[发明专利]原电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种原电池，其包括阳极、阴极和分离器。此外，本发明涉及一种包括这样的原电池的电池组电池以及一种包括多个这样的电池组电池的电池组。

背景技术

锂离子电池组尤其以非常高的比能量(spezifische Energie)和极其少的自放电而出众。锂离子电池拥有至少一个正电极和至少一个负电极(阴极或阳极)，其中，在电池组的充电和放电期间，锂离子从一个电极向另一个电极迁移。对于锂离子的传输来说需要所谓的锂离子导体。在目前使用的锂离子电池(其例如在消费者(Consumer)领域(移动电话、MP3播放器等)中或作为储能器在电动车辆或混合动力车辆中被使用)中，锂离子导体是液态电解质，其经常包含溶解在有机溶剂中的锂导电盐六氟磷酸锂(LiPF₆)。锂离子电池包括电极、锂离子导体、将两个电极彼此电分离和机械分离的分离器以及建立电端子(Anschlüsse)的集流体(Stromableiter)。

锂离子电池可以被包围在封装(Verpackung)中。例如使用铝复合薄膜作为封装。如此封装的电池由于其软的封装也被称为袋装(Pouch)或软包(Softpack)。除了软包封装设计之外，也使用坚硬金属壳体、例如以深冲或挤压的壳体部分形式的坚硬金属壳体作为封装。在这种情况下，谈及坚硬壳体或硬盒(Hardcase)。

对于锂离子电池的安全性来说决定性的是，排除在不同极性的电极之间的内部短路，其中，同时畅通无阻的离子流动必须是可能的。为此使用分离器，所述分离器使阳极以及阴极不仅在机械方面而且在电气方面彼此绝缘，其中，穿过分离器的离子传导是可能的。由塑料组成的有细孔的薄膜(Folien)以及由玻璃纤维组成的无纺布材料主要地适合作为材料。同时，也使用由陶瓷组成的薄膜作为分离器，其中，所述薄膜是特别耐温度变化的。

此外重要的是，锂离子电池始终在允许的电压范围中被运行。4.2伏特的最大充电电压和2.5伏特的最小放电电压分别不应被超过和低于。如果发生锂离子电池的过充电，也即超过4.2伏特的最大充电电压，那么金属锂可能在阳极处堆积。于是，阴极材料变成氧化元素并且丧失其稳定性。此外，在阳极处堆积的金属锂可能以树枝状结晶体(Dendrit)形式在阳极处生长，所述树枝状结晶体可能损坏分离器。因此发生锂离子电池中的内部短路。由于流动的短路电流和锂离子电池中的内阻，锂离子电池始终继续生热，由此可能发生火灾并且最坏情况下可能发生爆炸。这被称为电池的热失控(thermisches Durchgehen)。

由US 2013/0017431A1已知用于锂离子电池组的分离器。分离器包括膜，所述膜由带有孔的精细编织物组成，所述孔具有0.1至5μm之间的大小。分离器此外包括具有热塑性颗粒的覆层。经由分离器中的孔可以进行离子传导。如果分离器被加热超过预先给定的极限温度，那么颗粒熔化并且至少部分地阻断孔，使得对于离子流通过分离器的阻力(Widerstand)升高至少50％。

由DE 102 38 945 B4已知一种用于锂电池组的具有关断功能的分离器。分离器包括多孔的载体和由颗粒组成的关断层(Abschaltschicht)，所述颗粒在预先给定的温度时熔化并且封闭分离器的孔。

在现有技术处不利的是，即使在使温度情况正常化之后，分离器的离子传导性也保持为减少的。因此，电池组(Batterie)变得不能使用并且无论如何必须被替换。

发明内容

建议一种原电池，其包括阳极、阴极和分离器，该分离器将阳极和阴极彼此机械分离和电分离，其中，分离器被设立用于，在超过原电池的临界温度时，阻断(blockieren)阳极与阴极之间的离子流，并且其中分离器被设立用于，当温度再次下降到临界温度以下时，再次释放离子流。

这样的原电池包括层堆叠，所述层堆叠以所述顺序包括分配给阳极的集流体、阳极、分离器、阴极和分配给阴极的集流体。

集流体典型地被实施为金属薄膜，其中对于分配给阳极的集流体，例如使用具有6μm和12μm之间的厚度的铜薄膜。对于分配给阴极的集流体，通常同样使用金属薄膜，其中例如使用具有13μm和15μm之间的厚度的铝薄膜作为阴极。可替代地也可设想的是，代替金属薄膜，也给载体材料(例如塑料薄膜)配备金属覆层。

电极包括活性材料混合物，其例如除了活性材料以外也包括另外的附加物，尤其是用以改善传导性。