[发明专利]锂离子电池

说明书

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彼此对置的具有不同极性的电极，所述电极通过对于锂离子可渗透的、多孔的隔离器彼此分离，其中，所述隔离器构成为至少三层的复合元件。

背景技术

这种锂离子电池由WO 2010/130339 A1已知。

锂离子电池已知作为在许多电子仪器中的可充电的大功率蓄能器。锂离子电池由于其高的能量密度也作为蓄能器在具有混合驱动装置或纯电驱动装置的机动车中使用。

锂离子电池按照其典型的构造具有两个极性不同的电极，所述电极分别能根据主导的电压条件放出或结合锂离子。锂离子释放到电解质中或锂离子从电解质中提取，而所述电解质不直接参与真正的结合或释放过程。为了避免各电极之间的短路，在各电极之间设置所谓的隔离器，所述隔离器对于移动的锂离子是可渗透的、但构成各电极之间的隔离电子的分离层。隔离器通常是由不导电的聚合物制成的多孔的层。由上述文献已知的是，将隔离器构成为3层的复合元件，其中，尤其是氧化的无机的稳定层在两侧被聚醚酰亚胺层包夹。电子隔离的聚合物层形成本身也电子隔离的稳定层的化学惰性的保护。稳定层的主要任务是提高锂离子电池的机械强度，以便防止损坏和击穿。

在锂离子电池中有问题的可能是所谓的枝晶生长。枝晶是当锂离子在电极、尤其是阳极上结晶时所产生的指状的增长物。如果这样的枝晶生长保持未被发现，则枝晶可能刺穿隔离器并且引起各电极之间的短路。然而如果及时发现枝晶，则可以通过合适的蓄电池管理来抑制枝晶生长。

任务提出

本发明的任务是，这样进一步构造这种类型的锂离子电池，使得能够及早识别出枝晶生长。

发明内容

该任务结合权利要求1前序部分的特征通过如下方式解决，即，隔离器的各层中的一层是导电的多孔的传感器层，所述传感器层在两侧被电子隔离的锂离子可渗透的层包夹，所述传感器层通过电阻测量装置与所述电极中的至少一个电极连接。

如果枝晶如此程度地增长，使得枝晶刺穿隔离器的电隔离的保护层并且与传感器层开始接触，则可以借助电阻测量装置探测相关电极与隔离器之间的电阻的击穿。相应地可以通过蓄电池管理引入合适的对应措施。在此重要的是，在相关电极与隔离器之间的这样产生的短路不导致整个锂离子电池失效；整个锂离子电池失效将在所述两个电极之间发生短路的情况下才出现，而所述短路在探测到枝晶的时刻恰恰还不存在。因此，本发明能够实现及时识别出枝晶生长，从而当还不存在电池的持久损坏的急迫危险时，就可以引入对应措施。

有利地，传感器层由导电的聚合物材料制成。例如在此可以使用聚苯胺、聚吡咯或聚噻吩。这些材料已经被证实为是特别合适的，如在更下面应该还进一步说明的那样。

备选地也可能的是，传导的传感器层由表面用金属处理(veredeln)的、不导电的聚合物材料制成。例如不导电的聚合物膜片可以蒸镀有金属层或另外地表面被处理。然而，这种聚合物膜片的制造是耗费并且昂贵的，从而优选之前所述的备选方案。

原则上也可想到使用金属的被孔穿透的层，所述层嵌入在两个电隔离的保护层之间。然而，该变型方案鉴于制造成本和重量比前述的变型方案更不利。

本发明的涉及在使用聚合物材料的情况下导电的传感器层的设计的实施方式鉴于隔离器的离子渗透性是特别有利的。尤其是聚合物材料能够构成为多孔的膜片。膜片的多孔性允许锂离子以高的密度穿过隔离器，这是针对高电池电流的强制前提。在此被看作特别有利的是，聚合物材料构成为拉伸的膜片。即，通过拉伸聚合物膜片能够制造多孔的膜片。对于本领域技术人员原则上已知的是，在拉伸时必须施加怎样的机械负荷，以便产生具有所期望的多孔性的膜片。

就此而言也清楚为什么优选本发明的如下实施方式，在这些实施方式中，导电的传感器层由导电的聚合物材料制成。所述聚合物材料即通过拉伸不改变或只最小地改变其导电能力。而金属涂敷的膜片在拉伸时可能丧失其导电性，如果金属的涂层撕破的话。然而，如果在拉伸之后才进行涂覆，则存在孔被涂覆金属掺入的危险。