本发明专利技术涉及尤其用于锂高能电池的电隔膜，和涉及一种用于制造它们的方法。用于锂高能电池的隔膜必须具有非常低的重量和非常低的厚度。已经惊人地发现，重量低于５０ｇ／ｍ↑［２］和厚度低于３５μｍ的这些隔膜可通过将陶瓷涂层以低于３０μｍ的厚度施用到聚合物幅材上而制成，如果元素Ａｌ、Ｓｉ和／或Ｚｒ的热解氧化物用作颗粒孔形成组分，这些隔膜非常可用于锂高能电池。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
用于高能电池的隔膜和其生产电隔膜是一种用于其中电极必须相互隔离同时例如保持离子导电性的电池和其它装置中的隔膜。隔膜是一种具有高离子渗透性，良好的机械强度和对体系，例如电池电解质中所用的化学品和溶剂的长期稳定性的薄的多孔电绝缘材料。在电池中，隔膜应该使阴极与阳极完全电绝缘。另外，隔膜必须是永久弹性的和在充电和放电过程中在体系中，例如在电极包中随动。隔膜是其中使用它的装置，例如电池组电池的使用寿命的决定性因素。可再充电电池的开发因此受到合适隔膜材料的开发的影响。关于电隔膜和电池的一般信息可例如在J.O.Besenhard的“Handbook of Battery Materials”(VCH-Verlag，Weinheim 1999)中找到。目前使用的隔膜主要由多孔有机聚合物膜或无机无纺物材料，例如玻璃或陶瓷材料的无纺物品或陶瓷纸组成。这些由各个公司生产。重要的制造商包括Celgard，Tonen，Ube，Asahi，Binzer，Mitsubishi，Daramic等。典型的有机隔膜由例如聚丙烯或聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯复合体组成。这些有机聚烯烃隔膜的缺点是其低于150℃的较低热稳定性限度。在锂电池中，当隔膜与锂或锂化石墨接触时，所用的聚烯烃被逐渐侵蚀。已经初步尝试使用无机复合材料作为隔膜。例如，DE 198 38 800涉及一种电隔膜，其包括具有多个开口的片状柔性基材，在所述基材上具有涂层，所述隔膜特征在于所述基材的材料选自金属，合金，塑料，玻璃和碳纤维或这些材料的组合，且所述涂层是二维连续的多孔非导电陶瓷涂层。但这种例如通过导电材料支撑的隔膜已被确定为不适用于制备锂离子电池，因为在所述厚度下不能没有缺陷地在大面积上得到该涂层，因此非常容易发生短路。另外，甚薄隔膜所需种类的薄金属织物不是商业上可得的。我们在以前的工作(DE 101 42 622)中发现，通过一种包括具有多-->个开口的片状柔性基材和在所述基材上或中具有涂层的材料可制得一种隔膜，所述基材的材质选自玻璃或陶瓷的织制或无纺的非导电纤维或其组合，且所述涂层是多孔的电绝缘陶瓷涂层，且所得隔膜具有低于100μm的厚度并且是可弯曲的，与电解质结合时具有足够低的电阻和仍具有足够良好的长期稳定性。高能电池用于各种场合，其中的决定性要求在于可得到尽可能大量的电能。这种情形例如既涉及车辆用电池，也涉及辅助电源系统。能量在该领域中通常表示为每单位重量[Wh/kg]或每单位体积[Wh/L]的值。目前，高能电池达到350至400Wh/L和150至200Wh/kg的能量水平。这些电池所预期供给的功率水平没有高到使得可以因此在内电阻方面可能存在折中。换句话说，电解质填充的隔膜的导电性不必例如象高功率电池那样大，这样可使用其它隔膜设计。这样，高能体系也可采用导电率相当低(0.1至2mS/cm)的聚合物电解质。这些聚合物电解质电池不能用作高功率电池。用于高能电池体系的隔膜材料必须具有以下性能：·薄 →低比空间要求·轻 →低比重·非常好的可润湿性 →否则形成未润湿的死区·非常安全 →安全是非常重要的，因为非常大量 的比电能在这些电池中传输。许多(尤其移动的)场合需要非常大量的能量(如在车辆用电池中)。这些场合中的电池因此在完全充电状态下可储存大量能量。这些能量在电池功能障碍或事故的情况下绝不可以以任何方式失控地释放，因为这会不可避免地导致电池爆炸，并产生火焰。描述于DE 101 42 622的隔膜尽管具有非常高的导电性，但其中所述的隔膜仍不满足工业上可用的隔膜在厚度、重量和安全方面的要求。在尚未公开的申请DE 102 08 277中，隔膜的重量和厚度通过使用聚合物无纺物而降低，但即使是其中所述的隔膜的实施方案也不能满足锂高能电池对隔膜的所有要求，尤其因为在该申请中特别强调隔膜具有尽可能大的孔。但其中所述的最高5μm尺寸的颗粒不能制造出10-20μm厚度的隔膜，因为只有少量颗粒可在此重叠。结果，隔膜难免具有大的缺陷密度(如孔，裂缝，…)。另外，该参考文件中的大颗粒由-->Al2O3和ZrO2组成。由于这些陶瓷的高密度，这些隔膜具有大的基重，从而降低了质量基比能量密度(单位为Wh/g)。因此，本专利技术的目的是提供一种可简单地进行制造且尤其适用于锂高能电池的尽可能轻薄的隔膜。已经惊人地发现，重量低于50g/m2且厚度低于35μm的隔膜可通过将陶瓷涂层施用到低于30μm厚度的聚合物幅材上而制成，且这种隔膜非常适用于锂高能电池。本专利技术因此提供了一种尤其用于锂高能电池的隔膜，其包括具有多个开口的片状柔性基材，在该基材上或该基材中具有多孔无机涂层，所述基材的材料选自非导电聚合物纤维的无纺物，特征在于重量低于50g/m2，厚度低于35μm。本专利技术进一步提供一种用于生产根据本专利技术的隔膜的方法，该方法的特征在于在一种具有多个开口的片状柔性基材中和该基材上设置涂层，其中所述基材的材料选自厚度低于30μm的聚合物非导电纤维的无纺物，且所述涂层是多孔的电绝缘陶瓷涂层。本专利技术进一步涉及本专利技术隔膜在锂高能电池中的用途以及包括本专利技术隔膜的电池。本专利技术隔膜具有的优点在于，它可被制的特别轻和特别薄。这利用特定生产参数而实现：一方面，使用5至30μm、优选10至20μm厚度的无纺物作为该涂层的载体，另一方面，使用特定涂层滑剂。这种5至30μm厚度的无纺物优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维的一种特定湿铺无纺物，它在成幅之后被压延至该厚度。涂层没有使用例如描述于DE 101 42 622或DE 102 08 277中的包括大颗粒(最高3-5μm)的常规涂层滑剂，而是使用包含非常小的颗粒的滑剂，该颗粒通过聚集和附聚形成较大的、部分破碎的结构。这样得到比在所述原始颗粒尺寸下预期的更大的孔。因此可由7至50nm尺寸的原始颗粒得到仍具有足够高的孔隙率和孔尺寸的涂层。热解硅酸，例如Aerosil200(Degussa)是这样一种合适的材料。图1和2是这些粉末的美丽的破碎结构的电子显微图。每个聚集体/附聚体由许多小nm尺寸颗粒组成。这样可制造出优选10-20μm厚度和具有高整体性且还具有合适的孔几何的隔膜。这些颗粒的粘附通过SiO2或ZrO2而进行。这些隔膜不仅具有非常大孔隙率，而且具有大的二级孔尺寸。非常大的孔-->隙率是由于一方面由原始颗粒(原始孔)和另一方面由“二级”聚集体/附聚体所形成的孔微结构。优选使用SiO2作为热解氧化物。因为SiO2具有低于Al2O3或ZrO2的密度，这些隔膜的特征在于明显较高的质量基比能量密度。本专利技术隔膜是一种混合隔膜，即包含无机组分和聚合物基材的隔膜。当所述基材的聚合物结构在高温时熔化和渗透到无机材料的孔中并从而将孔封闭时，该隔膜会发生固有的断路。但本专利技术隔膜不出现熔断。本专利技术隔膜因此通过电池组电池中的断路而满足各电池制造商对安全断路所提出的要求。无机颗粒确保绝没有熔化。因此确保绝没有大面积短路的运行情形。如果非固有断路机理对于实际使用也是绝对需要的，那么这也可例如通过将本专利技术陶瓷或混本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种尤其用于锂高能电池的隔膜，包括具有多个开口的片状柔性基材，在所述基材上和基材中具有多孔无机涂层，其中所述基材的材料选自非导电聚合物纤维制的无纺物，所述隔膜的特征在于重量低于５０ｇ／ｍ↑［２］，厚度低于３５μｍ。
【技术特征摘要】
DE 2002-8-24 10238944.61.一种尤其用于锂高能电池的隔膜，包括具有多个开口的片状柔性基材，在所述基材上和基材中具有多孔无机涂层，其中所述基材的材料选自非导电聚合物纤维制的无纺物，所述隔膜的特征在于重量低于50g/m2，厚度低于35μm。2.权利要求1的隔膜，特征在于所述隔膜的重量低于20g/m2。3.权利要求1或2的隔膜，特征在于所述聚合物纤维选自聚丙烯腈、聚酯和/或聚烯烃的纤维。4.权利要求1至3中至少一项的隔膜，特征在于所述聚合物纤维的直径是0.1至10μm。5.权利要求1至4中至少一项的隔膜，特征在于所述柔性基材的孔隙率为50％至97％。6.权利要求1至5中至少一项的隔膜，特征在于所述柔性基材的厚度低于30μm。7.权利要求6的隔膜，特征在于所述无纺物的重量低于20g/m2。8.权利要求1至7之一的隔膜，特征在于在所述基材上和基材中的所述涂层包含金属Al、Zr和/或Si的氧化物。9.权利要求1至8中至少一项的隔膜，特征在于所述隔膜的孔隙率为30％至80％。10.权利要求1至9中至少一项的隔膜，特征在于所述隔膜的断裂强度大于1N/cm。11.权利要求1至10中至少一项的隔膜，特征在于所述隔膜可无损伤地被弯曲至100m的半径。12.权利要求1至11中至少一项的隔膜，特征在于所述隔膜可无损伤地被弯曲至0.5mm的半径。13.一种用于生产权利要求1至12中至少一项的隔膜的方法，其特征在于，提供具有多个开口的片状柔性基材，在所述基材上和基材中设有涂层，其中所述基材的材料...
【专利技术属性】
技术研发人员：V亨尼格，C许英，G赫尔佩尔，
申请(专利权)人：德古萨公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]
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