CN102656732A - 锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在壳体中的锂离子电池，其包括组件(a)至(e)：(a)阳极；(b)阴极；(c)分隔物；(d)电解质，其包括锂盐和非水溶剂；(e)非离子型表面活性物质。

Description

锂离子电池
本发明涉及二次电池，特别是锂离子电池，其具有改进的特性，例如在格式化或者在充电/放电操作时有较少的容量损失。本发明还涉及制造所述电池的方法以及所述电池的用途。
二次电池，特别是锂离子二次电池，会因为其高能量密度和高容量而被用作移动信息设备的驱动力。此外，这类电池也用于工具、电动车和使用混合动力的车辆。
考虑到容量和能量密度很需要提供此类电池。此外在本发明的范畴中，对于实现所期望的特性还有益的是，在电池中所容纳的电极中的细孔特别是分隔物中的细孔尽可能均匀且完全地以电解质来填充。完全填充所述细孔通常是复杂的，因为在这些细孔中所容纳的气体必须被电解质挤出。这是相对缓慢并且在大多数情况下不可量化进行的过程。而将用于在填充之前将气体抽真空的方法几乎是不能可重复地实现的。
US 6,960,410B2(WO 02/091497A2)提出，在锂离子电池的电解质中添加含氟的非离子物质，以便降低电解质与电极之间的阻抗。
本发明的任务在于，提供一种二次电池，特别是锂离子二次电池，在该二次电池中，电极和分隔物中的细孔以电解质来填充或者能够以电解质来填充，使得在充电/放电操作时能够保持尽可能高的电池容量。
本任务通过锂离子电池来解决，所述锂离子电池包括组件(a)至(e)：
(a)阳极；
(b)阴极；
(c)分隔物；
(d)电解质，其包括锂盐和非水溶剂；
(e)至少一种非离子型表面活性物质。
其中，分隔物优选为非电子导电的或者仅仅是很差地电子导电的，并且最好包括至少部分地允许物质透过的载体，其中该载体最好在至少一面上以无机材料涂覆，其中最好使用一种有机材料作为至少部分地允许物质透过的载体，该载体最好构成为无纺绒头织物(Vlies)，其中所述有机材料最好包括聚合物并且特别优选地包括聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，其中有机材料以无机材料，最好是离子导电的无机材料涂覆，所述无机材料更优选地在从-40℃至200℃的温度范围内是离子导电的，其中无机材料优选地包括元素Zr、Al、Li中的至少一种的氧化物、磷酸盐、硫酸盐、钛酸盐、硅酸盐、铝硅酸盐的组中的至少一种化合物，特别优选为二氧化锆，并且其中无机的离子导电的材料优选地具有最大直径在100nm以下的颗粒。
在下文中，术语“锂离子电池”和“锂离子二次电池”被同义地使用。该术语还包括术语“锂电池”、“锂离子充电电池”和“锂离子原电池”。锂离子充电电池通常由单个锂离子电池的串联或并联来构成。这就意味着，术语“锂离子电池”被用作上述在现有技术中通用的术语的总称。
术语“正电极”意味着在将电池与用电器，例如电动机相连时能够接收电子的电极。因此，正电极是阴极。术语“负电极”意味着在工作时能够给出电子的电极。因此，负电极是阳极。
根据本发明的电池的阳极(a)能够由多种材料制成，这些材料适用于具有锂离子电解质的电池。例如，负电极能够包含锂金属或合金形式的锂，其可以是薄膜形式、栅格形式或者颗粒形式，它们通过适合的接合剂组装到一起。而使用锂金属氧化物，比如锂钛氧化物同样是可能的。总的来说，可使用所有能够与锂形成嵌入化合物的材料。因此，适合用于负电极的材料包括例如石墨、人造石墨、炭黑、中间相碳、掺杂碳、富勒烯、氧化铌(Niobpentoxid)、锡合金、氧化钛、氧化锡、和这些物质的混合物。
根据本发明的电池的阴极(b)最好具有化学式为LiMPO4的化合物，其中，M是元素周期表中的至少一种第一行的过渡金属阳离子，其中所述过渡金属阳离子最好从由Mn、Fe、Ni和Ti或者这些元素的组合所构成的组中选取，并且其中所述化合物最好具有橄榄石结构，最好为高级橄榄石，其中特别优选为Fe。
可将总化学式为LiFePO4的、具有橄榄石结构的磷酸铁锂用于根据本发明的锂离子电池。然而还有可能的是，使用包含从Mn、Cr、Co、Cu、Ni、V、Mo、Ti、Zn、Al、Ga、B和Nb所构成的组中选取的元素M的磷酸铁锂。此外还有可能的是，磷酸铁锂包含碳以便增强导电性。
在另一个实施方式中，用于制造正电极的、具有橄榄石结构的磷酸铁锂具有总化学式LixFe1-yMyPO4，其中M是至少一种从Mn、Cr、Co、Cu、Ni、V、Mo、Ti、Zn、Al、Ga、B和Nb所构成的组中选取的元素，其中0.05＜x≤1.2且0≤y≤0.8。
在一个实施方式中，x＝1且y＝0。
正电极包含最好具有纳米颗粒的形式的磷酸铁锂。纳米颗粒可采取任意形式，也就是说，其能够是近似球状的或者是细长的。
在一个实施方式中，磷酸铁锂具有作为D95值测量的、小于15μm的颗粒大小。所述颗粒大小最好是小于10μm。
在另一个实施方式中，磷酸铁锂具有作为D95值测量的、在0.005μm至10μm之间的颗粒大小。
在另一个实施方式中，磷酸铁锂具有作为D95值测量的、小于10μm的颗粒大小，其中D50值为4μm±2μm而D10值则小于1.5μm。
能够通过使用静态激光漫射(激光衍射，激光衍射法)进行测量来确定指定的值。该方法是现有技术中已知的。
根据优选实施方式，阴极还可能够包括：锰酸锂，最好是尖晶石类型的LiMn2O4；钴酸锂，最好是LiCoO2；或者镍酸锂，最好是LiNiO2；或者是由两种或三种这类氧化所组成的混合物；或者是一种包括镍、锰和钴(NMC)的锂混合氧化物。
在一个优选的实施方式中，阴极包括至少一种由锂-镍-锰-钴-混合氧化物(NMC)所组成的活性材料，其不具有尖晶石结构，而与具有尖晶石结构的锂-锰-氧化物(LMO)混合。
优选地，活性材料包括至少30Mol％的NMC，最好是至少50Mol％的NMC，并且同时包括至少10Mol％的LMO，最好是至少30Mol％的LMO，其各自相对于阴极的活性材料的总摩尔数(即并非相对于整个阴极，因为该电极除了活性材料还可能包括有导电助剂、接合剂、稳定剂等)。
优选的是，NMC和LMO一共占活性材料的至少60Mol％，更优选地占至少70Mol％，更优选地占至少80Mol％，更优选地占至少90Mol％，其各自相对于阴极的活性材料的总摩尔数(即并非相对于整个阴极，因为该电极除了活性材料还可能包括有导电助剂、接合剂、稳定剂等)。
原则上，除了在这些氧化物中除锂之外还必须分别包括至少5Mol％，优选为分别至少15Mol％，更优选为分别至少30Mol％的镍、锰和钴，对锂-镍-锰-钴-混合氧化物的成分没有限制，上述含量分别相对于锂-镍-锰-钴-混合氧化物中过渡金属的总摩尔数。只要能确保存在上述最低摩尔量的Ni、Mn和Co，锂-镍-锰-钴-混合氧化物能够掺杂有任何其他的金属，特别是过渡金属。
其中，按以下化学计量的锂-镍-锰-钴-混合氧化物是特别优选的：Li[Co1/3Mn1/3Ni1/3]O2，其中Li、Co、Mn、Ni和O的份额可以分别改变+/-5％。
在正电极(b)中，所使用的磷酸铁锂或者一种或多种锂氧化物以及用于负电极(a)的材料通常通过接合剂固定到一起，所述接合剂将这些材料固定在电极上。例如，能够使用聚合物接合剂。最好使用聚偏氟乙烯(Polyvinylidenfluorid)、聚环氧乙烷(Polyethylenoxid)、聚乙烯(Polyethylen)、聚丙烯(Polypropylen)、聚四氟乙烯(Polytetrafluorethylen)、聚丙烯酸脂(Polyacrylat)、乙烯-(丙烯-二烯-单体)-共聚物(Ethylen-(Propylen-Dien-Monomer)-Copolymer)(EPDM)、以及它们的混合物和共聚物作为接合剂。
电池的分隔物(c)必须允许锂离子透过，以便保证在正电极和负电极之间锂离子的离子传输。另一方面，该分隔物必须对电子绝缘。
根据本发明的电池的分隔物包括由无纺聚合物纤维制成的绒头织物，其也被成为“非交织纤维织物(non-woven fabrics)”，该分隔物是不导电的。术语“绒头织物”与例如术语“纤维织物(Gewirke)”或者“毡制品(Filz)”同义地使用。也可使用术语“非交织(nicht verwebt)”来代替术语“无纺(ungewebt)”。
绒头织物最好是柔性的，并且具有小于30μm的厚度。制造此类绒头织物的方法在现有技术中是已知的。
所述聚合物纤维最好从聚丙烯腈(Polyacrylnitril)、聚烯烃、聚酯、聚酰亚胺、聚醚、聚砜、聚酰胺、聚醚所构成的聚合物组中选取。
适合的聚烯烃是例如聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯。
优选的聚酯最好是聚对苯二甲酸乙二酯。
在一个优选的实施方式中，分隔物包括绒头织物，其使用无机材料来单侧或双侧地涂覆。术语“涂覆”包括：离子导电的无机材料不仅存在于绒头织物的一侧或两侧，而是也存在于绒头织物的内部。用于涂覆的材料最好是元素锆、铝、锂中的至少一种的氧化物、磷酸盐、硫酸盐、钛酸盐、硅酸盐、铝硅酸盐的组中的至少一种化合物。
离子导电的无机材料最好在从40℃至200℃的温度范围内是离子导电的，也就是说对于锂离子是离子导电的。
在一个优选的实施方式中，离子导电的材料包括二氧化锆或由二氧化锆组成。
此外，能够使用一种分隔物，其由至少部分地允许物质透过的载体组成，该分隔物是非电子导电的或者仅仅是很差地电子导电的。所述载体在至少一面上以无机材料涂覆。使用一种有机材料作为至少部分地允许物质透过的载体，该载体最好构成为无纺绒头织物。该有机材料设计成聚合物纤维的形式，最好是聚对苯二甲酸乙二酯(PET)的聚合物纤维。绒头织物以无机的离子导电的材料涂覆，其最好在从-40℃至200℃的温度范围内是离子导电的。无机的离子导电的材料优选地包括元素锆、铝、锂中的至少一种的氧化物、磷酸盐、硫酸盐、钛酸盐、硅酸盐、铝硅酸盐的组中的至少一种化合物，特别优选为二氧化锆。优选地，无机的离子导电的材料包括具有在100nm以下的最大直径的颗粒。
此类分隔物例如有德国的Evonik AG公司所出售的商品名为
Figure BDA00001770914200061
的分隔物。
制造此类分隔物的方法在现有技术中是已知的，例如可从EP 1017476B1、WO 2004/021477和WO 2004/021499中得知。
原则上，在二次电池中所使用的分隔物中过大的细孔和孔洞能够导致内部短路。因此，电池可能以一种危险的反应非常迅速地自我放电。此处可能出现足以使得所连接的电池单元在最差情况下甚至可能爆炸的大电流。出于这一原因，对于锂的高功率电池或锂的高能量电池的安全性或不安全性来说，分隔物是起决定性作用的。
一般来说，从某一温度(所谓的“停机温度(Shut-Down-Temperatur)”，其位于大约120℃)开始，聚合物分隔物抑制任何通过电解质的电流传输。这是通过在该温度下破坏分隔物的细孔结构并且将所有细孔封闭来实现的。由此，不能再传输离子，从而压制可能引发爆炸的危险反应。然而，如果电池由于外部环境而被进一步加热，那么在大约150至180℃时超过所谓的“停机温度”。在该温度以上，分隔物开始熔化，并因此收缩。此时，在电池中的许多位置上，两个电极之间发生直接接触，并由此导致大面积的内部短路。这会导致可能最终引发电池爆炸的不受控制的反应，或者产生的压力在火灾发生时通常必须通过超压阀门(破裂片(Berstscheibe))来降低。
如果通过高温将载体材料的聚合物结构熔化并渗入无机材料的细孔并由此将这些细孔封闭，那么仅当用于根据本发明的电池的分隔物包括由非交织的聚合物纤维构成的绒头织物和无机涂层时，会发生停机(关机)。然而，在使用分隔物时则不会出现这种停机(中断)，因为无机颗粒确保了不会发生分隔物的完全熔化。由此保证了不会出现可能大面积短路的工作状态。
使用绒头织物(其具有厚度与孔隙率的特别适当的结合)的方式，可制造出能够满足高功率电池特别是锂的高功率电池中的分隔物的要求的分隔物。通过同时使用氧化物颗粒(其颗粒大小被精确确定)来产生多孔的(陶瓷)涂层，可实现所制成的分隔物的特别高的孔隙率，其中，这些细孔通常足够小以防止“锂晶须(Lithium-Whiskern)”不期望地延伸穿过分隔物。
然而，由于分隔物的高孔隙率必须确保在这些孔中不存在死角(Totraum)。
根据本发明，以电解质完全地或者至少近似完全地填充分隔物中的细孔是通过表面活性物质的存在来实现的。
为本发明而使用的分隔物还具有以下优点，在分隔物材料的无机表面上部分聚集导电盐的阴离子，这将导致分解的改善，并由此导致在高电流区域中改善的离子导电性。
为根据本发明的电池使用的分隔物，其包括柔性的绒头织物，该绒头织物具有存在于其上和其中的多孔无机涂层，其中绒头织物的材料是从非交织的、非导电性的聚合物纤维中选出的，其特征在于，该绒头织物具有：小于30μm的厚度；大于50％，最好是50至97％的孔隙率；以及，其中至少50％的细孔具有从75至150μm孔径的孔径分布。
特别优选地，分隔物包括绒头织物，其具有从5至30μm的厚度，最好是从10至20μm的厚度。特别重要的还有，在绒头织物中有如上给定的尽可能均匀的孔径分布。在绒头织物中更加均匀的孔径分布得到关于被最佳地确定的氧化物颗粒的确定大小的、优化的分隔物孔隙率。
基质的厚度对分隔物的特性有着很大的影响，因为用电解质浸渍的分隔物的柔性及其表面电阻依赖于基质的厚度。由于薄的厚度，与电解质结合的应用中实现了特别低的分隔物电阻。分隔物本身具有非常高的电阻，因为其本身必须具有绝缘的特性。此外，较薄的分隔物允许在电池堆栈中实现增大的封装密度，从而使得在有相同体积的情况下能够存储更多的能量。
绒头织物最好具有从60至90％，特别优选为从70至90％的孔隙率。其中，孔隙率被定义为绒头织物(100％)的体积减去绒头织物的纤维的体积，也就是说，绒头织物的体积中没有被材料填充的部分。绒头织物的体积能够根据绒头织物的尺寸来计算。纤维的体积根据所观察的绒头织物的被测质量和聚合物纤维的密度来计算。基质大的孔隙率还实现了分隔物较高的孔隙率，由此能够实现用分隔物容纳更多的电解质。
为了能够得到具有绝缘特性的分隔物，该分隔物具有作为用于绒头织物的聚合物纤维的、如以上所定义最好不导电的聚合物的纤维，其最好从聚丙烯腈(PAN)、聚酯例如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)和/或聚烯烃(PO)例如聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)、或者此类聚烯烃的混合物中选取。
绒头织物的聚合物纤维最好具有从0.1至10μm的，特别优选为从1至4μm的直径。
特别优选的柔性绒头织物具有小于20g/m2的，最好是从5至10g/m2的表面重量。
在绒头织物之上和之中，分隔物具有多孔的、导电的、瓷的涂层。优选地，位于绒头织物之上和之中的多孔的、元素Li、Al、Si和/或Zr的、无机涂层氧化物颗粒，其具有从0.5至7μm的，优选为从1至5μm的并且特别优选为从1.5至3μm的平均颗粒大小。特别优选地，分隔物具有位于绒头织物之上和之中的多孔的无机涂层，具有从0.5至7μm，优选为从1至5μm并且特别优选为从1.5至3μm的平均颗粒大小的氧化铝颗粒，它们通过元素Zr或Si的氧化物来粘接。为了实现尽可能高的孔隙率，所有颗粒中的优选为质量百分比多于50％并且特别优选为质量百分比多于80％的颗粒都要遵从上述平均颗粒大小的限制。正如以上已经描述过的，最大颗粒的大小最好为所用绒头织物厚度的1/3至1/5，并且特别优选为小于或等于所用绒头织物厚度的1/10。
优选地，分隔物具有从30至80％，优选为从40至75％并且特别优选为从45至70％的孔隙率。此处，孔隙率涉及可达到的细孔，也就是开放的细孔。此处，假设仅存在开放的细孔时，孔隙率能够借助已知的压汞法(Quecksilber-Porosimetrie)来确定，或者能够根据所用原料的体积和密度来计算。
用于根据本发明的电池的分隔物，其特征还在于，其可能具有至少1N/cm，最好是至少3N/cm并且特别优选是从3至10N/cm的抗张强度(Reiβfestigkeit)。分隔物最好可以无损地弯曲直至100mm，最好是直至50mm并且特别优选是直至1mm的任意半径。分隔物高的抗张强度和好的可弯曲性具有以下优点，即在电池充电和放电时出现的电极几何结构的改变通过分隔物来承受，而不会对其造成损伤。此外，可弯曲性具有以下优点，即利用分隔物可制造商业标准化的卷绕式电池(Wickelzellen)。在这些电池中，电极/分隔物的层以标准化的尺寸彼此成螺旋形地缠绕和接触。
用于锂离子电池的电解质(d)含有多种锂盐。优选的锂盐具有惰性阴离子并且是无毒的。适合的锂盐最好是六氟磷酸锂、六氟砷酸锂、锂-双(三-氟甲基磺酰亚胺)、三氟甲磺酸锂、锂-三(三-氟甲基磺酰亚胺)-甲基化物、四氟硼酸锂、高氯酸锂、四氯铝酸锂、氯化锂、及其混合物。
在一个实施方式中，锂盐是从LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiC(CF3SO2)3、LiSO3CxF2x+1、LiN(SO2CxF2x+1)2或者LiC(SO2CxF2x+1)3、以及这些盐中的两种或多种的混合物中选取的，其中0≤x≤8。
优选地，电解质呈现为电解质溶液。适合的溶剂最好是惰性的。适合的溶剂包括例如碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸甲丁酯、碳酸盐乙丙酯、碳酸二丙酯、环戊酮、环丁砜、二甲基亚砜、3-甲基-1.3-噁唑烷-2-酮、γ-丁内酯、1.2-二乙氧基甲烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1.3-二噁茂烷、乙酸甲酯、乙酸乙酯、硝基甲烷、1.3-丙烷磺内酯、以及这些溶剂中的两种或多种的混合物。
在部件(e)中的术语“表面活性物质”意味着一种物质，其由于至少一个亲水性的结构部分(Strukturteil)以及至少一个疏水性的结构部分可使在固体表面和液体之间的表面张力得以减小。其结果是，液体至少部分地保持粘附在所述固体表面上，而不会从该固体表面上流走或滴落。
在专业参考文献中通常被称为“润湿剂(Netzmittel)”的此类表面活性物质在现有技术中是已知的。
在一个实施方式中，在根据本发明的电池中所使用的表面活性物质(e)选自羧酸酯和羧酸酰胺、磺酸酯和磺酸酰胺、烷基聚乙二醇和烷基聚乙烯醚、聚烷撑二醇醚。
羧酸酯和羧酸酰胺最好是脂肪酸酯和脂肪酸酰胺，最好是脂肪酸聚乙二醇醚和脂肪酸酰胺聚乙二醇醚。
磺酸酯和磺酸酰胺最好是烷基磺酸酯和烷基磺酸酰胺和/或是芳基磺酸酯和芳基磺酸酰胺。例如是所谓的所述苯磺酸酯和苯磺酸酰胺、十二烷基苯磺酸酯和十二烷基苯磺酸酰胺、苯磺酸十二酯。
烷基聚乙二醇最好是烷基酚聚乙二醇醚(烷基酚乙氧基化物)。
作为聚烷撑二醇醚的例子，提到了聚氧乙烯-2-硬脂醚。
上述表面活性物质(e)的例子是市场上有售的。它们仅仅是示出了表面活性物质的例子，而表面活性物质(e)并不限于上述例子。
表面活性物质最好是含氟的。
特别优选地，表面活性物质具有全氟烷基基团(Perfluoralkylgruppe)。
术语“全氟烷基基团”意味着所有烷烃基团中的氢原子由氟原子取代。
含氟的、例如含全氟烷基基团的表面活性物质在电池操作条件下通常是惰性的，和/或不产生可能对电池的工作产生不利影响的副产物。
此外，此类物质可以按通常非常有效的方式来润湿根据本发明的电池的电极和分隔物。其使得以电解质填充在电极和分隔物中所包含的细孔变得更加简单。
示例性地，适当的化合物是已知的或者是可根据已知方法生产的化合物，例如全氟辛烷羧酸酯和全氟辛烷磺酸酯。此外，还提到了如EP 0571717中所公开的全氟烷基乙烯二醇。同样还提到了具有如US 6,960,410中所公开的磺基的化合物。此外，适合的还有氟脂肪族酯，例如按商标
Figure BDA00001770914200101
可知的氟脂肪族酯，例如
Figure BDA00001770914200102
FC-4430。
上述化合物仅仅示出了含氟的表面活性物质的例子，但含氟的表面活性物质并不限于上述化合物。
电解质(d)中的含氟锂盐的使用，能够以协同方式来支持表面活性物质(e)的作用，特别是当这些盐还具有全氟烷基基团时也是如此。
在一个实施方式中，使用了相对于电解质的总量而言质量百分比从0.001至10％的量的表面活性物质，所述量最好为质量百分比从0.05至5％，特别优选为质量百分比从0.1至1％。
已经令人惊讶地发现，在以电解质填充电池时，在应用表面活性物质(e)的情况下能够比在未应用表面活性物质(e)的情况下明显减低格式化电池时出现的不可逆容量损失。这对于以下所述的电池来说是极其有利的：在所述电池中，在充电/放电工作中的容量，也就是说在用于装置(例如电动机)的驱动工作中的容量必须尽可能高地维持。
术语“格式化(Formatierung)”或“格式化(Formatieren)”或者“电池的格式化(Formatierung der Batterie)”或“格式化电池(Formatieren derBatterie)”意味着第一次充电以将电极中的活性物质改变成被充电状态。
不可逆容量损失通过以下方式来确定，即通过在第一次充电之后的电池容量和在第一次放电之后的电池容量(例如第二次充电和第二次放电)来确定。
相应地，在根据本发明的锂离子电池的实施方式中，表面活性物质最好被选择使得在电池的格式化时的不可逆容量损失小于在没有表面活性物质的情况下进行格式化时电池的不可逆容量损失。
在所述容量特性中已作出的小改进，例如1至5％，已经被认为是显著的改进。
表面活性物质最好被选择使得不可逆容量损失最高为在没有表面活性物质的情况下格式化时电池的不可逆容量损失的95％，最好是最高90％，特别优选是最高85％。
负电极(a)和正电极(b)与特别是分隔物(c)和电解质(d)和表面活性物质(e)的组合得到一种锂离子电池，该电池除了在格式化电池时以及充电/放电工作中降低了不可逆容量损失之外，还有具有以下优点：降低了在格式化之后交流电内阻的增大；降低了在储存(Lagerung)电池之后直流电压内阻的增大；以及，降低了在储存电池之后不可逆容量损失的增大。
相应地，根据本发明的锂离子电池的特征还在于，在格式化电池时的交流电内阻小于在没有表面活性物质的情况下进行格式化时电池的交流电内阻；和/或，在储存电池之后电池的不可逆容量损失小于在没有表面活性物质的情况下进行储存时电池的不可逆容量损失；和/或，在储存电池之后的直流电内阻小于在没有表面活性物质的情况下进行储存时的直流电内阻。
原则上，根据本发明的锂离子电池的制造能够根据现有技术中已知的方法来实现。
例如，为制造正电极，所使用的活性材料，例如磷酸铁锂，能够作为粉末沉积到电极上，并且被夯实为薄的薄膜，视情况而定可使用接合剂。另一电极可层压到第一电极上，其中以薄膜形式的分隔物被预先层压到负电极或正电极上。还有可能的是，通过相互层压的方式同时加工正电极、分隔物和负电极。由电极和分隔物所构成的联合体随后通过壳体包封。如以上在背景技术中所描述的，电解质能够被填充入电池。
在一个特别的实施方式中，制造根据本发明的锂离子电池的方法包括步骤(i)和(ii)：
(i)将表面活性物质(e)装入包括部件(a)至(c)的电池；
(ii)将电解质(d)装入电池。
一般来说，还有可能的是，与步骤(ii)同时进行步骤(i)。优选地，表面活性物质与电解质混合，更优选是溶解在电解质中。
还有可能的是，步骤(i)先于步骤(ii)执行，或者步骤(i)晚于步骤(ii)执行。最好是将表面活性物质溶解在非水溶剂中，其也被应用在电解质中。
优选地，与不使用表面活性物质的方法相比，根据步骤(ii)将电解质装入电池还能够被加速。
相应地，使用根据本发明的电池还有可能的是，根据步骤(ii)将电解质加速装入电池中。
对于在充电/放电操作中将根据本发明的锂离子电池用作移动信息设备、工具、电动车辆或混合动力车辆的驱动力来说，被优化的特性的组合是极为有益的。
实施例
40Ah的锂电池以电解质填充。其含有相对于电解质而言质量百分比为0.5％的表面活性物质(3M公司的FC-4430)。在相关的物质安全数据表中声称
Figure BDA00001770914200132
FC-4430包含氟脂肪族聚酯(B)。
为了进行比较，在构造相同的电池中填充入相同的电解质，但该电解质中不含有FC-4430(A)。
两个电池的格式化容量在下表中进行相互比较：
Figure BDA00001770914200134
关于放电容量，当电解质包含表面活性物质时，可以看到不但在格式化周期(Formierzyklus)之后，而且在第二放电过程中，有相比而言明显增高的容量以及由此减少的电池容量降低。
在含有
Figure BDA00001770914200135
FC-4430的电池中，交流电内阻AC较低。
令人惊讶地，当使用
Figure BDA00001770914200136
FC-4430的电池在大约60℃的较高温度下储存时，其还具有更好的储存稳定性。
在这种情况下，在60℃温度下储存八周之后，含有表面活性物质的电池的容量损失明显低于没有表面活性物质的电池的容量损失。
有利地，含有表面活性物质的电池的直流电压内阻也低于不含有表面活性物质的电池的直流电压内阻。
在下表中互相比较相应的值(分别用两个电池执行的测量结果的平均值)：
这些结果显示出，当以电解质填充相对大的电池时，如果没有表面活性材料进行填充的话，则可能出现涉及浸渍电极和分隔物中的细孔的问题。

Claims (14)

1.一种锂离子电池，其包括组件(a)至(e)：
(a)阳极；
(b)阴极；
(c)分隔物；
(d)电解质，其包括锂盐和非水溶剂；
(e)至少一种非离子型表面活性物质。
2.如权利要求1所述的锂离子电池，其中所述分隔物是非电子导电的或者仅仅是很差地电子导电的，并且最好包括至少部分地允许物质透过的载体，其中所述载体最好在至少一面上以无机材料涂覆，其中最好使用有机材料作为至少部分地允许物质透过的载体，所述载体最好构成为无纺绒头织物，其中所述有机材料最好包括聚合物并且特别优选地包括聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，其中有机材料以无机材料，最好是离子导电的无机材料涂覆，所述无机材料更优选地在从-40℃至200℃的温度范围内是离子导电的，其中无机材料优选地包括元素Zr、Al、Li中的至少一种的氧化物、磷酸盐、硫酸盐、钛酸盐、硅酸盐、铝硅酸盐的组中的至少一种化合物，特别优选为氧化锆，并且其中无机的离子导电的材料优选地具有最大直径在100nm以下的颗粒。
3.如权利要求1或2所述的锂离子电池，其中所述锂盐是从LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiC(CF3SO2)3、LiSO3CxF2x+1、LiN(SO2CxF2x+1)2或者LiC(SO2CxF2x+1)3、以及这些盐中的两种或多种的混合物中选取的，其中0≤x≤8。
4.如前述权利要求中任一项所述的锂离子电池，其中所述非水溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸甲丁酯、碳酸乙丙酯、碳酸二丙酯、环戊酮、环丁砜、二甲基亚砜、3-甲基-1.3-噁唑烷-2-酮、γ-丁内酯、1.2-二乙氧基甲烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1.3-二噁茂烷、乙酸甲酯、乙酸乙酯、硝基甲烷、1.3-丙烷磺内酯、以及这些溶剂中的两种或多种的混合物。
5.如前述权利要求中任一项所述的锂离子电池，其中所述表面活性物质是羧酸酯、羧酸酰胺、磺酸酯、磺酸酰胺、烷基聚乙二醇、聚烷撑二醇醚。
6.如前述权利要求中任一项所述的锂离子电池，其中所述表面活性物质是含氟的。
7.如前述权利要求中任一项所述的锂离子电池，其中所述表面活性物质具有全氟烷基基团。
8.如前述权利要求中任一项所述的锂离子电池，其中使用相对于电解质的总量而言质量百分比从0.001至10％的表面活性物质，最好为质量百分比从0.05至5％，特别优选为质量百分比从0.1至1％。
9.一种如前述权利要求任一项所述的锂离子电池的用途，用于减少在格式化电池时的不可逆容量损失，其中所述表面活性物质被选择使得在格式化所述电池时不可逆容量损失小于在没有表面活性物质的情况下进行格式化时的电池的不可逆容量损失。
10.如权利要求9所述的用途，其中所述不可逆容量损失最高为在没有所述表面活性物质的情况下格式化时所述电池的不可逆容量损失的95％，最好是最高90％，特别优选是最高85％。
11.如权利要求9或10所述的用途，其中在格式化所述电池时的交流电内阻小于在没有所述表面活性物质的情况下进行格式化时电池的交流电内阻；和/或，在储存所述电池之后电池的不可逆容量损失小于在没有所述表面活性物质的情况下进行储存时电池的不可逆容量损失；和/或，在储存所述电池之后的直流电内阻小于在没有所述表面活性物质的情况下进行储存时的直流电内阻。
12.一种用于制造如权利要求1至8中任一项所述的锂离子电池的方法，其包括步骤(i)和步骤(ii)：
(i)将表面活性物质(e)装入包括部件(a)至(c)的电池；
(ii)将电解质(d)装入电池。
13.如权利要求12所述的方法，其中
步骤(i)与步骤(ii)同时执行；或者
步骤(i)先于步骤(ii)执行；或者
步骤(i)晚于步骤(ii)执行。
14.一种如权利要求1至8中任一项所述的锂离子电池的用途，或者一种如权利要求12或13中任一项制造的锂离子电池的用途是在充电操作/放电操作中作为用于移动信息设备、工具、电动车或使用混合动力的车辆的驱动力。
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