。根据第一方面，分离器包括第一聚合物膜片和第二聚合物膜片以及处于所述第一聚合物膜片与所述第二聚合物膜片之间的层，所述层具有多个拥有低弹性的微粒。所述第一聚合物膜片和所述第二聚合物膜片在此通过第一基座元件优选周期间歇地彼此相连接。所述低弹性在此通过比所述聚合物膜片的弹性模数大的弹性模数来定义，或者通过大于1kN/mm2或者优选大于5kN/mm2的弹性模数来定义。所述第一聚合物膜片和所述第二聚合物膜片可以由任意的、用于从现有技术中知道的分离器的聚合物来制成。这样的聚合物优选构造为多细孔的并且在电方面稳定的结构，比如使用尼龙、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯或者类似的氟聚合物、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或者天然地出现的物质、比如橡胶。所述第一和第二聚合物膜片的厚度、孔径大小和渗透性可以按本专利技术的实施方式而有变化。所述第一聚合物膜片和所述第二聚合物膜片通过第一基座元件优选周期间歇地彼此相连接。通过所述基座元件，所述分离器因此得到保护，以防止从外部起作用的力，尤其是防止变形。所述第一基座元件比如可以具有柱、桥或者钟乳石形状，或者也可以具有锥状的或者圆柱状的形状。所述第一基座元件的尺寸可以在宽度、长度和直径方面有变化。所述第一基座元件构造为绝缘的结构。优选所述基座元件构造为能够传导离子的结构。所述拥有低弹性的微粒由处于压力之下的聚合物膜片集合在一起，并且形成一个基床，其中所述微粒在力起作用时很难运动。因为所述微粒具有低弹性，所以它们赋予所述分离器以较大的机械的负荷能力。对于在阳极上形成树枝状晶体并且所述树枝状晶体碰到所述分离器这种情况来说，所述分离器没有折断，而是在理想情况下至多所述形成分离器的微粒中的各个微粒会松动，其中剩余的微粒继续稳定地结合在一起并且可以维持所述分离器的绝缘功能。所述树枝状晶体在此被朝后弯曲或者比如垂直于层序（Schichtfolge）来转向。所述拥有低弹性的微粒优选包括传导离子的微粒，并且尤其可以由氧化的、硫化的、硫化的-磷化的或者磷化的离子导体或者由所述离子导体构成的混合物来制成。所述拥有低弹性的微粒在制造过程中可以在所述分离器的范围内均匀地分布，这保证，所述分离器中的离子传导能力是均匀的。此外，所述层比如可以具有黏合剂或者传导离子的材料、尤其是锂-磷-硫-离子导体、优选是硫化的玻璃。黏合剂或者锂-磷-硫-离子导体的与所述拥有低弹性的微粒的组合引起生面团状的稠度，所述生面团状的稠度分散了作用力的或者振动的能量。此外，所述分离器在此具有较高的弯曲柔韧性，这又可以防止所述分离器的损坏。作为补充方案或者替代方案，至少可以部分地用电解质、传导离子的凝胶、尤其是聚环氧乙烷（Polyethylenoxidoxid）-传导离子的凝胶并且/或者用由传导离子的聚合物和形成晶格的（gerüstbildend）的聚合物构成的嵌段共聚物来填充所述拥有低弹性的微粒之间的间隙。用于传导离子的聚合物的实例是聚环氧烷烃（Polyalkylenoxide）、聚硅氧烷、聚磷腈（Polyphosphazene）以及具有由这些功能基构成的侧基（Seitengruppe）的聚合物或者其衍生物以及其它在现有技术中知道的传导离子的聚合物。可以使用每类普遍地从现有技术中知道的电解质或者传导离子的凝胶。所述间隙中的嵌段共聚物能够实现这一点：所述拥有低弹性的微粒中的各个微粒可以出于已经提到的原因而稍许运动。作为补充方案或者替代方案，所述分离器的层包括纤维网。所述纤维网作为用于拥有低弹性的微粒的网来起作用，方法是：它使这些微粒保持定位。在有力起作用时，它允许所述微粒进行轻微的运动。所述纤维网在电方面是稳定的，并且比如可以由传导的或者非传导的材料制成，比如由聚合物、玻璃或者天然产品制成。可以规定，将所述纤维网仅仅设置在这样的区域中，在所述这样的区域中可以预料较高的物理的负荷。所述纤维网可以按本专利技术的实施方式在厚度、节点的数目和均质性方面有变化。所述第一聚合物膜片和/或所述第二聚合物膜片可以由锂稳定的聚合物制成，或者由电压稳定的聚合物制成，所述电压稳定的聚合物优选相对于4.0V以上的电压是稳定的，特别优选相对于4.6V以上的电压是稳定的。用于合适的、从现有技术中知道的聚合物的实例是尼龙、聚四氟乙烯或者类似的氟聚合物、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或者天然地出现的物质、比如橡胶。此外，在所述第一聚合物膜片与所述第一基座元件之间并且/或者在所述第二聚合物膜片与所述第一基座元件之间优选存在着热化学的胶粘剂。所述胶粘剂使所述第一基座元件和所述第一及第二外部的膜片保持定位，并且改进所述分离器的总体刚度和形状。所述胶粘剂可以在批量制造的过程中在热化学的粘贴过程之前被涂覆到所述第一基座元件的接触面上并且/或者被涂覆到所述第一和第二外部的膜片层上，并且同时与所述分离器的、比如包含黏合剂的层一起进行时效硬化或者以后以化学的方式进行交联。根据本专利技术的另一个方面，原电池包括前面所描述的分离器之一、一个具有活性的第一材料和第一集电器的阴极和一个具有活性的第二材料及第二集电器的阳极，其中所述阴极与所述第一聚合物膜片邻接，并且其中所述阳极与所述第二聚合物膜片邻接。所述阳极可以是金属的阳极或者锂-插入的材料、比如石墨。所述阳极原则上可以由任意的、对于锂离子阳极的制造来说所熟知的材料构成。活性的第二材料或者阳极活性材料可以包括锂、镁、铁、镍、铝、锌或者其组合物或者每种可以发射电子并且产生离子流的材料。作为活性的第二材料，比如硅、锗、锂、含碳的材料、比如石墨或者无定形的碳或者金属合金是有利的。具有锂-合金份额的混合电极也是常见的。所述第二集电器由金属制成，比如由铜制成。优选所述第二集电器通过第二基座元件优选周期间歇地与所述分离器的第二聚合物膜片相连接。所述第二基座元件比如可以具有柱、桥或者钟乳石形状，或者也可以具有锥状的或者圆柱状的形状，并且由此提供一种合适的结构，使得所述第二集电器足够地与所述分离器隔开。所述第二基座元件的尺寸可以在宽度、长度和直径方面有变化。所述第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
分离器（8），具有第一聚合物膜片（16）和第二聚合物膜片（20）以及处于所述第一聚合物膜片（16）与所述第二聚合物膜片（20）之间的层（17），所述层（17）具有多个拥有低弹性的微粒（18），其中所述第一聚合物膜片（16）和所述第二聚合物膜片（20）通过第一基座元件（24）优选周期间歇地彼此相连接。

【技术特征摘要】
2014.10.20 DE 102014221261.81.分离器（8），具有第一聚合物膜片（16）和第二聚合物膜片（20）以及处于所述第一聚合物膜片（16）与所述第二聚合物膜片（20）之间的层（17），所述层（17）具有多个拥有低弹性的微粒（18），其中所述第一聚合物膜片（16）和所述第二聚合物膜片（20）通过第一基座元件（24）优选周期间歇地彼此相连接。
2.按权利要求1所述的分离器（8），其中所述拥有低弹性的微粒（18）由氧化的、硫化的、硫化-磷化的或者磷化的离子导体或者由这些离子导体构成的混合物制成。
3.按前述权利要求中任一项所述的分离器（8），其中所述拥有低弹性的微粒（18）之间的间隙（22）至少部分地用电解质、传导离子的凝胶、尤其是聚环氧乙烷-传导离子的凝胶并且/或者用由传导离子的聚合物和形成晶格的聚合物构成的嵌段共聚物来填充。
4.按前述权利要求中任一项所述的分离器（8），其中所述层（17）包括纤维网。
5.按前述权利要求中任一项所述的分离器（8），其中所述第一聚合物膜片（16）和/或所述第二聚合物膜片（20）由锂稳定的聚合物或者电压稳定的材料制成。

【专利技术属性】
技术研发人员：B舒曼，J法努斯，
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