具有低热导率的无机组成部分的电池组电池单元所用的部件制造技术

本发明专利技术涉及一种电池组电池单元、优选为锂离子电池单元，其包括如下部件，这些部件包含至少一种无机的、优选多功能的组成部分，其中，该组成部分具有＜2.5W/K·m的低导热率，并且由此合适于减少或者至少局部地限制热异常部。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术普遍涉及电池组电池単元、优选锂离子电池単元，并且尤其是涉及具有低热导率的无机组成部分的能再次充电的锂离子电池单元所用的部件。
技术介绍
当前的能再次充电的锂离子电池单元基本上包括-两个电极(阳极/阴极)，锂离子从两个电极中出来或移入到这两个电极中；-隔板，隔板阻止电短路；-液体电解质，液体电解质使得锂离子迁移成为可能。 当今的用于锂离子蓄能器或者二次电池的隔板要么使用由聚こ烯、聚丙烯或者它们的组合物制成的膜(ZhangA review on the separators of liquid electrolyte LiIon batteries. J. of Power Sources 164(2007)351-364)。备选于此地讨论了纤维乱布无讳织物(Faserwirrgelege)—称为无纺布,它们在一系列特性、尤其是收缩和热稳定性方面被考虑为常规的膜。鉴于由于在电子移动性方面的应用而增长的安全性要求，不仅在膜基础上而且在聚合物无纺布基底上提出了以无机的颗粒来涂覆的或渗入的隔板(EV0NIKDE 10208277, DE 10238944;Freudenberg W02009103537;BASF DE19850826;LG CHEMW009069928)。作为颗粒在此提到例如简单的组成(如A1203、Si02、BaTi03等)的晶态的氧化物材料。无机颗粒的整合在电池单元被加热的情况下提高了部件的热稳定性，并且延迟或者甚至阻止了电池单元的电短路。“玻璃”在隔板周围环境中的使用也在随后的文献中得到介绍。在此，玻璃要么作为纤维直接置入载体中(EV0NIK DE 10142622, FHG/ICT DE19838800C1, FreudenbergDE10336380)要么作为粉末颗粒是涂层的或者浸溃部的可能的组成部分(FreudenbergW02009103537, LG CHEM W009069928, BASF DE 19850826)。所使用的玻璃的带宽根据提到的文献“玻璃粉末/微型玻璃”(BASF见上文)直至碱金属/碱土金属-硫酸盐、碳酸盐或Li-硼酸盐(Freudenberg见上文)给出。针对在隔板复合体中的玻璃的化学方面的专门说明由Teijin在日本公开文献JP2005011614中做出。该文献描述了例如以粉末形式的玻璃的应用，但是粉末除了细粒尺寸没有更详细描述。除了细粒尺寸，尤其是比表面积、凝聚程度和其他的因素对于附着或化学上的相互作用具有影响。专利文献DE 103 01 404 B4介绍了具有在500°C与750°C之间的运行温度的平坦的燃料电池单元，该燃料电池单元包含由玻璃构成的电解质。作为玻璃提到的是Tg在从300°C至400°C的范围中的硅酸盐玻璃。这些玻璃可以包含如下添加物，包括B203、K2O,Li2O, V2O5, Fe3O4 或者还有 Al2O3' MgO, CaO, BaO 或者 Na2O0公开文献DE 11 2007 001 087 T5介绍了用于提高电池功率的具有带酸性特性无机层的活性电极材料。该无机层由金属或者陶瓷或它们的化合物制成。此外，该无机物质可以包括碱土金属、碱金属、过渡金属、镧系金属或者锕系金属的组的兀素。迄今为止的方案的缺点还在于由本来相当贵的隔板的涂层引起的增长的成本。对提高的安全性的保证-例如在提高的外部作用下的抵抗力、在电池单元的不受控制的温度升高的情况下避免隔板功能的崩溃对于应用者而言虽然是知道的，但除了简单的间距保持夕卜，尤其也在局部的损害情况下颗粒的其他活性的功能是想要的，以便进一歩改善电池单元特性。在此，示例性的附加功能可以是如下电学性质，如离子传导性或者绝缘特性。示例性地这里又由BASF DE19850826和LGCHEM W009069928提到这里又使用了昂贵的而且在化学上进而在本身特性方面可变性低的陶瓷颗粒，如BaTi03。仅在W009069928中也公开了离子传导性的玻璃型号(LiAiTiP)xOy或者基本上硫化的玻璃。在FhG/Itzehoe DE10101299中这是指离子传导性的陶瓷颗粒例如Li1. Ala3Tih7(PO4)3，在OHARA JP (US20070048617、US20070048619)中，玻璃陶瓷颗粒具有具备高传导能力的晶体相(NaSiCON)。耐温性的晶态材料例如在隔板区域中的存在对于已经出现的、包括整个电池单元 的“热失控”的情况下如在过渡充电的进程或者通过在过高温度情况下运行的均匀温度提高的情况原则上是有帮助的。此外，通过例如Al2O3颗粒的存在，对于因为例如提高的整体的温度而熔掉或者剪断聚合体隔板的情况，保证了在两个电极之间的间距保持。电池单元在这种情况下但是一般不再能使用。除了由于不当的运行/使用或者也由于普通的老化现象使电池单元的整体、也就是涉及整个电池単元的面式覆盖的加温，但是也可能对电池単元运行进行不正常的局部的故障。对此涉及尤其“内短路”(ISC)的出现，这意味着在由电子传导良好的金属材料制成的阳极和阴极之间构造了不希望的连接。由此产生局部出现的不正常的热效应，这意味着局部加热或者过热。这类金属的内连接可以此外通过如下来引起·由金属锂从阳极朝阴极方向形成枝晶，例如在过渡充电或者在低温下错误充电的情况下引起；·呈锐棱形的金属颗粒，这些颗粒在电池单元制造的进程中不受控制地达到电池单元中，例如在冲制出由招或者铜制成电流导体/凸起部(Fahnen)的情况下；·电池单元由外部的损伤,尤其在枕式(包式)电池单元(Kissen (Pouch)-Zellen)的情况下。根据电池単元型号和容量、深度或者短路的伸出点以及短路面积(例如Ixlmm2)的不同短路阻力可以处在几个πιΩ的范围内，电流处在多于100Α的范围内，并且相应地，电流密度处在数百安培/mm2。该情况根据接触闭合(Kontaktschliessung)的地点不同例如在电极层之间或导体之间导致在直至8000C的穿透范围中的温度的局部不正常的加热，见例如 Kim 等人的如T 文献Lithium Ion battery safety study using multi-physicsInternal Short circuit model. The 5th International Symposium on Large LithiumIon Battery Technology and Application in Junction with AABC2009，LongBeach, Ca，09. -10. 6. 2009。导入到隔板或者电极中的能导热的无机晶态颗粒可以基于其高的导热率(Al2O3 在室温情况下大约为45 -1*!!!-1或在130°C情况下为301 -1*!!!-1)不阻止热量在穿透点上在大的面区域上扩展，并且因此，出现不希望的而且危险的热失控。损坏限制可能由于晶态的Al2O3而不发生。关于晶态颗粒在隔板上或者在隔板中的整合，隔板材料的比较低的导热率(聚こ烯:大约O. 4W * K-1 * πΓ1 ;聚丙烯大约O. 2W * K-1 * πΓ1)由例如Al2O3的高的传导能力受到不利影响。除了安全本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.03.29 DE 102010013293.4;2010.03.29 DE 10201001.电池组电池单元、优选锂离子电池单元，其包括如下部件，所述部件包含在隔板中/隔板处、在阳极中/阳极处或者在阴极中/阴极处或者在液体电解质或者聚合物电解质中由玻璃材料或者另外的玻璃基材料或者由玻璃陶瓷制成的作为玻璃基的组成部分的至少一种、尤其是主要的、氧化物的、耐温性的、导热很差的颗粒，其中，所述玻璃基的组成部分具有< 2. 5W/K*m的很低的导热率并且尤其由此合适于将热异常部、如局部的过热部加以分隔和/或优选地也局部地限制。2.根据权利要求I所述的锂离子电池单元，其中，对于至少一种无机的、优选多功能的组成部分适用的是 具有 a热扩散系数的倒数； b作为温度的函数的粘度曲线的斜率；以及 c转变温度的绝对值， 其中，它们如下限定3.根据权利要求I或2所述的锂离子电池单元，其中，导热率<2.5WWIT1 Wm'优选< 2. Off^r1 * πΓ1、特别优选< I. 5W * IT1 * πΓ1。4.根据权利要求I、2或3所述的锂离子电池单元，其中，无机的多功能的组成部分是玻璃基的材料、尤其玻璃、玻璃陶瓷、相分离的或者多相的玻璃。5.根据权利要求1、2、3或4所述的锂离子电池单元，其中，所述玻璃或者玻璃陶瓷在液体电解质中尤其稳定，尤其在载有LiPF6的电解质中，其中，化学上稳定意味着尤其在玻璃粉末在电解质溶液中在60°C在一周仓储的情况下玻璃基的材料溶解不多于I质量％，优选溶解不多于O. 5质量％并且大多数优选地不多于O. I质量％。6.根据前述权利要求中任一项所述的锂离子电池单元，其中，所述玻璃是主要为氧化物的玻璃并且非氧化物的元素份额不超过35质量％。7.根据前述权利要求中任一项所述的锂离子电池单元，其中，所述玻璃包括作为负离子的至少80%、优选90%、优选95%的氧，并且优选没有硫属元素化物负离子(氧例外)。8.根据前述权利要求中任一项所述的锂离子电池单元，其中，所述玻璃是氧化物基的多成分玻璃。9.根据权利要求I至8中任一项所述的锂离子电池单元，其中，所述玻璃选自如下组，所述组包括硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、磷酸盐玻璃或者铝酸盐玻璃的系列。10.根据权利要求I至9中任一项所述的锂离子电池单元，其中，所述玻璃(以重量％来表达)具有如下组成 硅酸盐玻璃 最小最大SiO245100TiO2O10ZrO2O10Al2O3O42B2OfO30Fe2O.;O0.5P2O O10MgOO20CaOO20BaOO20MnOO20ZnOO10Li2OO50Na0O10K2OO10La2O3O10SrOOIO卤素(元素)020As2O,O1.5Sb2O;,O1.5Cs2OO10Nb2O3O40稀十(SE)(除了 La2O3)O5SnO2O1.5NiOO20CoOO20Ta2O5O25SnOO1.5SrOO20 或者 磷酸盐玻璃A11.根据前述权利要求I至9中任一项所述的锂离子电池单元，其中，所述玻璃(以重量％来表现)具有如下组成12.根据前述权利要求中任一项、尤其根据权利要求10或11所述的锂离子电池单元，其中，各自的玻璃以下列优选的混合物比例存在相关于低熔点玻璃比高熔点玻璃为50:50至80:20并且特别优选相关于低熔点玻璃比高熔点玻璃为50:50至60:40。13.根据前述权利要求中任一项所述的锂离子电池单元，其中，以相对各自的玻璃的体积比例存在直至95体积％的晶态陶瓷颗粒。14.根据前述权利要求中任一项所述的锂离子电池单元，其中，至少一种无机的、...

【专利技术属性】
技术研发人员：乌尔里希·珀什尔特，安德里亚斯·罗塔斯，弗兰克托马斯·伦特斯，迈克·施耐德，伍尔夫·达尔曼，沃尔弗拉姆·拜尔，沃尔夫冈·斯楚米德鲍尔，加布里埃利·罗默尔朔伊尔曼，
申请(专利权)人：肖特公开股份有限公司，
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