[发明专利]锂离子电池

说明书

本发明涉及一种锂离子电池，所述锂离子电池包括两个相互对置的极性不同的工作电极(12、14)并且包括包含锂的储存电极(182)，在所述工作电极之间在电解质腔(16)中设置有将各工作电极(12、14)彼此电子隔离的并且对于锂离子可渗透的隔离器(18)，所述储存电极与电解质腔(16)电子隔离地交换锂离子地接触，其中，借助将储存电极(182)与所述工作电极(12、14)中的至少一个工作电极连接的测量和控制电路(22)可测量储存电极(182)与该工作电极(12、14)之间的电压并且在储存电极(182)与该工作电极(12、14)之间可施加电压。本发明的特征在于，储存电极(182)构成为多孔的并且设置在隔离器(18)的两个电子隔离的并且对于锂离子可渗透的隔离层(181)之间。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池，所述锂离子电池包括两个相互对置的极性不同的工作电极并且包括包含锂的储存电极，在所述工作电极之间在电解质腔中设置有将各工作电极彼此电子隔离的并且对于锂离子可渗透的隔离器，所述储存电极与电解质腔电子隔离地交换锂离子地接触，其中，借助将储存电极与所述工作电极中的至少一个工作电极连接的测量和控制电路可测量在储存电极与该工作电极之间的电压并且在储存电极与该工作电极之间可施加电压。

背景技术

这样的锂离子电池由US 7,726,975 B2已知。

锂离子电池已知作为用于电子装置以及用于具有纯电气或混合驱动装置的机动车的现代的大功率蓄能器。锂离子电池的优点主要在于高能量密度和克服非常大数量的充电和放电周期的能力，锂离子电池的作用原理基于锂离子在两个工作电极之间在电解质中的移动，所述电解质自身不参与在工作电极上的电化学反应。锂离子电池的典型结构包括两个适合用于化合或插入锂离子的工作电极。为了防止在所述工作电极之间的电子短路，在位于工作电极之间的被电解质填充的电解质腔中设置有所谓的隔离器，该隔离器一方面实现工作电极之间的电子隔离，但另一方面可以允许锂离子通过。这样的高密度的离子流的通过是必需的，以便允许相应高的电池电流。典型地，隔离器一层或多层地由多孔的电气绝缘的聚合物材料构成、例如由聚乙烯或聚丙烯或其混合物构成，其中，如此设计多孔性，使得锂离子的移动尽可能仅受到小的限制。

已经被证实的是，锂离子电池在其寿命进程中经受显著的容量减小，其中，该效应在锂离子电池的早期寿命阶段比在更晚期的阶段中更强烈地出现。该容量减小的主要原因是在负电极与电解质之间构成有包含锂的中间层，该中间层对于本领域内技术人员来说也作为SEI(＝固体电解质界面膜)已知。该中间层存储锂离子，这些锂离子于是不再用于电化学过程。此外已知不同的“消耗”锂的寄生反应，该锂于是不再用于电池运行。

由上述类型的文献已知的是，垂直于所述两个工作电极和隔离器将储存电极通过自身的隔离器耦合到电解质腔上。该储存电极完成两个任务。一方面可以将该储存电极用作参考电极，借助测量和控制电路可以测量参考电极与工作电极的电压差。由此，本领域内技术人员能够推导出关于电池的充电状态、特别是关于锂离子在工作电极上的当前的和可能的化合能力或插入能力的结论。由此特别是能够进一步确定最初在电池中存在的锂是否并且以何种规模从电化学过程中被分离出，这特别是可归因于上述效应。通过在储存电极与工作电极之间施加适合的电压，作为对应措施能够产生从储存电极经由测量和控制电路到工作电极的电子流，该电子流导致从储存电极经由其隔离器到工作电极的离子流。换言之，从储存电极将锂离子引入电解质腔中，于是该锂离子可以用于另外的电化学反应并且可以弥补在SEI中被化合的或被寄生反应消耗的锂。以这种方式显著地延长了锂离子电池的寿命。

在该已知方案中不利的是，从储存电极到工作电极的不利的空间状况，该空间状况使得锂离子电池在常见规格中的紧凑结构变得困难。特别是锂离子电池以常见的堆叠或螺旋式布置方案的设计将会导致垂直于工作电极设置的储存电极必须非常小地设计，这与储存锂的相应小的容纳能力有联系。

任务提出

本发明的任务是改进这种类型的锂离子电池，使得即使在常见的电池布置方案中也有大的用于储存锂的储存能力可供使用。

发明内容