具有高电压的锂离子电池制造技术

锂离子电池，具有：（i）正电极，其至少具有带有橄榄石结构的锂过渡金属磷酸盐，其中过渡金属选自：锰、钴、镍或这些元素中的两种或三种的混合物；（ii）负电极；（iii）隔离器，其将正电极与负电极彼此分离并且对于锂离子可透过；其中隔离器具有由不导电的无纺聚合物纤维构成的无纺布，该无纺布单侧或双侧地涂覆以传导离子的无机材料;（iv）非水性电解质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有高电压的锂离子电池在先申请DE 10 2011 017 105.3的所有内容通过引用并入本申请中。本专利技术涉及二次电池，尤其是锂离子电池，其即使在高电压输出时也具有良好的稳定性。二次电池尤其是锂离子电池由于其高能量密度和大容量而能够用作移动信息设备的驱动功率装置。此外，这种电池还用于车辆、电驱动的汽车和混合驱动的汽车中。由于，其适合于这些应用，所以电池要在高安全性且高稳定性的情况下具有高电压、大容量以及长寿命。已知的是，将具有橄榄石结构的锂金属磷酸盐作为阴极材料使用在锂离子电池中，因为这些材料相对于锂金属会具有高的氧化还原电位。已知的是，就锂锰磷酸盐而言，值为4.1V，对锂钴磷酸盐而言，值为5V。然而也知晓的是，在高电压影响下，电池的功率和安全性会受影响。例如，电池中的电解质和/或隔离器会不利地改变。这会导致电池失效，例如由于短路反应而导致故障，和/或进ー步影响电池安全性。本专利技术的任务是提供ー种二次电池，尤其锂离子二次电池，其中所使用的隔离器即使在高电压时也保持尽可能稳定。该任务和其他任务通过一种锂离子电池来解决，其具有:(i)正电极，其至少具有带有橄榄石结构的锂过渡金属磷酸盐，其中，过渡金属选自:锰、钴、镍或这些元素中的两种或三种的混合物；(ii)负电极；(iii)隔离器，其将正电极与负电极彼此分离并且对于锂离子可透过；其中，隔离器具有由不导电的无纺聚合物纤维构成的无纺布，该无纺布单侧或双侧地涂覆以传导离子的无机材料；(iv)非水性电解质。电池以下，将术语“锂离子电池”与“锂离子二次电池”同义地使用。这些术语也包含术语“锂电池”、“锂离子蓄电池”和“Lithium-1onen-ZelIe”。锂离子蓄电池通常由各个锂离子电池的串联或并联电路构成。这意味着，术语“锂离子电池”用作现有技术中上述常用数据的集合术语。虫扱术语“正电极”表示在电池连接到用电器(例如电动机)上时能够接收电子的电极。这种电极于是为阴扱。术语“负电扱”表示在运行中能够发出电子的电极。这种电极于是为正扱。if 电极对于根据本专利技术的锂离子电池，使用如下阴极材料，该阴极材料包括带有橄榄石结构的锂过渡金属。由此，在一种实施形式中，磷酸盐具有通式LiXP04，其中，X=Mn, Fe, Co或Ni,或其组合。优选的锂过渡金属磷酸盐为锂锰磷酸盐、锂钴磷酸盐和锂镍磷酸盐。特别优选为锂锰磷酸盐和锂钴磷酸盐。这样的锂过过渡金属磷酸盐在现有技术中是已知的并且也可以根据已知的方法来制造，例如通过将作为初始化合物含有相应的氧化物的混合物烧结来制造，或通过将作为初始化合物含有在烧结时形成相应氧化物的化合物的混合物烧结来制造。[0021 ] 正电极也可以含有所述物质中的两种或三种的混合物。正电极含有优选为纳米颗粒形式的锂过渡金属磷酸盐。纳米颗粒可以具有任意形状，即其可以大致为球形或长形。在一种实施形式中，锂过渡金属磷酸盐具有作为D95值测得的小于15 Pm的颗粒大小。优选，颗粒大小小于10 u m。在另ー种实施形式中，锂过渡金属磷酸盐具有作为D95值测得的在0.005iim到10 y m之间的颗粒大小。在另ー种实施形式中，锂过渡金属磷酸盐具有作为D95值测得的小于IOiim的颗粒大小，其中，D50值为4iim±2iim，而DlO值小于1.5iim。所说明的值通过使用如在现有技术中已知的静态激光散射(激光衍射、激光衍射測量)进行测量而測定。此外，可能的是，锂过渡金属磷酸盐为了提高导电性而含有碳。这种化合物可以根据已知的方法制造，例如通过涂覆以碳化合物如丙烯酸或こニ醇来制造。接着，例如在2500°C的温度下进行热解。负电极负电极可以由多种材料制造，这些材料在现有技术中已知用于锂离子电池中。原则上，可以使用所有能够与锂形成插层复合物的材料。例如，负电极可以含有合金形式的锂或锂金属，或为箔形式、格栅形式或颗粒形式，其通过合适的接合剂粘紧。[0031 ] 锂金属氧化物如锂钛氧化物的使用同样是可能的。对负电极合适的材料也包括:石墨、合成石墨、炭黑、中间相碳、掺杂的碳、富勒烯。作为负电极的电极材料，也可以使用五氧化ニ铌、锡合金、ニ氧化钛、ニ氧化锡、硅。用于正电极以及负电极的材料优选通过接合剂粘紧，接合剂将材料保持在电极上。例如，可以使用聚合接合剤。作为接合剂例如可以使用聚偏ニ氟こ烯、聚环氧こ烷、聚こ烯、聚丙烯、聚四氟こ烯、聚丙烯酸酯、三元こ丙橡胶(EPDM)和混合物及其共聚物。隔离器用于电池的隔离器必须对锂离子可透过，以便保证锂离子在正电极与负电极之间的离子运输。另ー方面，隔离器必须对于电极是绝缘的。隔离器包括由无纺聚合物纤维构成的无纺布，聚合物纤维不导电。这种无纺布尤其通过纺纱方法以及随后的固化来制造。术语“无纺布”与如“无纺织物”、“针织物”或“毡制品”同义地使用。代替术语“无纺”也使用术语“非编织”。优选地，聚合物纤维选自:聚丙烯臆、聚烯烃、聚酯、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚砜、聚酰胺、聚醚。合适的聚烯烃例如是聚こ烯、聚丙烯、聚四氟こ烯、聚偏ニ氟こ烯。优选的聚酯例如是聚对苯ニ甲酸こニ醇酷。隔离器中所含的无纺布在本专利技术的意义下优选ー侧或双侧地涂覆以传导离子的无机材料。术语“涂层”也包含，传导离子的无机材料不仅可以在无纺布的ー侧或双侧上，而且也可以在无纺布内。传导离子的无机材料在-40°C到200°C的温度范围中传导离子，也就是说，对于锂离子是传导离子的。用于涂层的材料是如下化合物中的至少ー种:氧化物、磷酸盐、硫酸盐、钛酸盐、硅酸盐、如下元素中的至少ー种的铝硅酸盐，元素为:锆、铝、硅或锂。在一种优选的实施形式中，传导离子的材料包括氧化铝、氧化锆、氧化铝和氧化锆或由氧化铝、氧化锆、氧化铝和氧化锆构成。在一种实施形式中，在根据本专利技术的电池中使用隔离器，该隔离器包括至少部分物质可透过的载体，该载体不传导电子或者只能较差地传导电子。该载体在至少ー个侧上以无机材料涂覆。作为至少部分物质可透过的载体使用有机材料，有机材料构造为非编织的无纺布。有机材料以聚合物纤维形式构造，优选聚对苯ニ甲酸こニ醇酯(PET)的聚合物纤维。无纺布以传导离子的无机材料涂覆，该无机材料优选在-40°C到200°C的温度范围中传导离子。传导离子的无机材料优选包括选自如下组中的至少ー种化合物:氧化物、磷酸盐、硫酸盐、钛酸盐、硅酸盐、如下元素中的至少ー种的铝硅酸盐，元素为:锆、铝、锂，特别优选为氧化锆。优选地，传导离子的无机材料具有最大直径在IOOmm以下的颗粒。这样的隔离器例如以商标名“Separion?”由德国Evonik AG公司销售。在现有技术中例如在EP I 017 476 B1、W02004/021477和W02004/021499中，公开了用于制造这种隔离器的方法。以下，在根据本专利技术的电池中使用的隔离器的特别优选的实施形式以及电池的优点尤其概括为安全方案。原理上，在隔离器中过大的孔和洞会导致内部短路，隔离器使用在二次电池中。电池于是会在危险反应中非常快地自放电。在此情况下，会出现过大电流，使得闭合的电池单元在最不利的情况下甚至会爆炸。出于这种原因，隔离器会对高功率锂或高能锂电池的安全性或不足的安全性有决定性裨益。聚合物隔离器通常从确定的温度起阻止通过电解质的任何电流运输(所谓的“关断温度”本文档来自技高网...

【技术保护点】
锂离子电池，具有：（i）正电极，其至少具有带有橄榄石结构的锂过渡金属磷酸盐，其中，过渡金属选自：锰、钴、镍或这些元素中的两种或三种的混合物；（ii）负电极；（iii）隔离器，其将正电极与负电极彼此分离并且对于锂离子可透过；其中隔离器具有由不导电的无纺聚合物纤维构成的无纺布，该无纺布一侧或双侧地涂覆以传导离子的无机材料;（iv）非水性电解质。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.04.14 DE 102011017105.31.锂离子电池，具有: (i)正电极，其至少具有带有橄榄石结构的锂过渡金属磷酸盐，其中，过渡金属选自:锰、钴、镍或这些元素中的两种或三种的混合物； (ii)负电极； (iii)隔离器，其将正电极与负电极彼此分离并且对于锂离子可透过；其中隔离器具有由不导电的无纺聚合物纤维构成的无纺布，该无纺布一侧或双侧地涂覆以传导离子的无机材料； (iv)非水性电解质。2.根据权利要求1所述的电池，其中，锂过渡金属磷酸盐涂覆以碳。3.根据上述权利要求之一所述的电池，其中，负电极具有的材料选自:碳、金属锂、钛酸锂、硅，或这些材料中的两种或更多种。4.根据上述权利要求之一所述的电池，其中，聚合物纤维选自:聚丙烯臆、聚烯烃、聚酷、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚砜、聚酰胺、聚醚，或这些材料中的两种或更多种。5.根据上述权利要求之一所述的电池，其中，聚合物纤维包含聚对苯二甲酸乙二醇酯或由聚对苯二甲酸乙二醇酯构成。6.根据上述权利要求之一所述的电池，其中，传导离子的无机材料是选自如下组中的至少ー种化合物:氧化物、磷酸盐、硫酸盐、钛酸盐、硅酸盐、如下元素中的至少ー种的铝硅酸盐，元素为:错、招、娃或锂。7.根据上述权利要求之`一所述的电池，其中，传导离子的无机材料具有氧化铝、氧化锆、二氧化硅或这些化合物中的两种或更多种。8.根据上述权利要求之一所述的电池，其中，传导离子的无机材料具有最大直径在IOOmm以下的颗粒。9.根据上述权利要求之一所述的电池，其中，电解质具有含有锂盐的液体。10.根据权利要求9所述的电池，其中，液体选自:碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酷...

【专利技术属性】
技术研发人员：约尔格·凯森，
申请(专利权)人：锂电池科技有限公司，
类型：
国别省市：