[发明专利]基于聚合物载体膜的陶瓷复合材料的生产及用途

说明书

本发明涉及一种陶瓷复合材料，其包含扁平载体基材和已经施加到该载体基材上的包含陶瓷颗粒的多孔涂层。本发明另外涉及一种生产这样的陶瓷复合材料的方法，和涉及包含这样的陶瓷复合材料的电化学电池。

在本申请的上下文中，术语“电化学电池”被理解为表示电能存储器，其既可以是可再充电的也可以是不可再充电的。就此而言，本申请正文中不区分为一方面的术语“蓄电池/二次电池组(Sekund?rbatterie)”，和另一方面的“电池组/一次电池组”。术语“电化学电池”在本申请的上下文中还包括电容器。电化学电池另外被理解为能量存储器的最小功能单元。在工业实践中，多个电化学电池经常是串联或者并联来连接的，目的是提高该存储器的总能量容量。在上下文中，称为多电池(Mehrfachzell)。工业设计的电池组因此会具有单个电化学电池或者多个并联或者串联的电化学电池。因为这对于本发明是不重要的，所以术语“电池组(Batterie)”和“电化学电池(elektrochemische Zelle)”在后面是同义使用的。

就电池组的性质而言，可以区分为高性能电池组和高能量电池组。高性能电池组是这样的存储器，其在特别短的时间内释放它的电能；它产生高的放电电流。高能量电池组基于它的重量或者它的体积具有特别高的存储容量。

作为基本功能单元的电化学电池包含两个相反极性的电极，即，负阳极和正阴极。这两个电极通过设置在所述电极之间的分隔物彼此隔离来防止短路。该电池是用电解液(即，液态、凝胶状或者有时候是固体的离子导体)填充的。该分隔物是离子可透过的，并因此允许阳极和阴极直接在充电或者放电循环中进行离子交换。

分隔物通常是一种薄的多孔的电绝缘物质，具有高的离子透过性，良好的机械强度和对于系统中(例如电化学电池的电解液中)所用的化学品和溶剂的长期稳定性。在电化学电池中，阴极与阳极应当完全电隔离。另外，它必须是持久弹性的，并且跟从系统中的运动，该运动不仅来源于外部的负荷，而且还来源于在离子嵌入和释放时电极的“呼吸”。

分隔物至关重要地决定电化学电池的寿命和安全性。可再充电的电化学电池或者电池组的开发因此决定性地受到合适的分隔物材料的开发的影响。关于电分隔物和电池组的通用信息可以在例如J.O.Besenhard的“Handbook of Battery Materials”(VCH-Verlag，Weinheim 1999)中找到。

高能电池组被用于不同的应用中，在其中重要的是有尽可能大量的电能可供使用。高能电池组用于驱动车辆(电动车电池组)中，用于借助于电池组的离网固定电源(辅助供电系统)中，用于不间断电源，用于提供平衡能量(Regelenergie)，用于便携式电子设备例如膝上型电脑，移动电话，和用于电动工具。能量密度经常是以重量基[Wh/kg]或者体积基[Wh/L]参数来报告的。目前，在高能电池组中实现了350-400Wh/L和150-200Wh/kg的能量密度。这样的电池组所需的功率不那么大，并因此可以在内阻方面进行折衷。这意味着该电解液填充的分隔物的电导率例如不需要如同高性能电池组的情况中那样大，并因此作为结果，其他的分隔物设计也是可行的。

例如在高能量系统的情况中，还可以使用这样的聚合物电解液，其具有0.1-2mS/cm的相当低的电导率。但是，这样聚合物电解液电池不能用作高性能电池组。

用于高性能电池组系统中的分隔物必须具有下面的性能：它们必须尽可能薄，来确保低的特定空间需求，和保持内阻为低。为了确保这些低的内阻，重要的是该分隔物还具有高的孔隙率，因为高孔隙率促进了离子通过率。此外，分隔物必须是轻的，来实现低的比重。另外，对于电解液的润湿性必须是高的，这归因于否则形成电解液的死区(其提高了内阻)。

在许多应用中，特别是移动应用中，需要非常大量的能量(例如在用于全电动车辆的电动车电池组)。电池组在这些应用中以完全带电状态存储了大量的能量，该能量在电池组故障的情况中(例如过度充电或者短路)或者在意外事件情况中不得以不受控的方式释放，因为这将不可避免地导致电池和车辆的爆炸而着火。用于移动应用的分隔物因此必须是特别安全的，以使得事故车辆的电池组不爆炸。