[发明专利]原电池

说明书

技术领域

本发明涉及根据独立权利要求的前述部分的一种原电池(galvanisches Element)、一种包括原电池的电池和一种用于制造原电池的方法。

背景技术

锂离子电池的特征尤其是非常高的比能量和极其小的自放电。这样的电池的锂离子电池单元具有至少一个正电极和至少一个负电极(阴极或者阳极)，锂离子能够可逆地插入(嵌入)或者又脱出(脱嵌)。此外，锂离子电池单元包括至少一个隔离物，其使得所述正电极和负电极不仅在空间上、而且在电气上彼此分隔。为了锂离子在所述电极内的嵌入或者脱嵌，需要锂离子导体。该锂离子导体以液体电解质的形式提供。在此，在所使用的隔离物内的孔隙容许电解质渗入所述隔离物中，使得离子能够穿过所述隔离物。

为了制造锂离子电池单元，构造一种原电池，该原电池具有一种包括负电极、正电极以及所述两个电极之间的隔离物的层结构。所述负电极、所述隔离物和所述正电极能够相互卷绕或者以相互堆叠的形式存在。所述正电极和所述负电极与向外建立电气连接的导电体接触。由此构成的原电池用电解质灌注并且被封装入包封内。例如采用铝复合薄膜作为包封。被包封的电池单元由于其柔软的包封因此也被称作软包或者软包装。坚硬的金属壳体也被用作为壳体，例如以被深冲的或者流动旋压的壳体件的形式。在这种情况下，谈及硬壳体或者硬壳。

由DE 102 55 121 A1已知一种用于电池单元的隔离物。所述隔离物包括柔性的、穿孔的载体和填充所述载体的穿孔的多孔陶瓷材料。陶瓷材料适用于容纳离子传导的电解质，并且为了避免产生枝晶，包括第一平均孔径尺寸的第一个多孔层，该层接触所述电池单元的第一电极，以及包括第二平均孔径尺寸的第二多孔层，该层接触所述电池单元的另外的电极。所述第二多孔层的第二平均孔径尺寸小于所述第一多孔层的第一平均孔径尺寸。

在由现有技术已知的电池单元中，如图1中所示，正电极、隔离物和负电极相互堆叠放置。所述隔离物用电解质灌注，并且容许离子在所述两个电极之间流动。在此，所述隔离物具有突出的区域，所述区域从所述电极上突出。这一突出的区域是必要的，以便确保所述两个电极的可靠分隔。在此，离子可借助所述电解质在整个被所述隔离物填满的区域内流动。因此，在所述电极的边缘区域中，为离子传导提供了比在所述层结构的内部区域内更大的区域，使得边缘区域内的离子流提高。离子沿着其流动的电流路径在图1中通过连续的线条来标示。不均匀的离子流是不利的，因为在提高的离子流密度的区域内出现所述电极的局部过载。在锂离子电池单元的情况下，这是尤其有问题的，因为这在提高的离子流密度的区域内可能导致锂的沉积，这影响电池的安全性。

这样的枝晶化的、例如锂的沉积或者沉淀例如在电池单元充电时或者由于例如在制造过程中进入所述电池单元内的金属的污染产生。这种沉积垂直于阳极作为枝晶在所述阳极上生长，并且可在空间上穿透后面的元件、例如被布置在所述阳极与所述阴极之间的隔离物或者从其中生长出来。这大多导致具有相应安全风险的内部短路。尤其是在原电池的边缘区域内、即在所述隔离物的多孔区域以外的区域内或者在并非直接位于所述电极之间的区域内，例如可接触到例如导电体、如铝或铜的游离金属，使得存在以下风险，即：少量污染就已经触发低阻抗的短路。这些污染在上述边缘区域内特别关键，因为在此所述导电体例如有些位置并未涂覆活性材料涂层并且由此出现与所述导电体的涂有活性材料的区域相比更高的电流，这些更高的电流可能导致短路。例如可通过禁止这些杂质金属、例如铜离子的离子流的方式，来避免枝晶的生长。

因此期望的是，实现遍布所述电极的尤其是整个活性面的均匀离子流并且在位于两个电极之间的区域以外的区域内禁止离子流。

发明内容

提出了一种原电池，包括正电极、负电极以及被灌注有电解质且被布置在所述正电极与所述负电极之间的多孔隔离物，其中所述隔离物具有多孔的区域，该多孔的区域与所述正电极和所述负电极的活性面基本一致，并且其中所述隔离物在所述多孔区域以外具有以下区域，在该区域内，该区域的孔隙通过所述隔离物基于热效应的熔融而被封闭，使得所述正电极与所述负电极之间的通过电解质的电流路径仅在该一致的区域内延伸。

这要这样来理解，即所述隔离物仅在所述多孔区域以外的区域内被加温、变暖或者被加热并且熔融，但并不是在所述多孔区域内。热效应也应该被理解为一种加温或者一种加热。因此，概念“热”是指以下温度，在该温度下，所述隔离物变软，开始熔融或者熔融。