[发明专利]具有碱土金属羧酸盐隔板的锂电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂电池、一种隔板、以及用于锂电池的一种负电极和一种正电极。

背景技术

锂离子技术注定用于应用的宽的应用领域。亦称锂聚合物电池（或锂离子聚合物电池）的锂离子电池，尤其是只要其具有铝复合膜封装，就尤其是以高能量密度和比能量以及极小自放电为特征。锂离子电池具有可以可逆地换入或换出锂离子的至少一个负电极（阳极）和正电极（阴极）；这亦称插层（Interkalation）或脱层（Deinterkalation）。作为导电盐在锂离子电池中大多使用六氟磷酸锂（LiPF₆）。

由于锂离子电池的按重量和按容量都高的能量密度，特别感兴趣的是锂离子电池中的高的自有安全性或固有安全性（英语：IntrinsicSafety）。

在锂离子电池的情况下，常规而言，负电极通过隔板与正电极隔开，该隔板本身是电绝缘体。

很经常地在锂离子电池中使用多孔聚烯烃隔板，其可以基于聚乙烯（PE）或聚丙烯（PP）。但是在聚烯烃隔板的情况下，在聚合物的软化点范围内的温度下可能出现隔板的侧面不定的收缩（英语：Shrinking）。

由高熔点聚合物制成的其它隔板、例如聚酰亚胺隔板尽管在例如40Ah至80Ah的高容量电池的情况下与聚烯烃隔板相比更加热稳定和机械稳定，但是聚酰亚胺隔板也不能总是在机械或热应力的情况下具有足够的自有安全性。

在EP1657767A1中描述了一种二次电池组，其具有多孔层，所述多孔层包括陶瓷颗粒以及粘结剂并且被涂敷到二次电池组的至少一个电极上。

在DE102009002680A1中描述了一种陶瓷复合材料，其包括具有规律的穿孔的聚合物膜，其中所述穿孔在具有陶瓷颗粒的多孔涂层的至少一侧被隐藏。

在WO98/59387A2中描述了一种包括碳酸钙的电化学电池。

在WO00/42672A2中描述了一种电化学电池，其包含至少一种草酸盐和至少一种碳酸盐作为除酸剂。

在EP1146576A1中描述了一种用于锂电池组的隔板，该隔板具有陶瓷复合层和微孔聚合物层。

发明内容

本发明的主题是一种锂电池，其包括负电极、正电极以及至少一个布置在正电极与负电极之间的包括至少一种碱土金属羧酸盐的多孔层。

尤其是可以将锂电池理解成其负电极（阳极）包括锂的电化学电池。

例如，在此可以是：锂离子电池、即一种电池，其负电极包括插层材料、例如石墨，在该插层材料中可以可逆地换入或换出锂；或者一种锂金属电池、即一种具有由金属锂或锂合金制成的负电极的电池。锂电池尤其可以是锂离子电池。

尤其是可以将碱土金属羧酸盐理解成具有第二主族的(金属)阳离子的羧酸盐。

碱土金属羧酸盐有利地比如即使在少量的情况下也是非常良好的氟化物捕捉剂，并且可以例如在六氟磷酸锂（LiPF₆）水解的情况下有效地捕捉由于潮湿产生的氢氟酸（HF）并且以难溶碱土金属氟化物的形式凝固。在此，碱土金属羧酸盐有利地是比碱金属羧酸盐明显更好的氟化物捕捉剂，因为碱土金属氟化物与碱金属氟化物相比在所有溶剂中具有明显更小的可溶性。

例如，醋酸钙、氢氟酸（HF）可以根据下列反应式结合成难溶的形成沉淀物的氟化钙（CaF₂）:

Ca(CH₃COO)₂+2HF-->CaF₂（沉淀物）+2CH₃COOH

由于碱土金属羧酸盐、氢氟酸（HF）可以非常好地结合，可以有利地提高电池的寿命和循环时长并且还改善电池的安全特性。

这是因为，未结合的氢氟酸（HF）可能侵蚀电池内的电池材料、尤其是正电极的活性材料（阴极材料）和壳体密封并且由此缩短电池的寿命和循环时长。

尤其是氢氟酸（HF）可以明显缩短以下电池的寿命和循环时长，其正电极作为活性材料（阴极材料）包括锂锰尖晶石（LMO，例如LiMn₂0₄），因为氢氟酸（HF）可能导致锰从尖晶石结构中加速分离；这一方面可能损伤正电极的活性材料（阴极材料）并且另一方面可能导致负电极的活性材料（阳极材料）、例如石墨中毒。这是因为，从尖晶石结构中分离的锰阳离子可溶解在电解质中，并且可以通过电解质被运送到负电极，在那里，锰阳离子可能在负电极的活性材料（阳极材料）、例如石墨处被还原成金属锰并且通过这种方式可能使负电极的活性材料（阳极材料）中毒。