[发明专利]用于调节锂离子电池单元中的气体内压的元件

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池单元、尤其是具有用于调节气体内压的元件的锂离子电池单元。

背景技术

锂离子蓄电池是基于锂离子工作的蓄电池。锂离子蓄电池也称作锂离子蓄电池（Lithium-Ionen-Akku）、Li离子蓄电池（Li-Ionen-Akku）、Li离子二次电池（Li-Ionen-Sekund?rbatterie）或锂蓄电池（Lithium-Akkumulator）。概念“蓄电池”表示基于电化学系统的电能存储器。蓄电池可以由一个或多个可再充电的二次电池单元构成。多个二次电池单元可以串联以提高总电压或者并联以提高容量。因此，锂离子蓄电池包括一个锂离子电池单元或者多个锂离子电池单元。锂离子电池单元的特点在于高能量密度和热稳定性。锂离子电池单元的另一优点在于在经常部分充电的情况下也不出现容量损失。因此，锂离子电池单元不显示出所谓的记忆效应。

锂离子电池单元通常包括正电极、负电极、电解质、分隔件以及壳体。锂离子电池单元的正电极由一种锂金属氧化物或者不同的锂金属氧化物的混合物组成。用于正电极的一种或多种锂金属氧化物可以从包括LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄、LiNiO₂、LiNi_1-xCo_xO₂、LiNi_0.85Co_0.1Al_0.05O₂、LiNi_0.33Co_0.33Mn_0.33O₂和LiFePO₄的组中选择。锂离子电池单元的负电极通常由石墨、纳米结晶的硅、非结晶的硅、Li₄Ti₅O₁₂或者SnO₂组成。

锂离子电池单元的电解质可以由无水的、质子惰性的溶剂组成，在所述溶剂中溶解有锂盐。质子惰性的溶剂的示例是碳酸亚乙酯、碳酸丙烯酯、γ-丁内酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯或者1,2二甲氧基乙烷。锂盐可以是LiPF₆、LiBF₄、LiClO₄、LiAsF₆或者LiCF₃SO₃。在也称作锂聚合物蓄电池的锂离子蓄电池中，使用聚合物作为电解质载体，例如聚氧乙烯、聚苯塑料、聚偏二氟乙烯（PVDF）或者聚偏二氟乙稀-六氟丙烯（PVDF-HFP）。作为离子导体例如使用LiCF₃SO₃、Li_1.3Al_0.3Ti_1.7(PO₄)₃、LiTaO₃、SrTiO₃、LiTi₂(PO₄)₃·Li₃PO₄、LiCl、LiBr或LiJ。

锂离子电池单元中的电极通过分隔件分开。分隔件是用于相反极性的电极之间的物理分离和电隔离的部件。分隔件对于锂离子而言是可穿过的，但分隔件阻止了电极之间的短路。对于酸性电极，分隔件优选由多孔的聚丙烯/聚乙烯膜组成。对于碱性系统，分隔件优选由聚丙烯/聚乙烯网组成。现今，也使用陶瓷的分隔件。

在充电过程中，带正电的锂离子通过电解质迁移到负电极，而充电电流通过外部电路提供电子。锂离子与负电极的材料形成插层化合物。在放电时，锂离子迁移回金属氧化物，并且电子可以通过外部电路流到正电极（现在是阴极）。因此，锂离子蓄电池或者锂离子电池单元通过锂离子的移动产生源电压。但在锂离子电池单元内进行的反应中不出现金属锂。

现今，存在三种不同类型的锂离子电池单元，它们彼此不同：圆柱形锂离子电池单元、棱柱形锂离子电池单元和所谓的袋形电池单元（Pouch-Zell）。

圆柱形锂离子电池单元具有基本上圆形的横截面。因此，圆柱形锂离子电磁单元具有圆柱的形状并且在尺寸方面例如可以相应于圆柱形的圆形电池单元——例如18650电池单元——的标准的、广泛使用的结构大小。圆柱形电池单元具有坚硬的壳体，从而其可以良好地经受机械负载。然而，圆柱形电池单元不易堆叠，并且具有小的表面与体积比，从而该圆柱形电池单元比较难进行冷却。