DE102009055944B4 - Separator for an electrochemical cell and electrochemical cell with such a separator - Google Patents

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Abstract

Separator für eine elektrochemische Zelle (10) in der Form einer elektronisch isolierenden Trennschicht (1) mit mindestens einer schichtförmigen Einzellage (2, 11, 12, 12', 13), wobei die Trennschicht (1) eine Vielzahl von Poren (8) zur Aufnahme eines Elektrolyts (9) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den Poren (8) der Trennschicht (1) auf mindestens einer Seite (17, 17') der mindestens einen Einzellage (2, 11, 12, 12', 13) ein regelmäßiges oder regelloses aus einer Vielzahl von Erhebungen (3, 4, 5) und/oder Vertiefungen (3', 4') bestehendes Muster aufgebracht ist, wobei die Erhebungen (3, 4, 5) eine Höhe (d3) in einem Bereich zwischen 0,01 μm und 100 μm aufweisen und/oder dass die Vertiefungen (3', 4') eine Tiefe (d3) in einem Bereich von 0,01 μm bis 100 μm aufweisen, wobei außerdem ein mittlerer Abstand (d2) zwischen den Erhebungen (3, 4, 5) und/oder den Vertiefungen (3', 4') in einem Bereich zwischen 0,01 μm und 100 μm liegt.Separator for an electrochemical cell (10) in the form of an electronically insulating separating layer (1) with at least one layered individual layer (2, 11, 12, 12 ', 13), wherein the separating layer (1) has a multiplicity of pores (8) Receiving an electrolyte (9), characterized in that in addition to the pores (8) of the separating layer (1) on at least one side (17, 17 ') of the at least one individual layer (2, 11, 12, 12', 13) a regular or irregular pattern consisting of a plurality of elevations (3, 4, 5) and / or depressions (3 ', 4') is applied, wherein the elevations (3, 4, 5) have a height (d3) in one area between 0.01 .mu.m and 100 .mu.m, and / or that the recesses (3 ', 4') have a depth (d3) in a range from 0.01 .mu.m to 100 .mu.m, wherein in addition a mean distance (d2) between the Elevations (3, 4, 5) and / or the recesses (3 ', 4') is in a range between 0.01 .mu.m and 100 .mu.m.

Description

Die Erfindung betrifft einen Separator für eine elektrochemische Zelle und eine elektrochemische Zelle mit einem solchen Separator, insbesondere eine Lithium-Ionen-Zelle.The invention relates to a separator for an electrochemical cell and an electrochemical cell with such a separator, in particular a lithium-ion cell.

Elektrochemische Zellen werden in vielen Bereichen der Technik als Energiespeicher eingesetzt. Insbesondere werden sie in der Fahrzeugtechnik in Energiespeichersystemen von Elektro- und Hybridfahrzeugen verwendet, aber auch im stationären Bereich, etwa zur Pufferung von Lastspitzen oder bei Energiespeichern zur dezentralen Energieversorgung.Electrochemical cells are used in many areas of technology as energy storage. In particular, they are used in vehicle technology in energy storage systems of electric and hybrid vehicles, but also in the stationary area, such as for buffering peak loads or energy storage for decentralized energy supply.

Eine elektrochemische Zelle beinhaltet zwei Elektroden, welche über einen Elektrolyten Ionen, in der Regel Ionen eines Metalls, miteinander austauschen können. Zwischen den beiden Elektroden ist ein Separator angeordnet, welcher einer räumlichen Trennung sowie einer elektrischen Isolation der beiden Elektroden dient. Außerdem hat der Separator die Aufgabe, den Elektrolyten in sich aufzunehmen und auf diese Weise den Ionenaustausch zwischen den Elektroden durch den Separator hindurch zu ermöglichen. Um einen möglichst kompakten Aufbau und eine besonders hohe Energiedichte der elektrochemischen Zelle zu erreichen, steht der Separator meistens in einem Berührungskontakt mit den Elektroden oder ist zumindest in einer unmittelbaren Umgebung der beiden Elektroden angeordnet.An electrochemical cell includes two electrodes, which can exchange ions with one another via an electrolyte, usually ions of a metal. Between the two electrodes, a separator is arranged, which serves a spatial separation and electrical insulation of the two electrodes. In addition, the separator has the task of receiving the electrolyte in it and in this way to allow ion exchange between the electrodes through the separator. In order to achieve the most compact possible structure and a particularly high energy density of the electrochemical cell, the separator is usually in touching contact with the electrodes or is arranged at least in a direct vicinity of the two electrodes.

Bei einer Verwendung der elektrochemischen Zelle zwecks einer Energieentnahme sind die beiden Elektroden über einen äußeren Stromkreislauf, elektrisch miteinander verbunden, durch den eine Spannung zwischen den beiden Elektroden abgegriffen wird. Die beiden Elektroden unterscheiden sich durch ein jeweiliges Elektrodenpotential, das häufig auch als Redoxpotential bezeichnet wird, welches ein Maß dafür ist, wie leicht und wie schnell die jeweilige Elektrode die Ionen (in den Elektrolyten) abgeben können. Je kleiner dieses Potential einer Elektrode ist, umso leichter und schneller gibt die Elektrode die jeweiligen Ionen (in den Elektrolyten) ab. Eine elektrochemische Zelle beinhaltet daher zwei Elektroden mit unterschiedlichen Elektrodenpotentialen bezüglich einer Ionisierung eines chemischen Elements (meistens eines Metalls), wobei die Elektrode mit dem kleineren Potential als negative Elektrode und die Elektrode mit dem größeren Potential als positive Elektrode bezeichnet wird. Eine maximal erreichbare Spannung einer elektrochemischen Zelle, welche über den oben genannten Stromkreislauf abgegriffen werden kann, ist durch die Differenz der beiden Elektrodenpotentiale begrenzt. Um eine möglichst hohe Spannung und damit auch eine möglichst große Energiedichte in der elektrochemischen Zelle zu erreichen, ist man bestrebt, Elektrodenmaterialien, auch als Aktivmaterialien bezeichnet, zu entwickeln, welche sich durch besonders große oder besonders kleine Elektrodenpotentiale auszeichnen. Insbesondere bei Lithium-Ionen-Zellen können zu diesem Zweck sehr verschiedene Elektrodenmaterialien zum Einsatz kommen.When using the electrochemical cell for the purpose of energy extraction, the two electrodes are electrically connected to each other via an external circuit, through which a voltage between the two electrodes is tapped. The two electrodes differ by a respective electrode potential, which is often referred to as redox potential, which is a measure of how easily and how quickly the respective electrode can deliver the ions (in the electrolyte). The smaller the potential of an electrode, the easier and faster the electrode will deliver the respective ions (in the electrolyte). An electrochemical cell therefore includes two electrodes having different electrode potentials with respect to ionization of a chemical element (usually a metal), the electrode having the smaller potential being referred to as the negative electrode and the electrode having the larger potential being referred to as the positive electrode. A maximum achievable voltage of an electrochemical cell, which can be tapped via the above-mentioned circuit, is limited by the difference between the two electrode potentials. In order to achieve the highest possible voltage and thus the highest possible energy density in the electrochemical cell, it is endeavored to develop electrode materials, also referred to as active materials, which are distinguished by particularly large or particularly small electrode potentials. Particularly in the case of lithium-ion cells, very different electrode materials can be used for this purpose.

Für eine Sicherheit und eine Haltbarkeit der elektrochemischen Zelle ist eine mechanische Stabilität, thermische Stabilität (Stabilität bei hohen Temperaturen) und elektrochemische Stabilität des Separators entscheidend. Wird der Separator beispielsweise durch eine mechanische Krafteinwirkung beschädigt, insbesondere durch ein Durchdrücken oder Reißen des Separators, kann es zu einem elektrischen Kurzschluss der beiden Elektroden führen. Dies hat in der Regel eine Zerstörung der Zelle zur Folge und geht meistens mit einer sehr starken Wärmeentwicklung einher, die zu einer Brandentwicklung führen kann. Derartige Kurzschlüsse können auch durch eine Verformung des Separators infolge hoher Temperaturen entstehen, oder Dendriten durchstechen den Separator, welche beispielsweise bei Kristallisationsprozessen (Kupfer auf der negativen Ableitelektrode) innerhalb der Zelle entstehen können. Ferner sollte ein Aufquellen des Separators durch die Aufnahme des Elektrolyts so weit wie möglich unterbunden werden.For safety and durability of the electrochemical cell, mechanical stability, thermal stability (stability at high temperatures) and electrochemical stability of the separator are crucial. If the separator is damaged, for example, by a mechanical force, in particular by a pressing or tearing of the separator, it can lead to an electrical short circuit of the two electrodes. This usually results in the destruction of the cell and is usually accompanied by a very strong evolution of heat, which can lead to the development of a fire. Such short circuits can also be caused by deformation of the separator due to high temperatures, or dendrites puncture the separator, which can arise, for example, in crystallization processes (copper on the negative lead-off electrode) within the cell. Furthermore, swelling of the separator should be prevented by the absorption of the electrolyte as much as possible.

Die mechanische Stabilität des Separators, insbesondere in Form einer Steifigkeit (Stabilität gegenüber Knicken und Falten) des Separators, hat insbesondere den Vorteil, dass der Separator, dessen Dicke in der Regel in einem Mikrometerbereich liegt, in einem Produktionsprozess weniger leicht knickbar oder faltbar ist, wodurch sich Fehlproduktionen oder Stauungen während des Produktionsprozesses verringern lassen. Auch eine Handhabbarkeit des Separators, etwa bei einem Einbau in eine elektrochemische Zelle vereinfacht sich mit einer erhöhten Steifigkeit des Separators. Insgesamt ist die Bedeutung der mechanischen Stabilität des Separators bei Anwendungen in besonders großen und flächigen elektrochemischen Zellen zu.The mechanical stability of the separator, in particular in the form of a stiffness (stability to kinking and folding) of the separator, has the particular advantage that the separator, the thickness of which is generally in the micrometer range, is less easily foldable or foldable in a production process, which can reduce defective production or stagnation during the production process. Handling of the separator, for example when installed in an electrochemical cell, is also simplified with increased stiffness of the separator. Overall, the importance of the mechanical stability of the separator in applications in particularly large and flat electrochemical cells is too.

Im Stand der Technik ist bekannt, dass sich die mechanische Stabilität von auf Kunststoff basierender Separatoren durch eine Beimischung von keramischen oder anorganischen Anteilen in den Kunststoff erhöhen lässt. So wird etwa in EP 1 942 000 A1 eine Beimischung von inorganischen Füllstoffen, beispielsweise gegeben durch ein Magnesiumoxid, in eine auf Kunststoff, etwa auf Polypropylen, basierende Schicht des Separators beschrieben.It is known in the prior art that the mechanical stability of plastic-based separators can be increased by adding ceramic or inorganic components into the plastic. So will be in about EP 1 942 000 A1 an admixture of inorganic fillers, for example given by a magnesium oxide, described in a layer of the separator based on plastic, such as polypropylene.

Die elektrochemische Stabilität des Separators verhindert, dass der Separator selbst chemische Umwandlungsprozesse durchläuft wie beispielsweise eine Oxidation oder eine Reduktion von in dem Separator enthaltener Anteile. Insbesondere in elektrochemischen Zellen mit Elektroden, welche besonders hohe oder besonders niedrige Redoxpotentiale aufweisen, besteht die Gefahr der Oxidation oder Reduktion von Bestandteilen in dem Separator.The electrochemical stability of the separator prevents the separator itself from undergoing chemical conversion processes such as oxidation or reduction in the process Separator contained shares. In particular, in electrochemical cells with electrodes which have particularly high or particularly low redox potentials, there is a risk of oxidation or reduction of constituents in the separator.

Die Druckschrift DE 699 32 103 T2 beschreibt eine poröse Folie mit einer Vielzahl von Noppen und länglichen, massiven Rippen. Die Noppen haben eine Höhe von typischerweise 0,7 mm und einem maximalen Abstand untereinander von 4 bis 25 mm, wobei die separate Folie typischerweise eine Noppe pro Quadratzentimeter aufweist.The publication DE 699 32 103 T2 describes a porous film having a plurality of dimples and elongated solid ribs. The nubs have a height of typically 0.7 mm and a maximum spacing of 4 to 25 mm, with the separate film typically having one nub per square centimeter.

Die Druckschrift DE 10 2008 001 191 A1 beschreibt einen Separator für Lithium-Ionen-Zellen mit perforierter Oberfläche, wobei eine Porosität von 30 bis 55% in mehreren Prozessstufen erzeugt wird. Die Perforation, mit der die Porosität erzeugt wird, wird nach dem Extrudieren durchgeführt, wobei die entstehenden Öffnungen durch die gesamte Dicke des Separators verlaufen.The publication DE 10 2008 001 191 A1 describes a separator for perforated surface lithium-ion cells, wherein a porosity of 30 to 55% is produced in several process stages. The perforation with which the porosity is produced is carried out after the extrusion, wherein the resulting openings run through the entire thickness of the separator.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Separator für eine elektrochemische Zelle vorzuschlagen, welcher die genannten Probleme löst oder zumindest abmildert.It is therefore the object of the present invention to propose a separator for an electrochemical cell, which solves the problems mentioned or at least mitigated.

Ein solcher Separator soll also mechanisch, elektrochemisch wie auch thermisch besonders stabil und leicht herstellbar sein. Außerdem ist eine elektrochemische Zelle mit einem solchen Separator vorzuschlagen, welche sich durch eine besonders lange Haltbarkeit, möglichst große Sicherheit und leichte Herstellbarkeit auszeichnet.Such a separator should therefore be particularly stable and easy to produce mechanically, electrochemically as well as thermally. In addition, an electrochemical cell with such a separator to propose, which is characterized by a particularly long shelf life, maximum safety and ease of manufacture.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Separator mit den Merkmalen des Hauptanspruchs und durch eine elektrochemische Zelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14 gelöst. Spezielle Ausführungsformen und Weiterentwicklungen sind Gegenstände der Unteransprüche.This object is achieved by a separator with the features of the main claim and by an electrochemical cell having the features of claim 14. Specific embodiments and further developments are subject matters of the subclaims.

Demnach ist in einem erfindungsgemäßen Separator für eine elektrochemische Zelle mit einer elektronisch isolierenden Trennschicht, die eine Vielzahl von Poren zur Aufnahme eines Elektrolyts aufweist und mindestens eine schichtförmige Einzellage beinhaltet, vorgesehen, dass auf mindestens einer Seite der mindestens einen Einzellage ein regelmäßiges oder regelloses, aus einer Vielzahl von Erhebungen und/oder Vertiefungen bestehendes Muster aufgebracht ist.Accordingly, in a separator according to the invention for an electrochemical cell having an electronically insulating separating layer, which has a plurality of pores for receiving an electrolyte and at least one layered single layer, provided that on at least one side of the at least one single layer a regular or random, from a variety of surveys and / or depressions existing pattern is applied.

Die Erfindung beruht demnach auf dem Gedanken, eine mechanische Stabilität des Separators durch Aufbringen des Musters aus den Erhebungen und/oder Vertiefungen zu erhöhen. Im Vergleich zu einem Separator ohne dieses Muster hat der erfindungsgemäße Separator eine größere Steifigkeit, wodurch sich, wie bereits oben beschreiben, insbesondere seine Herstellbarkeit sowie Verarbeitbarkeit in einer elektrochemischen Zelle vereinfacht.The invention is therefore based on the idea to increase mechanical stability of the separator by applying the pattern from the elevations and / or depressions. In comparison with a separator without this pattern, the separator according to the invention has a greater rigidity, which, as already described above, in particular simplifies its manufacturability and processability in an electrochemical cell.

Der Erfindung liegt außerdem die Erkenntnis zugrunde, dass chemische Reaktionen zwischen festen Substanzen an Kontaktflächen zwischen diesen Substanzen ablaufen, an denen also ein direkter Berührungskontakt zwischen den Substanzen besteht. Durch das auf die betreffende mindestens eine Einzellage aufgetragene Muster kann eine Kontaktfläche zwischen dieser Einzellage mit an sie angrenzenden Schichten verkleinert werden, so dass chemische Reaktionen zwischen der betreffenden Einzellage und einer weiteren an die Einzellage angrenzenden Schicht, etwa eine Elektrode, nur noch an der durch das Muster reduzierten Kontaktfläche ablaufen kann. Durch das Muster können also chemische Veränderungen der betreffenden Einzellage auf den Bereich der reduzierten Kontaktfläche räumlich eingegrenzt werden. Dies resultiert in einer größeren chemischen |Stabilität|[BP1] der mit dem Muster versehenen Einzellage und somit des gesamten Separators.The invention is also based on the recognition that chemical reactions between solid substances take place at contact surfaces between these substances, ie where there is direct physical contact between the substances. By applied to the relevant at least one single layer pattern, a contact surface between this single layer can be reduced with adjoining layers, so that chemical reactions between the individual layer and another adjacent to the single layer layer, such as an electrode, only at the by the pattern reduced contact surface can run off. Thus, chemical changes of the individual layer in question can be spatially limited to the area of the reduced contact area by the pattern. This results in greater chemical stability [BP1] of the single layer provided with the pattern and thus of the entire separator.

In einer Ausführungsform ist das Muster daher auf einer Außenfläche der Trennschicht des Separators aufgebracht. Diese Außenfläche fungiert in der Regel als Kontaktfläche mit einer Elektrode einer elektrochemischen Zelle. Da, wie oben bereits beschrieben, solche Elektroden häufig Aktivmaterialien mit besonders hohen oder besonders niedrigen Redoxpotentialen aufweisen, besteht in der Regel ein besonders großes Risiko, dass die Trennschicht des Separators an dieser Außenfläche durch das Aktivmaterial der Elektrode oxidiert oder reduziert wird. Daher tragen die genannten Muster auf der Außenfläche der Trennschicht durch die beschriebene Reduktion der Kontaktfläche besonders stark zur Vergrößerung der elektrochemischen Stabilität des Separators bei.In one embodiment, therefore, the pattern is applied to an outer surface of the separation layer of the separator. This outer surface usually acts as a contact surface with an electrode of an electrochemical cell. Since, as already described above, such electrodes frequently have active materials with particularly high or particularly low redox potentials, there is generally a particularly great risk that the separation layer of the separator on this outer surface is oxidized or reduced by the active material of the electrode. Therefore, the above-mentioned patterns on the outer surface of the separation layer contribute greatly to the increase of the electrochemical stability of the separator due to the described reduction of the contact area.

Während die Kontaktflächen zwischen dem Separator und einer Elektrode durch das Muster verringert werden kann (für eine verbesserte elektrochemische Stabilität des Separators), vergrößert sich durch das Muster gleichzeitig eine Oberfläche des Separators und mit ihr eine Benetzbarkeit des Separators mit einer Flüssigkeit, wie etwa dem Elektrolyten. Auf diese Weise ergibt sich ein weiterer wesentlicher Vorteil des hier beschriebenen Musters durch die verbesserte Benetzbarkeit des Separators durch den Elektrolyten. Durch eine hohe Benetzbarkeit des Separators mit dem Elektrolyten wird gleichzeitig eine vollständige und gleichmäßige Durchdringung und Durchnässung der Trennschicht des Separators mit dem Elektrolyt erleichtert und verbessert. Eine solche möglichst vollständige Durchdringung der Trennschicht mit dem Elektrolyten ist notwendig für eine möglichst gute und gleichmäßige Ionenleitfähigkeit des Separators durch die Trennschicht, die wiederum eine Vorraussetzung für eine hohe Leistungsfähigkeit und Haltbarkeit einer elektrochemischen Zelle ist.While the contact area between the separator and an electrode may be reduced by the pattern (for improved electrochemical stability of the separator), the pattern simultaneously enlarges a surface of the separator and, with it, wettability of the separator with a liquid, such as the electrolyte , In this way, a further significant advantage of the pattern described here results from the improved wettability of the separator by the electrolyte. By a high wettability of the separator with the electrolyte at the same time a complete and uniform penetration and wetting of the separating layer of the separator with the electrolyte is facilitated and improved. Such as complete as possible penetration of the separation layer with the electrolyte is necessary for the best possible and uniform ion conductivity of the separator through the separation layer, which in turn a prerequisite for high performance and durability of an electrochemical cell.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht vor, dass die Erhebungen und/oder Vertiefungen als Noppen, Krater, Rillen, Rippen und/oder wabenförmige Strukturen ausgestaltet sind. Solche Strukturen lassen sich in der Regel besonders leicht herstellen, etwa durch Walzen oder Eindrücken. Ferner lässt sich mit solchen Strukturen, insbesondere durch wabenförmige Strukturen, eine besonders hohe Stabilität und Steifigkeit des Separators erreichen. Außerdem eignen sich die genannten Strukturen dazu, sich ineinander zu verhaken oder zu verzahnen, wenn sie sich auf einander zugewandten Seiten zweier direkt nebeneinander angeordneter Einzellagen des Separators aufgebracht sind, so dass die genannten Strukturen der einen Einzellage sich einem Berührungskontakt mit den Strukturen der anderen Einzellage befinden. Durch ein Verzahnen oder Verhaken der Strukturen ist eine verbesserte Haftung dieser Einzellagen aneinander erreichbar. Dadurch kann insbesondere ein Verschieben, Verziehen oder Verformen der Einzellagen gegeneinander vermindert werden, so dass insgesamt eine größere mechanische Stabilität des Separators erreicht werden kann. Insbesondere kann auf diese Weise eine Einzellage, welche etwa aus einem Kunststoff besteht und welche bei bestimmten Temperaturen zu Verformungen neigt, etwa zu einem Zusammenziehen, durch eine benachbarte formbeständigere Einzellage, etwa mit einem bestimmten anorganischen Anteil, besonders gut durch die miteinander verhakten oder verkeilten Muster gestützt werden. Außerdem erleichtert sich auf diese Weise auch die Herstellung eines solchen Separators, da solche Einzellagen nach einem Aneinanderlegen weniger leicht gegeneinander verrutschen können.An embodiment of the invention provides that the elevations and / or depressions are configured as nubs, craters, grooves, ribs and / or honeycomb-shaped structures. As a rule, such structures can be produced particularly easily, for example by rolling or pressing in. Furthermore, with such structures, in particular by honeycomb-shaped structures, a particularly high stability and rigidity of the separator can be achieved. In addition, the structures mentioned are suitable for interlocking or interlocking with one another when they are applied to mutually facing sides of two individual layers of the separator arranged directly next to one another, so that said structures of a single layer are in physical contact with the structures of the other single layer are located. By interlocking or hooking the structures, improved adhesion of these individual layers to one another can be achieved. As a result, in particular, a displacement, warping or deformation of the individual layers relative to one another can be reduced, so that overall a greater mechanical stability of the separator can be achieved. In particular, can in this way a single layer, which consists of a plastic and which tends to deformation at certain temperatures, such as a contraction, by an adjacent dimensionally stable single layer, such as a certain inorganic content, particularly well by the interlocked or wedged pattern be supported. In addition, facilitates in this way, the production of such a separator, since such individual layers can not easily slip against each other after a juxtaposition.

Eine besonders leicht herstellbare Ausführungsform sieht vor, dass das genannte Muster auf die mindestens eine Einzellage durch ein Umformverfahren aufgebracht ist, insbesondere durch Walzen oder Eindrücken, beispielsweise integriert in einem Castverfahren. Besonders gut sind solche Umformungen auch für Einzellagen geeignet in einer Abfolge an ein vorausgegangenes Extrudieren, Coaten, Recken, Ausziehen oder Siebdrucken der Einzellage. Vorteilhaft ist ferner, dass auf diese Weise Abmaße der Strukturen, wie beispielsweise eine Höhe der Erhebungen, eine Tiefe der Vertiefungen sowie ein mittlerer Abstand zwischen diesen Strukturen unabhängig von anderen Parametern des Separators, insbesondere von der Porengröße, einstellbar ist. Auf diese Weise lassen sich also die vorteilhaften Eigenschaften dieser Strukturen getrennt von weiteren Eigenschaften des Separators, wie etwa eine Dicke, Länge und Breite, eine Porosität und die Porengröße, einstellen. Eine weitere Möglichkeit der Erzeugung der genannten Muster liegt im Verpressen und Laminieren von Einzellagen miteinander, bei dem gleichzeitig ein Muster auf die Einzellagen aufgepresst werden kann.An embodiment which can be produced particularly easily provides that said pattern is applied to the at least one individual layer by a forming process, in particular by rolling or impressions, for example integrated in a casting process. Such transformations are also particularly suitable for individual layers in a sequence following a preceding extrusion, coating, stretching, drawing or screen printing of the single layer. It is also advantageous that, in this way, dimensions of the structures, such as, for example, a height of the elevations, a depth of the depressions and a mean distance between these structures, can be set independently of other parameters of the separator, in particular of the pore size. In this way, therefore, the advantageous properties of these structures can be adjusted separately from other properties of the separator, such as a thickness, length and width, a porosity and the pore size. Another possibility of generating said pattern is in the pressing and laminating of individual layers with each other, in which at the same time a pattern can be pressed onto the individual layers.

Die genannten Muster können auch dadurch entstehen, dass durch die Morphologie der keramischen Körnchen eine Oberflächenrauhigkeit mit Höhen und Tiefen erzeugt |wird|[BP2]. In einem Ausführungsbeispiel ist daher vorgesehen, dass die Erhebungen und/oder Vertiefungen durch eine Oberflächenrauhigkeit einer auf die Einzellage aufgetragenen keramischen Beschichtung gegeben sind. Dabei werden die Erhebungen durch keramische Körnchen geformt.These patterns can also be caused by the surface roughness with ups and downs created by the morphology of the ceramic grains [BP2] . In one embodiment, it is therefore provided that the elevations and / or depressions are given by a surface roughness of a ceramic coating applied to the single layer. The elevations are formed by ceramic granules.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass ein mittlerer Abstand zwischen zwei benachbarten Erhebungen oder ein mittlerer Abstand zwischen zwei benachbarten Vertiefungen um einen Faktor X größer ist als eine mittlere Porengröße, wobei der Faktor X in einem Bereich von 1 bis 10000, vorzugsweise in einem Bereich von 50 bis 1000 liegt. In einer Ausführungsform ist eine mittlere Höhe der Erhebungen oder eine mittlere Tiefe der Vertiefungen um einen Faktor Y größer ist als die mittlere Porengröße, wobei der Faktor Y in einem Bereich von 1 bis 10000, vorzugsweise in einem Bereich von 50 bis 1000 liegt. In einer weiteren Ausführungsform ist ferner ein mittlerer Durchmesser der Erhebungen oder ein mittlerer Durchmesser der Vertiefungen um einen Faktor Z größer ist als die mittlere Porengröße, der Faktor Z in einem Bereich von 1 bis 10000 liegt, vorzugsweise in einem Bereich von 50 bis 1000.In a further embodiment, it is provided that a mean distance between two adjacent elevations or a mean distance between two adjacent depressions is greater by a factor X than an average pore size, wherein the factor X in a range of 1 to 10,000, preferably in one area from 50 to 1000 lies. In one embodiment, a mean height of the pits or a mean depth of the pits is greater by a factor Y than the average pore size, wherein the factor Y is in a range of 1 to 10,000, preferably in a range of 50 to 1000. In a further embodiment, furthermore, a mean diameter of the elevations or a mean diameter of the depressions is greater by a factor Z than the mean pore size, the factor Z is in a range from 1 to 10,000, preferably in a range from 50 to 1000.

Die mittlere Porengröße der Trennschicht des Separators, welche durch einen Mittelwert einer Gauß-Verteilung über gemessene Porengrößen gegeben ist, liegt in der Regel in einem Bereich zwischen 10 nm und 2 μm. In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Erhebungen eine Höhe in einem Bereich zwischen 0,01 μm und 100 μm, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 0,1 μm und 10 μm, aufweisen und/oder die Vertiefungen eine Tiefe in einem Bereich zwischen 0,01 μm und 100 μm, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 0,1 μm und 10 μm, aufweisen, wobei außerdem ein mittlerer Abstand zwischen den Erhebungen und/oder Vertiefungen in einem Bereich zwischen 0,01 μm und 100 μm, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 0,1 μm und 10 μm, liegt. In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Erhebungen und/oder die Vertiefungen einen Durchmesser in einem Bereich zwischen 0,01 μm und 100 μm, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 0,1 μm und 10 μm, aufweisen.The mean pore size of the separating layer of the separator, which is given by an average value of a Gaussian distribution over measured pore sizes, is generally in a range between 10 nm and 2 μm. In one embodiment, it is provided that the elevations have a height in a range between 0.01 μm and 100 μm, preferably in a range between 0.1 μm and 10 μm, and / or the depressions have a depth in a range between 0, 01 .mu.m and 100 .mu.m, preferably in a range between 0.1 .mu.m and 10 .mu.m, wherein in addition a mean distance between the elevations and / or depressions in a range between 0.01 .mu.m and 100 .mu.m, preferably in a range between 0.1 μm and 10 μm. In a further embodiment, it is provided that the elevations and / or the depressions have a diameter in a range between 0.01 μm and 100 μm, preferably in a range between 0.1 μm and 10 μm.

Die beschriebenen Muster mit Erhebungen und/oder Vertiefungen mit den genannten Abmessungen und Abständen voneinander, insbesondere in dem jeweils besonders bevorzugten Bereich von 0,1 μm und 10 μm, eignen sich besonders gut zum gleichzeitigen Erzielen der oben genannten Vorteile, also der Erhöhung der mechanischen Stabilität (insbesondere der Steifigkeit) wie auch der elektrochemischen Stabilität und der Benetzbarkeit des Separators.The described patterns with elevations and / or depressions with the dimensions and distances from each other, in particular in the particular preferred range of 0.1 .mu.m and 10 .mu.m, are particularly suitable for simultaneous achievement of the above-mentioned advantages, ie the increase of the mechanical stability (in particular of the rigidity) as well as the electrochemical stability and the wettability of the separator.

Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Trennschicht mindestens zwei Einzellagen umfasst, die flächig lose aneinander liegen oder flächig fest miteinander verbunden sind, insbesondere durch Laminieren oder durch Beschichten einer ersten Einzellage mit einer zweiten Einzellage. Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Separator über einen Shut-Down-|Mechanismus|[BP3] verfügt, bei dem ab einer bestimmten kritischen Temperatur beispielsweise eine niedermolekulare Kunststoffschicht schmilzt und auf diese Weise ihre Ionendurchlässigkeit verliert (hochohmig wird). Eine weitere höhermolekulare Kunststoffschicht mit einem höheren Schmelzpunkt (höheren thermischen Stabilität) bleibt dabei mechanisch stabil und dient als eine Trägerschicht zur Erhaltung einer Formstabilität und Integrität des Separators (typischerweise neigt eine schmelzende Einzellage zum Schrumpfen) und damit der räumlichen Trennung und elektrischen Isolation zweier Elektroden.One embodiment provides that the separating layer comprises at least two individual layers which lie loosely against each other flatly or are firmly connected to one another in a planar manner, in particular by lamination or by coating a first single layer with a second single layer. An embodiment provides that the separator via a shut-down | mechanism | [BP3] , where, for example, a low-molecular-weight plastic layer melts at a certain critical temperature, thus losing its ion permeability (becoming highly resistive). Another high molecular weight plastic layer with a higher melting point (higher thermal stability) remains mechanically stable and serves as a carrier layer to maintain dimensional stability and integrity of the separator (typically, a melting single layer tends to shrink) and thus the spatial separation and electrical isolation of two electrodes.

Ein weiterer Vorteil eines mehrlagigen Aufbaus eines Separators besteht in einer besonders hohen Sicherheit gegen Kurzschlüsse oder Feinschlüsse aufgrund von Produktionsfehlern innerhalb einer Einzelschicht. Ein Produktionsfehler in einer Einzellage, etwa ein kleines Loch (eine Fehlstelle) in der Einzellage, ist im Fall mehrerer Einzellagen in der Regel durch eine weitere Einzellage überdeckt, so dass keine schädlichen Auswirkungen des Produktionsfehlers entstehen, wie beispielsweise Kurzschlüsse oder Feinschlüsse (Leckströme durch kleine Fehlstellen oder Pinholes) und der Produktionsfehler somit korrigiert wird. Auf diese Weise lässt sich eine Ausschussmenge während der Herstellung solcher Separatoren verringern, wodurch sich insgesamt die Herstellungskosten solcher Separatoren verringern lassen. Ebenso können Schadstellen innerhalb einer Einzellage korrigiert oder ausgeglichen werden, welche während einer Benutzung, etwa innerhalb einer elektrochemischen Zelle, entstehen, beispielsweise bei einem teilweisen Durchstechen der Trennschicht etwa durch einen Dendrit.Another advantage of a multi-layered structure of a separator is a particularly high level of safety against short circuits or fines due to production errors within a single layer. A production error in a single position, such as a small hole (a defect) in the single layer, in the case of several individual layers usually covered by a further single layer, so that no harmful effects of production error arise, such as short circuits or fine circuits (leakage currents through small Defects or pinholes) and the production error is thus corrected. In this way, a scrap amount during the production of such separators can be reduced, which can reduce the overall manufacturing cost of such separators. Likewise, defects within a single layer can be corrected or compensated, which arise during use, such as within an electrochemical cell, for example, in a partial piercing of the separating layer, for example by a dendrite.

Ein Ausführungsbeispiel sieht vor, dass die Trennschicht mindestens eine Einzellage enthält, die einen anorganischen Anteil aufweist. Hier und im Folgenden wird unter einem Anteil immer ein Massenanteil innerhalb der betreffenden Einzellage verstanden. Der restliche Anteil einer solchen Einzellage ist in der Regel ein Kunststoff, siehe unten. Ein anorganischer Anteil innerhalb einer Einzellage hat die Eignung, die mechanische Stabilität der betreffenden Einzellage gegenüber äußeren Kräften zu erhöhen, so dass die Einzellage stabiler ist gegenüber Knicken, Falten, Durchstechen, Durchdrücken, Reißen, mit den oben beschriebenen Vorteilen. Eine solche Schicht eignet sich dadurch insbesondere als tragende Einzellage innerhalb der Trennschicht, die außerdem einem Aufquellen der Trennschicht durch einen Kontakt mit einem Elektrolyt entgegenwirkt. Ferner hat eine Einzellage mit einem hinreichend hoch gewählten anorganischen Anteil eine besonders große thermische Stabilität, so dass selbst im Fall, dass weitere Lagen innerhalb der Trennschicht des Separators schmelzen, eine sichere elektrische Isolation zweier Elektroden weiterhin gewährleistet ist, siehe Beschreibung des Shut-Down-Mechanismus oben. Ein solcher anorganischer Anteil innerhalb einer Einzellage hat auch in einem Separator, welcher kein aufgeprägtes Muster hier vorgeschlagener Art aufweist, die hier beschriebenen Vorteile.An embodiment provides that the separating layer contains at least one single layer, which has an inorganic portion. Here and below, a proportion always means a mass fraction within the particular individual position. The remaining portion of such a single layer is usually a plastic, see below. An inorganic component within a single layer has the ability to increase the mechanical stability of the individual layer relative to external forces, so that the single layer is more stable against buckling, folding, puncturing, crushing, tearing, with the advantages described above. Such a layer is thus particularly suitable as a supporting single layer within the separating layer, which also counteracts swelling of the separating layer by contact with an electrolyte. Furthermore, a single layer with a sufficiently high inorganic content selected has a particularly high thermal stability, so that even in the case that further layers melt within the separating layer of the separator, a secure electrical insulation of two electrodes is still ensured, see description of the shut-down Mechanism above. Such an inorganic portion within a single layer also has the advantages described herein in a separator having no embossed pattern of the type proposed herein.

In einem Ausführungsbeispiel sind zwei äußere Einzellagen aus Polyethylen (Schmelzpunkt etwa 130°C–140°C) und eine zwischen diesen Einzellagen angeordnete weitere Einzellage aus Polypropylen (Schmelzpunkt etwa 160°C. Für eine Stabilisierung bei hohen Temperaturen auch über 160°C ist mindestens eine keramische Beschichtung einer dieser Einzellagen vorgesehen, und zwar derart, dass diese Beschichtung zwischen zwei dieser Einzellagen angeordnet ist. Vorzugsweise besteht diese Beschichtung aus eine Aluminiumoxid- oder einer Siliziumdioxidkeramik. Auf diese Weise wird selbst bei einem Schmelzen der genannten Einzellagen einem Schrumpfen des Separators entgegengewirkt, so eine Trennung zweier Elektroden weiterhin gewährleistet ist.In one exemplary embodiment, two outer individual layers of polyethylene (melting point about 130 ° C.-140 ° C.) and a further individual layer of polypropylene arranged between these individual layers (melting point about 160 ° C.) are at least above 160 ° C. for stabilization at high temperatures a coating of one of these individual layers is provided, in such a way that this coating is arranged between two of these individual layers.This coating preferably consists of an aluminum oxide or a silicon dioxide ceramic In this way, a shrinkage of the separator is counteracted even when the individual layers are melted , so a separation of two electrodes is still guaranteed.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der anorganischer Anteil der Trennschicht durch eine Keramik, insbesondere durch Aluminiumoxid, Siliziumdioxid, Spodumen (LiAlSi2O6),ein Phosphat (beispielsweise ein Lithiumphosphat wie Li1,3Al0,3Ti1,7(PO4)3), Siliziumcarbid, Siliziumnitrid, Bornitrid, Borcarbid, Titandiborid, Zirkoniumdiborid oder durch einen daraus bestehenden Mischwerkstoff, durch Lithium leitende Festkörperverbindungen (bei Lithium-Ionen-Zellen), und/oder Glasfasern gegeben ist. Dabei werden die jeweiligen anorganischen Anteile so eingestellt, dass sich für ein vorgegebenes Elektrodenmaterial (Aktivmaterial) eine besonders hohe elektrochemische Stabilität der jeweiligen Einzellage und somit des gesamten Separators ergibt.In one embodiment, it is provided that the inorganic portion of the separating layer is replaced by a ceramic, in particular by aluminum oxide, silicon dioxide, spodumene (LiAlSi 2 O 6 ), a phosphate (for example a lithium phosphate such as Li 1.3 Al 0.3 Ti 1.7 ( PO 4 ) 3 ), silicon carbide, silicon nitride, boron nitride, boron carbide, titanium diboride, zirconium diboride or by a mixture material consisting thereof, by lithium-conducting solid compounds (in lithium-ion cells), and / or glass fibers is given. In this case, the respective inorganic components are adjusted so that, for a given electrode material (active material), a particularly high electrochemical stability of the individual individual layer and thus of the entire separator results.

Der Grundgedanke ist es dabei, auf einer Seite des Separators, welche dazu bestimmt ist, der negativen Elektrode zugewandt zu sein, ein anorganisches Material zu wählen, welches möglichst elektrochemisch stabil gegenüber einer Reduktion ist (welches sich also nicht leicht reduzieren lässt), wie beispielsweise Aluminiumoxid, und auf einer Seite des Separators, welche dazu bestimmt ist, der positiven Elektrode zugewandt zu sein, ein anorganisches Material zu wählen, welches möglichst elektrochemisch stabil gegenüber einer Oxidation ist (welches sich also nicht leicht oxidieren lässt), wie beispielsweise Siliziumdioxid. Neben der Stoffauswahl für den anorganischen Anteil ist ferner vorgesehen, die jeweiligen anorganischen Massenanteile innerhalb von Einzellagen eines Separators jeweils auf die Aktivmaterialien innerhalb der Elektroden einer elektrochemischen Zelle abzustimmen. Dies führt insbesondere im Fall von Lithium-Ionen-Zellen, für welche eine große Anzahl verschiedener Aktivmaterialien bekannt ist, zu unterschiedlichen Abfolgen von Einzellagen mit jeweils unterschiedlichen Anteilen (möglicherweise) verschiedener anorganischer Materialen. Diese weitere wesentliche Grundidee der Erfindung wird anhand von weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung weiter unten konkretisiert werden. In der Regel liegt der anorganische Anteil in einem Bereich zwischen 0,001 und 100%.The basic idea is, on one side of the Separators, which is intended to face the negative electrode to select an inorganic material which is as electrochemically stable to a reduction (which therefore can not be easily reduced), such as alumina, and on one side of the separator, which destined to face the positive electrode, to select an inorganic material which is as electrochemically stable as possible against oxidation (which therefore can not easily be oxidized), such as silicon dioxide. In addition to the choice of substance for the inorganic portion is also intended to tune the respective inorganic mass fractions within individual layers of a separator in each case to the active materials within the electrodes of an electrochemical cell. This leads, in particular in the case of lithium-ion cells, for which a large number of different active materials is known, to different sequences of individual layers, each with different proportions (possibly) of different inorganic materials. This further essential basic idea of the invention will be concretized below on the basis of further exemplary embodiments of the invention. In general, the inorganic content is in a range between 0.001 and 100%.

In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Trennschicht mindestens eine Einzellage mit einem auf einem Kunststoff basierenden Anteil aufweist. Eine solche Einzellage lässt sich (unabhängig von einem anschließend aufgebrachten Muster hier vorgeschlagener Art) durch Recken oder Extrusion mit einem Öl und einem anschließenden Herauslösen des Öls auf eine vorgegebene, möglichst gleichmäßige Porosität, mittlere Porengröße und Schichtdicke einstellen, welche eine möglichst gute Leitfähigkeit bei gleichzeitig hoher Sicherheit vor einer Kurzschlussbildung durch diese Einzellage erlauben. In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der auf dem Kunststoff basierende Anteil der Trennschicht durch Polyolefin, insbesondere Polyethylen, Polypropylen oder eine Kombination hieraus, durch Polyvinylidendifluorid (PVDF), Hexafluorpropylen (HFP) oder eine Kombination aus beiden letztgenannten (PVDF-HFP), Teflon, Polycarbonate, Polyethylenteraphtalat, Polyvinylchlorid, Polyurethan und/oder durch ein Vlies oder durch eine Kombination daraus gegeben ist. In der Regel ist der restliche Anteil der Einzellage durch ein anorganisches Material gegeben, beispielsweise durch eines der oben genannten. Dabei werden wiederum die jeweiligen auf einem Kunststoff oder einem anorganischen Material basierenden Anteile einer Einzellage so eingestellt, dass sich eine besonders große thermische, mechanische und für ein vorgegebenes Elektrodenmaterial (Aktivmaterial) eine besonders hohe elektrochemische Stabilität dieser Einzellage beziehungsweise des gesamten Separators ergibt. Hierzu werden weiter unten spezielle Ausführungsbeispiele gegeben.In one embodiment, it is provided that the separating layer has at least one individual layer with a portion based on a plastic. Such a single layer can be adjusted (regardless of a subsequently applied pattern here proposed type) by stretching or extrusion with an oil and subsequent dissolution of the oil to a predetermined, uniform as possible porosity, average pore size and layer thickness, which is the best possible conductivity at the same time allow high security against a short circuit formation by this single layer. In one embodiment, it is provided that the plastic-based portion of the release layer by polyolefin, in particular polyethylene, polypropylene or a combination thereof, by polyvinylidene difluoride (PVDF), hexafluoropropylene (HFP) or a combination of the latter (PVDF-HFP), Teflon , Polycarbonates, polyethylene terephthalate, polyvinyl chloride, polyurethane and / or by a non-woven or by a combination thereof. In general, the remaining portion of the single layer is given by an inorganic material, for example by one of the above. In this case, in turn, the respective components of a single layer based on a plastic or an inorganic material are adjusted such that a particularly high thermal, mechanical and for a given electrode material (active material) results in a particularly high electrochemical stability of this single layer or of the entire separator. For this purpose, specific embodiments are given below.

In einer Weiterentwicklung ist vorgesehen, dass die Trennschicht des Separators mindestens einen oder eine Kombination von Basisbausteinen B1, B2 und B3 beinhaltet, wobei Basisbaustein B1 aus einer ersten Einzellage mit einem anorganischen Anteil und einer zweiten ausschließlich auf Kunststoff basierenden Einzellage aufgebaut ist, Basisbaustein B2 aus einer ersten Einzellage mit einem anorganischen Anteil und einer zweiten und einer dritten jeweils ausschließlich auf Kunststoff basierenden Einzellagen aufgebaut ist, wobei die erste Einzellage zwischen der zweiten und der dritten Einzellage angeordnet ist, und Basisbaustein B3 aus einer ersten und einer zweiten Einzellage mit unterschiedlichen anorganischen Anteilen aufgebaut ist. Dabei sind die jeweils restlichen Anteile der genannten Einzellagen mit anorganischem Anteil vorzugsweise durch ein auf einem Kunststoff basierenden Material gegeben.In a further development, it is provided that the separating layer of the separator comprises at least one or a combination of basic building blocks B1, B2 and B3, wherein basic building block B1 is constructed from a first single layer with an inorganic portion and a second single-layer based exclusively on plastic, basic module B2 a first single layer with an inorganic portion and a second and a third each based solely on plastic individual layers is constructed, wherein the first single layer between the second and the third single layer is arranged, and basic block B3 of a first and a second single layer with different inorganic components is constructed. In this case, the respective remaining portions of said individual layers with an inorganic portion are preferably given by a material based on a plastic.

Die genannten Einzellagen der Basisbausteine B1, B2 und B3 können lose aneinander liegen oder eine Einzellage, insbesondere eine keramische, kann auch als Beschichtungen einer anderen Einzellage gegeben sein. Im letzteren Fall kann die als Beschichtung aufgetragene Einzellage besonders dünn ausgestaltet werden zur Erzielung einer besonders guten Ionenleitfähigkeit und einer hohen Energiedichte innerhalb einer elektrochemischen Zelle mit einem solchen Separator. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Einzellagen innerhalb eines Separators fest miteinander verbunden, insbesondere durch Lamination.The mentioned individual layers of the basic building blocks B1, B2 and B3 can lie loosely against one another or a single layer, in particular a ceramic, can also be present as coatings of another single layer. In the latter case, the single layer applied as a coating can be designed to be particularly thin in order to achieve a particularly good ion conductivity and a high energy density within an electrochemical cell with such a separator. In a preferred embodiment, the individual layers are firmly connected within a separator, in particular by lamination.

In Basisbaustein B2 ist die Einzellage mit dem anorganischen Anteil zwischen zwei auf Kunststoff basierenden Einzellagen angeordnet und vorzugsweise vollständig durch diese umschlossen, und auf diese Weise besonders gut vor einem Abreiben, etwa während einer Weiterverarbeitung, geschützt, wodurch eine besonders lange Haltbarkeit und Sicherheit des Separators erzielt wird. Durch eine Kombination der genannten Basisbausteine kann die mechanische Stabilität des Separators gesteigert und das Risiko eines Kurzschlusses verringert werden. Insbesondere bei besonders großen und flächigen elektrochemischen Zellen, bei denen die mechanische Stabilität und die Kurzschlusssicherheit einen besonders hohen Stellenwert einnimmt, sind daher Separatoren mit drei oder mehr Einzellagen vorteilhaft, auch wenn eine daraus resultierende größere Dicke des Separators eine etwas reduzierte Ionenleitfähigkeit und Energiedichte der elektrochemischen Zelle zur Folge hat.In basic module B2, the single layer is arranged with the inorganic portion between two plastic-based individual layers and preferably completely enclosed by them, and thus particularly well protected against attrition, such as during further processing, whereby a particularly long shelf life and security of the separator is achieved. By combining the mentioned basic components, the mechanical stability of the separator can be increased and the risk of a short circuit can be reduced. Separators with three or more individual layers are therefore particularly advantageous in the case of particularly large and planar electrochemical cells in which the mechanical stability and the short-circuit safety occupy a particularly high level, even if a resulting greater thickness of the separator results in a somewhat reduced ionic conductivity and energy density of the electrochemical cell Cell results.

Die Erfindung sieht außerdem eine elektrochemische Zelle, insbesondere für Elektro- oder Hybridfahrzeuge oder stationäre Anwendungen etwa zur dezentralen Energieversorgung, mit einer negativen und einer positiven Elektrode vor, in der ein Separator hier vorgeschlagener Art mit einem Elektrolyt zwischen der negativen und der positiven Elektrode angeordnet ist, wobei das Elektrolyt ganz oder teilweise von den Poren der Trennschicht aufgenommen ist, eine erste Außenfläche der Trennschicht mit der negativen Elektrode in einem Berührungskontakt steht und wobei eine zweite Außenfläche der Trennschicht mit der positiven Elektrode in einem Berührungskontakt steht zur Herstellung einer ionenleitenden Verbindung zwischen der negativen und der positiven Elektrode.The invention also provides an electrochemical cell, in particular for electric or hybrid vehicles or stationary applications such as for decentralized power supply, with a negative and a positive electrode, in which a separator of the type proposed here is arranged with an electrolyte between the negative and the positive electrode , Wherein the electrolyte is wholly or partially taken up by the pores of the separating layer, with a first outer surface of the separating layer the negative electrode is in touching contact, and wherein a second outer surface of the positive electrode separation layer is in physical contact with an ionic connection between the negative and positive electrodes.

In einer Ausführungsform ist die elektrochemische Zelle eine Nickel-Cadmium-, Nickel-Metallhydrid-, Nickel-Zink, Lithium-, oder Li-Ionen Zelle oder ein Doppelschichtkondensator.In one embodiment, the electrochemical cell is a nickel-cadmium, nickel-metal hydride, nickel-zinc, lithium, or Li-ion cell or a double-layer capacitor.

In einer Weiterentwicklung ist vorgesehen, dass das Muster auf der ersten Außenfläche und/oder auf der zweiten Außenfläche der Trennschicht angeordnet ist zur Verbesserung einer Benetzbarkeit der Trennschicht mit dem Elektrolyt und zur Verkleinerung einer Kontaktfläche zwischen der Trennschicht und den Elektroden für eine Erhöhung einer elektrochemischen Stabilität der Trennschicht.In a further development it is provided that the pattern is arranged on the first outer surface and / or on the second outer surface of the separating layer for improving a wettability of the separating layer with the electrolyte and for reducing a contact area between the separating layer and the electrodes for increasing an electrochemical stability the separation layer.

Eine weitere Ausführungsform seht vor, dass ein anorganischer Massenanteil der Trennschicht ausgehend von der ersten Außenschicht in einer Richtung zur zweiten Außenschicht hin zunimmt zur Verbesserung einer elektrochemischen Stabilität der Trennschicht, insbesondere zur Vermeidung einer Reduktion von anorganischen Anteilen der Trennschicht an der negativen Elektrode. In einer bevorzugten Ausführungsform nimmt der genannte prozentuale Massenanteil um 20–70 Prozentpunkte zu, in einer besonders bevorzugten Ausführungsform um 40–60 Prozentpunkte. In einer Weiterentwicklung ist ferner vorgesehen, dass der genannte Massenanteil nach einer Zunahme zur positiven Elektrode hin wieder abnimmt, insbesondere zur Vermeidung einer Oxidation von anorganischen Anteilen der Trennschicht an der negativen Elektrode.A further embodiment provides that an inorganic mass fraction of the separating layer, starting from the first outer layer in a direction toward the second outer layer, increases to improve an electrochemical stability of the separating layer, in particular to avoid a reduction of inorganic portions of the separating layer at the negative electrode. In a preferred embodiment, said percentage mass fraction increases by 20-70 percentage points, in a particularly preferred embodiment by 40-60 percentage points. In a further development, it is further provided that said mass fraction decreases again after an increase towards the positive electrode, in particular for avoiding an oxidation of inorganic portions of the separation layer at the negative electrode.

In einer Ausführungsform weist eine die erste Außenschicht bildende Einzellage der Trennschicht einen anorganischen Massenanteil in einem Bereich zwischen 10% und 98% auf. In einer weiteren Ausführungsform weist eine die zweite Außenschicht bildende Einzellage der Trennschicht einen anorganischen Massenanteil in einem Bereich zwischen 10% und 98% auf. Eine Weiterentwicklung sieht vor, dass die Trennschicht eine zwischen einer die erste Außenschicht bildenden ersten Einzellage und einer die zweite Außenschicht bildenden zweiten Einzellage angeordnete dritte Einzellage aufweist mit einem anorganischen Massenanteil in einem Bereich zwischen 10% und 98%.In one embodiment, a single layer of the separating layer forming the first outer layer has an inorganic mass fraction in a range between 10% and 98%. In a further embodiment, a single layer of the separating layer forming the second outer layer has an inorganic mass fraction in a range between 10% and 98%. A further development provides that the separating layer has a third single layer arranged between a first single layer forming the first outer layer and a second single layer forming the second outer layer with an inorganic mass fraction in a range between 10% and 98%.

Ein restlicher Anteil in den genannten Einzellagen basiert in der Regel jeweils auf einem der oben genanten Kunststoffe, welcher eine Flexibilität der jeweiligen Einzellage erzeugt und einem Einreißen der Einzellage entgegenwirkt.A remaining proportion in the individual layers mentioned is generally based in each case on one of the above-mentioned plastics, which produces a flexibility of the individual individual layer and counteracts a tearing of the single layer.

In einer Weiterentwicklung ist die elektrochemische Zelle eine Lithium-Ionen-Zelle mit einer negativen Elektrode mit einem Elektrodenmaterial aus einer der Materialgruppen A (Graphit, Soft-Carbon, Hard-Carbon), B (Silizium, Zinn) oder C (Lithiumtitanat) und/oder einer positiven Elektrode mit einem Elektrodenmaterial aus einer der Materialgruppen D (Li-Co-Verbindungen), E (Li-Ni-Verbindungen, Li-Mn-Verbindungen, Li-Co-Ni-Mn-Verbindungen), F (Li-Fe-P-Verbindungen, Li-Mn-P-Verbindungen, Li-Co-P-Verbindungen). In einer Ausführungsform einer solchen Lithium-Ionen-Zelle mit einer elektrochemisch besonders stabilen Trennschicht ist vorgesehen, dass ein anorganischer Anteil einer die erste Außenschicht bildenden Einzellage der Trennschicht bei einer negativen Elektrode mit einem Elektrodenmaterial aus A zwischen 40% und 98% liegt, aus B zwischen 60% und 98% liegt oder aus C zwischen 0% und 25% liegt. In einer weiteren Ausführungsform der beschriebenen Lithium-Ionen-Zelle ist vorgesehen, dass ein anorganischer Anteil einer die zweite Außenschicht bildenden Einzellage bei einer positiven Elektrode mit einem Elektrodenmaterial aus D zwischen 40% und 98% liegt, aus E zwischen 30% und 98% liegt oder aus F zwischen 10% und 98% liegt. Diese Wertebereiche für die jeweiligen Massenanteile eignen sich besonders gut zur Verbesserung einer elektrochemischen Stabilität der Trennschicht.In a further development, the electrochemical cell is a lithium-ion cell with a negative electrode with an electrode material from one of the material groups A (graphite, soft-carbon, hard-carbon), B (silicon, tin) or C (lithium titanate) and / or a positive electrode having an electrode material of one of the material groups D (Li-Co compounds), E (Li-Ni compounds, Li-Mn compounds, Li-Co-Ni-Mn compounds), F (Li-Fe -P compounds, Li-Mn-P compounds, Li-Co-P compounds). In one embodiment of such a lithium-ion cell with an electrochemically particularly stable separation layer is provided that an inorganic portion of a first outer layer forming single layer of the separation layer at a negative electrode with an electrode material of A between 40% and 98%, from B between 60% and 98%, or from C between 0% and 25%. In a further embodiment of the lithium-ion cell described is provided that an inorganic portion of the second outer layer forming single layer is at a positive electrode with an electrode material of D between 40% and 98%, from E between 30% and 98% or F is between 10% and 98%. These ranges of values for the respective mass fractions are particularly suitable for improving an electrochemical stability of the separating layer.

Im Folgenden werden spezielle Ausführungsformen der Erfindung anhand von 1 bis 6 näher beschrieben. Es zeigt:In the following, specific embodiments of the invention will be described with reference to FIG 1 to 6 described in more detail. It shows:

1 Separatoren hier vorgeschlagener Art mit Mustern in einer Draufsicht, 1 Separators of a type proposed here, with patterns in a top view,

2 einen Querschnitt durch eine elektrochemische Zelle mit einem Separator, welcher einen Basisbaustein B2 beinhaltet, 2 a cross section through an electrochemical cell with a separator which includes a basic building block B2,

3 einen Querschnitt durch eine elektrochemische Zelle mit einem Separator, welcher einen Basisbaustein B2 beinhaltet, 3 a cross section through an electrochemical cell with a separator which includes a basic building block B2,

4 einen Querschnitt durch eine elektrochemische Zelle mit einem Separator, welcher einen Basisbaustein B1 beinhaltet, 4 a cross section through an electrochemical cell with a separator which includes a base module B1,

5 einen Querschnitt durch eine elektrochemische Zelle mit einem Separator, welcher einen Basisbaustein B3 beinhaltet, 5 a cross section through an electrochemical cell with a separator, which includes a base module B3,

6 einen Querschnitt durch eine elektrochemische Zelle mit einem Separator, welcher zwei Basisbausteine B3 beinhaltet, 6 a cross section through an electrochemical cell with a separator, which includes two basic building blocks B3,

In 1a bis 1c ist jeweils ein Ausschnitt eines Separators 1 hier vorgeschlagener Art in einer Draufsicht schematisch dargestellt. In den hier gezeigten Ausführungsbeispielen ist jeweils eine Einzellage 2 einer Trennschicht 1 des Separators 1 dargestellt. Hier und im Folgenden tragen die Trennschicht und der Separator jeweils dasselbe Bezugszeichen 1, da in den gezeigten Ausführungen der Separator durch die Trennschicht gegeben ist.In 1a to 1c is in each case a section of a separator 1 here proposed type shown schematically in a plan view. In the embodiments shown here is one each Single Location 2 a separation layer 1 of the separator 1 shown. Here and below, the separating layer and the separator each carry the same reference numeral 1 because in the embodiments shown, the separator is given by the separating layer.

In 1a ist auf die Einzellage 2 ein Muster durch Walzen aufgebracht, welches durch als Noppen 3 ausgeformte Erhebungen und durch als Krater 3' ausgeformte Vertiefungen gegeben ist. Ein mittlerer Durchmesser d1 der gezeigten Noppen 3 und Krater 3' hat einen Wert von etwa 20 μm und ein mittlerer Abstand d2 zwischen benachbarten Noppen 3 oder Kratern 3' hat einen Wert von etwa 5 μm. Eine mittlere Porengröße dp von Poren (hier nicht dargestellt) der Einzellage 2 hat einen Wert von 100 nm. Eine mittlere Tiefe der Krater 3' und eine mittlere Höhe der Noppen 3 beträgt jeweils 50 μm. Damit ist der mittlere Durchmesser d1 der Noppen 3 und Krater 3' um einen Faktor Z = 200 größer als die mittlerer Porengröße, der mittlere Abstand d2 der Noppen 3 und Krater 3' um einen Faktor X = 50 größer als die mittlerer Porengröße und ist schließlich die mittlere Tiefe der Krater 3' und die mittlere Höhe der Noppen 3 um einen Faktor Y = 100 größer als die mittlerer Porengröße.In 1a is on the single position 2 a pattern applied by rollers, which by as nubs 3 formed elevations and through as a crater 3 ' shaped recesses is given. An average diameter d 1 of the nubs shown 3 and craters 3 ' has a value of about 20 microns and a mean distance d 2 between adjacent pimples 3 or craters 3 ' has a value of about 5 microns. A mean pore size d p of pores (not shown here) of the single layer 2 has a value of 100 nm. An average depth of the craters 3 ' and a mean height of the pimples 3 is 50 microns each. Thus, the average diameter d 1 of the nubs 3 and craters 3 ' by a factor Z = 200 greater than the average pore size, the average distance d 2 of the nubs 3 and craters 3 ' by a factor of X = 50 greater than the mean pore size and finally the mean depth of the craters 3 ' and the average height of the pimples 3 by a factor Y = 100 greater than the average pore size.

In 1b ist auf die Einzellage 2 ein Muster durch Eindrücken aufgebracht, welches durch als Rippen 4 ausgeformte Erhebungen gegeben ist (wodurch gleichzeitig als Rillen 4' ausgeformte Vertiefungen ausgeformt sind). Ein mittlerer Durchmesser d1 der gezeigten Rippen 4 hat einen Wert von etwa 0,1 μm und ein mittlerer Abstand d2 zwischen benachbarten Rippen hat einen Wert von etwa 0,2 μm. Eine mittlere Porengröße dp von Poren (hier nicht dargestellt) der Einzellage 2 hat einen Wert von 10 nm. Eine mittlere Höhe der Rippen 4 beträgt 0,1 μm. Damit ist der mittlere Durchmesser d1 der Rippen 4 um einen Faktor Z = 10 größer als die mittlerer Porengröße, der mittlere Abstand d2 der Rippen 3 um einen Faktor X = 20 größer als die mittlerer Porengröße und ist schließlich die mittlere Höhe der Rippen 4 um einen Faktor Y = 10 größer als die mittlerer Porengröße.In 1b is on the single position 2 a pattern applied by impressions, which by as ribs 4 shaped elevations is given (which at the same time as grooves 4 ' molded recesses are formed). A mean diameter d 1 of the shown ribs 4 has a value of about 0.1 microns and a mean distance d 2 between adjacent ribs has a value of about 0.2 microns. A mean pore size d p of pores (not shown here) of the single layer 2 has a value of 10 nm. A mean height of the ribs 4 is 0.1 μm. Thus, the mean diameter d 1 of the ribs 4 by a factor Z = 10 greater than the average pore size, the average distance d 2 of the ribs 3 is a factor X = 20 greater than the mean pore size and finally the average height of the ribs 4 by a factor Y = 10 greater than the average pore size.

In 1c ist auf die Einzellage 2 ein Muster durch Walzen während eines Castvefahrens aufgebracht, welches durch als Waben 5 ausgeformte Erhebungen gegeben ist. Ein mittlerer Durchmesser d1 der gezeigten Waben hat einen Wert von etwa 100 μm und ein mittlerer Abstand d2 zwischen benachbarten Waben 5 hat einen Wert von etwa 10 μm. Eine mittlere Porengröße dp von Poren (hier nicht dargestellt) der Einzellage 2 hat einen Wert von 1 μm. Eine mittlere Höhe der Waben beträgt 20 μm. Damit ist der mittlere Durchmesser d1 der Waben um einen Faktor Z = 100 größer als die mittlerer Porengröße, der mittlere Abstand d2 der Waben 5 um einen Faktor X = 10 größer als die mittlerer Porengröße und ist schließlich die mittlere Höhe der Waben um einen Faktor Y = 10 größer als die mittlerer Porengröße.In 1c is on the single position 2 applied a pattern by rolling during a Castevefahrens, which as through honeycomb 5 shaped surveys is given. A mean diameter d 1 of the honeycombs shown has a value of about 100 μm and a mean distance d 2 between adjacent honeycombs 5 has a value of about 10 microns. A mean pore size d p of pores (not shown here) of the single layer 2 has a value of 1 μm. An average height of the honeycomb is 20 μm. Thus, the mean diameter d 1 of the honeycomb by a factor Z = 100 is greater than the average pore size, the average distance d 2 of the honeycomb 5 by a factor X = 10 greater than the average pore size and finally the mean height of the honeycomb is a factor Y = 10 greater than the average pore size.

In 2 ist ein Ausschnitt eines Querschnitts eines Separators 1 hier vorgeschlagener Art schematisch dargestellt, welcher durch Bereiche 6 einer Außenfläche einer äußeren Einzellage 2 des Separators 1 in einem Berührungskontakt mit einer Elektrode 7 steht. Die genannten Bereiche 6 dienen somit zusammengenommen als eine Kontaktfläche 6 zwischen Elektrode 7 und Separator 1. Die Bereiche 6 sind durch Oberseiten von Noppen 3 gegeben, welche in Form eines Musters auf die Einzellage 2 aufgebracht sind. Die durch diese Bereiche 6 gegebene Kontaktfläche 6 des Separators 1 mit der Elektrode 6 ist somit kleiner als eine gesamte Außenfläche der Einzellage, welche außer den genannten Bereichen 6 insbesondere auch Zwischenbereiche 6' umfasst, welche sich zwischen den Noppen 3 befindet. Das durch die Noppen 3 gegebene Muster erhöht durch die Verkleinerung der Kontaktfläche 6 eine elektrochemische Stabilität der Einzellage 2.In 2 is a section of a cross section of a separator 1 here proposed type shown schematically, which by areas 6 an outer surface of an outer single layer 2 of the separator 1 in contact with an electrode 7 stands. The named areas 6 Together they serve as a contact surface 6 between electrode 7 and separator 1 , The areas 6 are through tops of pimples 3 given, which in the form of a pattern on the single layer 2 are applied. The through these areas 6 given contact surface 6 of the separator 1 with the electrode 6 is thus smaller than an entire outer surface of the single layer, which except the areas mentioned 6 especially intermediate areas 6 ' which covers itself between the pimples 3 located. That through the pimples 3 given patterns increased by the reduction of the contact area 6 an electrochemical stability of the single layer 2 ,

In Zwischenräumen zwischen den Noppen 3 und innerhalb der Poren 8 befindet sich ein Elektrolyt 9 zum Leiten von Ionen. Durch die Noppen 3 erhöht sich ferner eine Benetzbarkeit der äußeren Einzellage 2 durch das Elektrolyt sowie eine mechanische Stabilität des Separators gegenüber äußeren Kräften.In intervals between the pimples 3 and within the pores 8th there is an electrolyte 9 for conducting ions. Through the pimples 3 Furthermore, a wettability of the outer single layer increases 2 by the electrolyte and a mechanical stability of the separator to external forces.

Die Noppen haben einen mittlerer Durchmesser d1, einen mittleren Abstand d2 und eine mittlere Höhe d3 von jeweils 1 μm. Eine mittlere Porengröße von Poren 8 dieser Einzellage 2 beträgt etwa 100 nm, so dass die Größen d1, d2 und d3 jeweils um einen Faktor 10 größer sind als die mittlere Porengröße.The nubs have a mean diameter d 1 , a mean distance d 2 and an average height d 3 of 1 .mu.m. A mean pore size of pores 8th this single location 2 is about 100 nm, so that the sizes d 1 , d 2 and d 3 are each larger by a factor of 10 than the average pore size.

In 3 ist ein Ausschnitt eines Querschnitts einer elektrochemischen Zelle 10 hier vorgeschlagener Art dargestellt.In 3 is a section of a cross-section of an electrochemical cell 10 shown here proposed type.

Sie umfasst eine negative Elektrode 7', eine positive Elektrode 7'' und einen Separator 1 hier vorgeschlagener Art. Der Separator 1 besteht aus einer Trennschicht 1, welche drei Einzellagen umfasst: eine linke, der negativen Elektrode 7' zugewandte Einzellage 11, eine mittlere Einzellage 12, und eine rechte, der positiven Elektrode 7'' zugewandte Einzellage 13. Diese Einzellagen 11, 12, 13 sind gemäß dem oben beschriebenen Basisbaustein B1 16 zusammengestellt. Somit basieren die beiden äußeren Einzellagen 11 und 13 jeweils auf einem Kunststoff ohne anorganische Zusätze, während die mittlere Einzellage durch eine anorganische Beschichtung der linken Einzellage 11 gegeben ist. Die anorganische Beschichtung 12 beinhaltet in diesem Beispiel einen durch Aluminiumoxid gegebenen Gewichtsanteil von 98%, sowie einen durch Zusätze, welche klebende und bindenden Eigenschaften aufweisen, gegebenen Gewichtsanteil von 2%, um eine sichere Laminierung der dritten Einzellage 13 mit der Beschichtung 12 zu erzielen. In diesem Beispiel ist die linke Einzellage 11 durch Polyethylen mit einem Schmelzpunkt von etwa 130°C und die rechte Einzellage durch Polypropylen gegeben, welche für eine mechanische Integrität des Separators zwischen 150°C und 190°C sorgt. Durch die keramische Beschichtung 12 ist die Integrität des Separators 1 auch bei noch höheren Temperaturen gesichert. Auf diese Weise wird ein besonders zuverlässiger Shut-Down-Mechanimus erzielt (siehe oben), bei dem oberhalb einer Temperatur von etwa 130°C die linke Einzellage 11 schmilzt und hochohmig wird, während der Separator durch die mittlere und die rechte Einzellage 12, 13 weiterhin stabil bleibt. Durch Ersetzen der rechten Einzellage 13 durch eine auf Polyethylen basierende Einzellage wird der Shut-Down-Mechanimus verstärkt, da dann beide äußere Schichten gleichzeitig schmelzen und hochohmig werden, während die mittlere Schicht 12 durch ihren keramischen Anteil eine stützende Funktion übernimmt.It includes a negative electrode 7 ' , a positive electrode 7 '' and a separator 1 here proposed type. The separator 1 consists of a separating layer 1 which comprises three individual layers: a left, the negative electrode 7 ' facing single layer 11 , a middle single layer 12 , and a right, the positive electrode 7 '' facing single layer 13 , These individual layers 11 . 12 . 13 are according to the basic module B1 described above 16 compiled. Thus, the two outer individual layers are based 11 and 13 each on a plastic without inorganic additives, while the middle single layer by an inorganic coating of the left single layer 11 given is. The inorganic coating 12 In this example, it includes an aluminum oxide weight fraction of 98%, as well as a 2% weight percentage added by additives having adhesive and bonding properties, to ensure safe lamination of the third single ply 13 with the coating 12 to achieve. In this example, the left single layer is 11 by polyethylene having a melting point of about 130 ° C and the right single layer by polypropylene, which ensures a mechanical integrity of the separator between 150 ° C and 190 ° C. Through the ceramic coating 12 is the integrity of the separator 1 secured even at higher temperatures. In this way, a particularly reliable shut-down Mechanimus is achieved (see above), in which above a temperature of about 130 ° C, the left single layer 11 melts and high impedance, while the separator through the middle and the right single layer 12 . 13 remains stable. By replacing the right single layer 13 a polyethylene-based single layer enhances the shut-down mechanism, as both outer layers simultaneously melt and become highly resistive while the middle layer 12 takes over a supporting function by their ceramic content.

Durch Ersetzen der linken Einzellage 11 durch eine auf Polypropylen basierende Einzellage wird auf diesen Shut-Down-Mechanimus verzichtet bzw. wird dieser auf höhere Temperaturen verschoben. Dies ist insbesondere bei einer Serienschaltung von mehreren solchen elektrochemischen Zellen vorteilhaft. Durch Einsetzen des Shut-Down-Mechanismus in einer einzelnen Zelle innerhalb einer solchen Serienschaltung kann es nämlich zu einem besonders starken Spannungsabfall innerhalb dieser (hochohmigen) Zelle kommen, so dass diese abbrennen kann. Daher sind insbesondere für Serienschaltungen oft Separatoren ohne Shut-Down-Mechanismus vorteilhafter.By replacing the left single layer 11 Due to a polypropylene-based single layer, this shut-down mechanism is omitted or shifted to higher temperatures. This is particularly advantageous in a series connection of several such electrochemical cells. In fact, by employing the shut-down mechanism in a single cell within such a series connection, a particularly large voltage drop can occur within this (high-resistance) cell, so that it can burn off. Therefore separators without shut-down mechanism are often more advantageous, especially for series connections.

Ein weiterer Vorteil der gezeigten Ausführungsform ist ein Schutz durch die Anordnung der keramischen mittleren Einzellage 12 zwischen die linke und die rechte Einzellage 11 und 12 vor einer chemischen Reaktion der anorganischen Anteile in der mittleren Einzellage 12 mit einer der Elektroden 7' und 7'', insbesondere vor einer Reduktion von in dieser Einzellage enthaltener Bestandteil an der negativen Elektrode 7' oder einer entsprechenden Oxidation an der positiven Elektrode 7''. Außerdem wird durch diese Anordnung ein Schutz der mittleren anorganischen (keramischen) Einzellage 12 vor einem mechanischen Abreiben erzielt, insbesondere während eines Verarbeitungsprozesses des Separators.Another advantage of the embodiment shown is a protection by the arrangement of the ceramic middle single layer 12 between the left and the right single position 11 and 12 before a chemical reaction of the inorganic components in the middle single layer 12 with one of the electrodes 7 ' and 7 '' , in particular before a reduction of contained in this single layer component on the negative electrode 7 ' or a corresponding oxidation at the positive electrode 7 '' , In addition, this arrangement provides protection of the central inorganic (ceramic) single layer 12 achieved before a mechanical abrasion, in particular during a processing process of the separator.

In 4 ist ein Ausschnitt eines Querschnitts einer elektrochemischen Zelle 10 hier vorgeschlagener Art dargestellt, welche in diesem Beispiel als Lithium-Ionen-Zelle ausgestaltet ist. Sie umfasst eine negative Elektrode 7', eine positive Elektrode 7'' und einen Separator 1 hier vorgeschlagener Art. Der Separator 1 besteht aus einer Trennschicht 1, welche zwei Einzellagen umfasst: eine linke, der negativen Elektrode 7' zugewandte Einzellage 11 und eine rechte, der positiven Elektrode 7'' zugewandte Einzellage 13. Diese Einzellagen 11 und 13 sind gemäß dem oben beschriebenen Basisbaustein B1 15 zusammengestellt. Die der negativen Elektrode 7' zugewandte Einzellage 11 basiert ausschließlich auf Kunststoff, während die der positiven Elektrode 7'' zugewandte Einzellage 13 einen anorganischen Anteil aufweist.In 4 is a section of a cross-section of an electrochemical cell 10 shown here proposed type, which is designed in this example as a lithium-ion cell. It includes a negative electrode 7 ' , a positive electrode 7 '' and a separator 1 here proposed type. The separator 1 consists of a separating layer 1 which comprises two individual layers: a left, the negative electrode 7 ' facing single layer 11 and a right, the positive electrode 7 '' facing single layer 13 , These individual layers 11 and 13 are according to the basic module B1 described above 15 compiled. The negative electrode 7 ' facing single layer 11 is based solely on plastic while that of the positive electrode 7 '' facing single layer 13 has an inorganic portion.

Die negative Elektrode 7' beinhaltet ein Aktivmaterial aus der oben genannten Materialgruppe C, nämlich Lithiumtitanat, mit dem eine besonders lange Lebensdauer der Zelle erricht werden kann. Durch Lithiumtitanat werden im Vergleich zu Graphit nur relativ kleine Lithium-Ionen-|Aktivitäten|[BP4] an einer Oberfläche der negativen Elektrode 7' ermöglicht. Daher kann in dem hier beschriebenen Separator 1 in der der negativen Elektrode zugewandte Einzellage 11 auf einen anorganischen Anteil vollständig verzichtet werden und die Einzellage ausschließlich aus dem Kunststoff Polyethylen bestehen. Die anorganischen Anteile innerhalb der der positiven Elektrode 7'' zugewandten Einzellage 13 sind durch die erste Einzellage 7' getrennt, so dass auf diese Weise eine Reduktion anorganischen Anteile innerhalb der rechten Einzellage 13 unterdrückt wird.The negative electrode 7 ' includes an active material of the above-mentioned material group C, namely lithium titanate, with which a particularly long life of the cell can be established. By lithium titanate are compared to graphite only relatively small lithium ion | Activities | [BP4] on a surface of the negative electrode 7 ' allows. Therefore, in the separator described herein 1 in the negative electrode facing single layer 11 are completely dispensed with an inorganic portion and the single layer consist exclusively of the plastic polyethylene. The inorganic content within the positive electrode 7 '' facing single position 13 are by the first single layer 7 ' separated, so that in this way a reduction of inorganic parts within the right single layer 13 is suppressed.

Die positive Elektrode 7'' beinhaltet ein Aktivmaterial der Materialgruppe D, nämlich eine Li-Co-Verbindung mit einem besonders hohen Redoxpotential gegenüber der Reaktion Li → Li+ von etwa 4,5 Volt. Der inorganische Anteil beträgt innerhalb der der positiven Elektrode 7'' zugewandten Einzellage 13 90% und ist gegeben durch Siliziumdioxid, welches sich durch seine elektrochemische Stabilität besonders gut für eine Anordnung an der positiven Elektrode 7'' eignet.The positive electrode 7 '' includes an active material of material group D, namely a Li-Co compound having a particularly high redox potential to the reaction Li → Li + of about 4.5 volts. The inorganic content is within that of the positive electrode 7 '' facing single position 13 90% and is given by silicon dioxide, which is particularly well suited for a positive electrode arrangement due to its electrochemical stability 7 '' suitable.

Durch den zweilagigen Aufbau der hier beschriebenen Zelle 10 lässt sich der Separator 1 relativ dünn ausgestalten, wodurch sich eine hohe Energiedichte realisieren lässt. Gleichzeitig wird durch den keramischen Anteil innerhalb des Separators 1 eine hohe thermische und mechanische Stabilität erzielt. Die mechanische und die elektrochemische Stabilität werden durch Noppen 3 erhöht, welche so wie im anhand von 2 beschriebenen Beispiel ausgestaltet sind, also insbesondere eine Höhe von etwa 1 μm aufweisen.Due to the two-layer structure of the cell described here 10 can be the separator 1 made relatively thin, which can be realized a high energy density. At the same time, the ceramic content within the separator 1 achieved a high thermal and mechanical stability. The mechanical and electrochemical stability are provided by pimples 3 increased, which as in the case of 2 configured example, ie in particular have a height of about 1 micron.

In 5 ist ein Ausschnitt eines Querschnitts einer elektrochemischen Zelle 10 hier vorgeschlagener Art dargestellt, welche in diesem Beispiel als Lithium-Ionen-Zelle ausgestaltet ist. Sie umfasst eine negative Elektrode 7', eine positive Elektrode 7'' und einen Separator 1 hier vorgeschlagener Art. Der Separator 1 besteht aus einer Trennschicht 1, welche zwei Einzellagen umfasst: eine linke, der negativen Elektrode 7' zugewandte Einzellage 11 und eine rechte, der positiven Elektrode 7'' zugewandte Einzellage 13. Diese Einzellagen beinhalten beide einen anorganischen Anteil bilden somit den oben beschriebenen Basisbaustein B3 16. Die der negativen Elektrode 7' zugewandte Einzellage 11 hat einen anorganischen Anteil von etwa 40%, welcher durch Spodumen (LiAlSi2O6) gegeben ist, die der positiven Elektrode 7'' zugewandte Einzellage 11 hat einen anorganischen Anteil von etwa 70%, welcher durch ein Lithiumphosphat wie Li1,3Al0,3Ti1,7(PO4)3 gegeben ist. Dabei sind beide Einzellagen 11 und 13 in einem Castverfahren hergestellt worden, wobei für den restlichen Massenanteil PVDF-HFP, welches als Binder fungiert, und Aceton als Lösemittel für den Binder eingesetzt worden ist. In einer alternativen Ausführungsform enthalten beide Einzellagen Spodumen. Die Einzellage mit dem höheren anorganischen Anteil, in diesem Fall die der positiven Elektrode 7'' zugewandte Einzellage 11, besitzt eine höherer thermische Stabilität und übernimmt eine stützende Funktion, insbesondere bei hohen Temperaturen.In 5 is a section of a cross-section of an electrochemical cell 10 shown here proposed type, which is designed in this example as a lithium-ion cell. It includes a negative electrode 7 ' , a positive electrode 7 '' and a separator 1 here proposed type. The separator 1 consists of a separating layer 1 which comprises two individual layers: a left, the negative electrode 7 ' facing single layer 11 and a right, the positive electrode 7 '' facing single layer 13 , These individual layers both contain an inorganic component and thus form the basic component B3 described above 16 , The negative electrode 7 ' facing single layer 11 has an inorganic content of about 40%, which is given by spodumene (LiAlSi 2 O 6 ), that of the positive electrode 7 '' facing single layer 11 has an inorganic content of about 70%, which is given by a lithium phosphate such as Li 1.3 Al 0.3 Ti 1.7 (PO 4 ) 3 . Both are single layers 11 and 13 have been prepared in a casting process, wherein for the remaining mass fraction of PVDF-HFP, which acts as a binder, and acetone has been used as a solvent for the binder. In an alternative embodiment, both individual layers contain spodumene. The single layer with the higher inorganic content, in this case the positive electrode 7 '' facing single layer 11 , has a higher thermal stability and performs a supporting function, especially at high temperatures.

Die negative Elektrode 7' beinhaltet ein Aktivmaterial aus der oben genannten Materialgruppe A, nämlich Graphit mit einem sehr kleinen Redoxpotential gegenüber der Reaktion Li → Li+ von etwa 0,3 Volt. Die positive Elektrode 7'' beinhaltet ein Aktivmaterial aus der oben genannten Materialgruppe E, nämlich eine Li-Ni-Verbindung mit einem Redoxpotential gegenüber der Reaktion Li → Li+ von etwa 4,0 Volt.The negative electrode 7 ' includes an active material from the above-mentioned material group A, namely graphite with a very small redox potential to the reaction Li → Li + of about 0.3 volts. The positive electrode 7 '' includes an active material of the above material group E, namely a Li-Ni compound having a redox potential to the reaction Li → Li + of about 4.0 volts.

In 6 ist ein Ausschnitt eines Querschnitts einer elektrochemischen Zelle 10 hier vorgeschlagener Art dargestellt, welche in diesem Beispiel als Lithium-Ionen-Zelle ausgestaltet ist. Sie umfasst eine negative Elektrode 7', eine positive Elektrode 7'' und einen Separator 1 hier vorgeschlagener Art. Der Separator 1 besteht aus einer Trennschicht 1, welche vier Einzellagen umfasst: eine linke, der negativen Elektrode 7' zugewandte Einzellage 11 und eine rechte, der positiven Elektrode 7'' zugewandte Einzellage 13, sowie zwei benachbarte mittlere Einzelschichten 12, 12', welche jeweils als keramische Beschichtungen mit einem anorganischen Anteil von 98% der linken bzw. der rechten Einzellage 11, 13 ausgestaltet sind. Diese Beschichtungen 12, 12' beinhalten beide Aluminiumoxid. Damit beinhaltet der Separator 1 eine Kombination von einem Basisbaustein B3 16 mit einem weiteren Basisbaustein B3 16'.In 6 is a section of a cross-section of an electrochemical cell 10 shown here proposed type, which is designed in this example as a lithium-ion cell. It includes a negative electrode 7 ' , a positive electrode 7 '' and a separator 1 here proposed type. The separator 1 consists of a separating layer 1 which comprises four individual layers: a left, the negative electrode 7 ' facing single layer 11 and a right, the positive electrode 7 '' facing single layer 13 , as well as two adjacent middle individual layers 12 . 12 ' , which in each case as ceramic coatings with an inorganic proportion of 98% of the left and the right single layer 11 . 13 are designed. These coatings 12 . 12 ' Both contain alumina. This includes the separator 1 a combination of a basic building block B3 16 with another basic module B3 16 ' ,

Die negative Elektrode 7' beinhaltet ein Aktivmaterial aus der oben genannten Materialgruppe B, nämlich Zinn und die positive Elektrode 7'' ein Aktivmaterial aus der oben genannten Materialgruppe F, nämlich eine Li-Mn-O-Verbindung Redoxpotential gegenüber der Reaktion Li → Li+ von etwa 4,5 Volt.The negative electrode 7 ' includes an active material of the above-mentioned material group B, namely, tin and the positive electrode 7 '' an active material from the above-mentioned material group F, namely a Li-Mn-O compound redox potential to the reaction Li → Li + of about 4.5 volts.

Für eine elektrochemische Stabilität des Separators ist in der der negativen Elektrode 7' zugewandten Einzellage 11 ein anorganischer Anteil von 60% eingestellt und in der der positiven Elektrode 7'' zugewandte Einzellage 13 ein anorganischer Anteil von 10% eingestellt. Außerdem ist auf diesen beiden Einzellagen 11 und 13 jeweils auf einer der negativen bzw. positiven Elektrode 7', 7'' zugewandten Außenfläche (Seite) 17, 17' ein Muster von Noppen mit einer mittleren Höhe und einem mittleren Abstand von jeweils 0,1 μm aufgebracht zum Vergrößern der elektrochemischen Stabilität des Separators 1. Eine Gesamtdicke des Separators beträgt, wie in den vorangehenden Beispielen etwa 50 μm, so dass in diesem Beispiel die Noppen nicht dargestellt sind.For electrochemical stability of the separator is in the negative electrode 7 ' facing single position 11 an inorganic content of 60% and in the positive electrode 7 '' facing single layer 13 an inorganic content of 10% is set. In addition, on these two individual layers 11 and 13 each on one of the negative and positive electrode 7 ' . 7 '' facing outer surface (side) 17 . 17 ' a pattern of dimples having a mean height and an average spacing of 0.1 μm each is applied to increase the electrochemical stability of the separator 1 , A total thickness of the separator is, as in the preceding examples about 50 microns, so that in this example, the knobs are not shown.

Claims (24)

Separator für eine elektrochemische Zelle (10) in der Form einer elektronisch isolierenden Trennschicht (1) mit mindestens einer schichtförmigen Einzellage (2, 11, 12, 12', 13), wobei die Trennschicht (1) eine Vielzahl von Poren (8) zur Aufnahme eines Elektrolyts (9) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den Poren (8) der Trennschicht (1) auf mindestens einer Seite (17, 17') der mindestens einen Einzellage (2, 11, 12, 12', 13) ein regelmäßiges oder regelloses aus einer Vielzahl von Erhebungen (3, 4, 5) und/oder Vertiefungen (3', 4') bestehendes Muster aufgebracht ist, wobei die Erhebungen (3, 4, 5) eine Höhe (d3) in einem Bereich zwischen 0,01 μm und 100 μm aufweisen und/oder dass die Vertiefungen (3', 4') eine Tiefe (d3) in einem Bereich von 0,01 μm bis 100 μm aufweisen, wobei außerdem ein mittlerer Abstand (d2) zwischen den Erhebungen (3, 4, 5) und/oder den Vertiefungen (3', 4') in einem Bereich zwischen 0,01 μm und 100 μm liegt.Separator for an electrochemical cell ( 10 ) in the form of an electronically insulating separating layer ( 1 ) with at least one stratiform single layer ( 2 . 11 . 12 . 12 ' . 13 ), wherein the separating layer ( 1 ) a plurality of pores ( 8th ) for receiving an electrolyte ( 9 ), characterized in that in addition to the pores ( 8th ) of the separating layer ( 1 ) on at least one page ( 17 . 17 ' ) of the at least one single layer ( 2 . 11 . 12 . 12 ' . 13 ) a regular or random one of a large number of surveys ( 3 . 4 . 5 ) and / or depressions ( 3 ' . 4 ' ) existing pattern, the surveys ( 3 . 4 . 5 ) have a height (d 3 ) in a range between 0.01 μm and 100 μm and / or that the depressions ( 3 ' . 4 ' ) have a depth (d 3 ) in a range of 0.01 microns to 100 microns, wherein also a mean distance (d 2 ) between the elevations ( 3 . 4 . 5 ) and / or the depressions ( 3 ' . 4 ' ) is in a range between 0.01 microns and 100 microns. Separator aus Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (3, 4, 5) und/oder Vertiefungen (3', 4') als Noppen (3), Krater (3'), Rillen (4), Rippen (4') und/oder wabenförmige Strukturen (5) ausgestaltet sind.Separator of claim 1, characterized in that the elevations ( 3 . 4 . 5 ) and / or depressions ( 3 ' . 4 ' ) as pimples ( 3 ), Craters ( 3 ' ), Grooves ( 4 ), Ribs ( 4 ' ) and / or honeycomb structures ( 5 ) are configured. Separator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Muster auf die mindestens eine Einzellage (2, 11, 12, 12', 13) durch ein Umformverfahren aufgebracht ist, insbesondere durch Walzen oder Eindrücken.Separator according to one of the preceding claims, characterized in that the pattern on the at least one individual layer ( 2 . 11 . 12 . 12 ' . 13 ) is applied by a forming process, in particular by rolling or impressions. Separator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen und/oder Vertiefungen durch eine Oberflächenrauhigkeit einer auf die Einzellage aufgetragenen keramischen Beschichtung gegeben sind.Separator according to one of the preceding claims, characterized in that the elevations and / or depressions are given by a surface roughness of a ceramic coating applied to the single layer. Separator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein mittlerer Abstand (d2) zwischen zwei benachbarten Erhebungen (3, 4, 5) oder ein mittlerer Abstand (d2) zwischen zwei benachbarten Vertiefungen (3', 4') um einen Faktor X größer ist als eine mittlere Porengröße, wobei außerdem eine mittlere Höhe (d3) der Erhebungen (3, 4, 5) oder eine mittlere Tiefe (d3) der Vertiefungen (3', 4') um einen Faktor Y größer ist als die mittlere Porengröße, wobei der Faktor X in einem Bereich von 1 bis 10000 und der Faktor Y in einem Bereich von 1 bis 10000 liegt.Separator according to one of the preceding claims, characterized in that a mean distance (d 2 ) between two adjacent elevations ( 3 . 4 . 5 ) or a mean distance (d 2 ) between two adjacent recesses ( 3 ' . 4 ' ) is larger than a mean pore size by a factor X, and furthermore an average height (d 3 ) of the elevations ( 3 . 4 . 5 ) or an average depth (d 3 ) of the depressions ( 3 ' . 4 ' ) is greater by a factor Y than the average pore size, wherein the factor X in one Range from 1 to 10,000 and the factor Y is in a range of 1 to 10,000. Separator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (3, 4, 5) eine Höhe (d3) in einem Bereich zwischen 0,1 μm und 10 μm aufweisen und/oder die Vertiefungen (3', 4') eine Tiefe (d3) in einem Bereich zwischen 0,1 μm und 10 μm aufweisen, wobei außerdem ein mittlerer Abstand (d2) zwischen den Erhebungen (3, 4, 5) und/oder Vertiefungen (3', 4') in einem Bereich zwischen 0,1 μm und 10 μm liegt.Separator according to one of the preceding claims, characterized in that the elevations ( 3 . 4 . 5 ) have a height (d 3 ) in a range between 0.1 μm and 10 μm and / or the depressions ( 3 ' . 4 ' ) have a depth (d 3 ) in a range between 0.1 microns and 10 microns, wherein also a mean distance (d 2 ) between the elevations ( 3 . 4 . 5 ) and / or depressions ( 3 ' . 4 ' ) is in a range between 0.1 microns and 10 microns. Separator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Muster auf einer Außenfläche (17, 17') der Trennschicht (1) aufgebracht ist.Separator according to one of the preceding claims, characterized in that the pattern on an outer surface ( 17 . 17 ' ) of the separating layer ( 1 ) is applied. Separator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Muster auf einander zugewandten Seiten zweier direkt nebeneinander angeordneter Einzellagen (2, 11, 12, 12', 13) aufgebracht ist, so dass sich die Erhebungen (3, 4, 5) und/oder die Vertiefungen (3', 4') der einen Einzellage (2, 11, 12, 12', 13) in einem Berührungskontakt mit den Erhebungen (3, 4, 5) und/oder den Vertiefungen (3', 4') der anderen Einzellage (2, 11, 12, 12', 13) befinden.Separator according to one of the preceding claims, characterized in that the pattern on mutually facing sides of two directly juxtaposed individual layers ( 2 . 11 . 12 . 12 ' . 13 ), so that the surveys ( 3 . 4 . 5 ) and / or the depressions ( 3 ' . 4 ' ) of a single layer ( 2 . 11 . 12 . 12 ' . 13 ) in contact with the surveys ( 3 . 4 . 5 ) and / or the depressions ( 3 ' . 4 ' ) of the other single layer ( 2 . 11 . 12 . 12 ' . 13 ) are located. Separator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennschicht (1) mindestens zwei Einzellagen (11, 12, 12', 13) umfasst, die flächig lose aneinander liegen oder flächig fest miteinander verbunden sind, insbesondere durch Laminieren oder Beschichten.Separator according to one of the preceding claims, characterized in that the separating layer ( 1 ) at least two individual layers ( 11 . 12 . 12 ' . 13 ), which lie flat against one another or are firmly connected to one another in a flat manner, in particular by lamination or coating. Separator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Verpressen und Laminieren zweier Einzellagen (2, 11, 12, 12', 13) miteinander das Muster auf die Einzellagen (2, 11, 12, 12', 13) aufgepresst worden ist.Separator according to one of the preceding claims, characterized in that during the pressing and laminating of two individual layers ( 2 . 11 . 12 . 12 ' . 13 ) with each other the pattern on the individual layers ( 2 . 11 . 12 . 12 ' . 13 ) has been pressed. Separator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennschicht (1) mindestens eine Einzellage (2, 11, 12, 12', 13) enthält, die einen anorganischen Anteil aufweist.Separator according to one of the preceding claims, characterized in that the separating layer ( 1 ) at least one single layer ( 2 . 11 . 12 . 12 ' . 13 ) containing an inorganic portion. Separator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein anorganischer Anteil der Trennschicht (1) durch eine Keramik, insbesondere durch Aluminiumoxid, Siliziumdioxid, Spodumen, ein Phosphat, Siliziumcarbid, Siliziumnitrid, Bornitrid, Borcarbid, Titandiborid, Zirkoniumdiborid oder durch einen daraus bestehenden Mischwerkstoff, durch Lithium leitende Festkörperverbindungen, und/oder Glasfasern gegeben ist.Separator according to one of the preceding claims, characterized in that an inorganic portion of the separating layer ( 1 ) is given by a ceramic, in particular by alumina, silica, spodumene, a phosphate, silicon carbide, silicon nitride, boron nitride, boron carbide, titanium diboride, zirconium diboride or by a mixing material consisting thereof, by lithium-conducting solid compounds, and / or glass fibers. Separator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennschicht (1) mindestens eine Einzellage (2, 11, 12, 12', 13) mit einem auf einem Kunststoff basierenden Anteil aufweist.Separator according to one of the preceding claims, characterized in that the separating layer ( 1 ) at least one single layer ( 2 . 11 . 12 . 12 ' . 13 ) having a portion based on a plastic. Separator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der auf einem Kunststoff basierende Anteil der Trennschicht (1) durch Polyolefin, insbesondere Polyethylen oder Polypropylen, durch Polyvinylidendifluorid, Hexafluorpropylen, Teflon, Polycarbonate, Polyethylenteraphtalat, Polyvinylchlorid, Polyurethan und/oder durch ein Vlies oder durch eine Kombination daraus gegeben ist.Separator according to claim 13, characterized in that the plastic-based portion of the release layer ( 1 ) is given by polyolefin, in particular polyethylene or polypropylene, by polyvinylidene difluoride, hexafluoropropylene, Teflon, polycarbonates, polyethylene terephthalate, polyvinyl chloride, polyurethane and / or by a fleece or by a combination thereof. Separator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennschicht (1) mindestens einen oder eine Kombination von Basisbausteinen B1 (15), B2 (14) und B3 (16, 16') beinhaltet, wobei – Basisbaustein B1 (15) aus einer ersten Einzellage (2, 13) mit einem anorganischen Anteil und einer zweiten ausschließlich auf Kunststoff basierenden Einzellage (2, 11) aufgebaut ist, – Basisbaustein B2 (14) aus einer ersten Einzellage (2, 12) mit einem anorganischen Anteil und einer zweiten und einer dritten jeweils ausschließlich auf Kunststoff basierenden Einzellagen (2, 11, 13) aufgebaut ist, wobei die erste Einzellage (2, 12) zwischen der zweiten und der dritten Einzellage (2, 11, 13) angeordnet ist, und – Basisbaustein B3 (16, 16') aus einer ersten und einer zweiten Einzellage (2, 11, 12, 12', 13) mit unterschiedlichen anorganischen Anteilen aufgebaut ist.Separator according to one of the preceding claims, characterized in that the separating layer ( 1 ) at least one or a combination of basic building blocks B1 ( 15 ), B2 ( 14 ) and B3 ( 16 . 16 ' ), wherein - basic building block B1 ( 15 ) from a first single layer ( 2 . 13 ) with an inorganic portion and a second single-layer based solely on plastic ( 2 . 11 ), - basic module B2 ( 14 ) from a first single layer ( 2 . 12 ) with an inorganic portion and a second and a third, each based solely on plastic individual layers ( 2 . 11 . 13 ), wherein the first single layer ( 2 . 12 ) between the second and third individual layers ( 2 . 11 . 13 ), and - basic module B3 ( 16 . 16 ' ) from a first and a second single layer ( 2 . 11 . 12 . 12 ' . 13 ) is constructed with different inorganic proportions. Elektrochemische Zelle (10) mit einer negativen und einer positiven Elektrode (7', 7''), dadurch gekennzeichnet, dass ein Separator nach einem der Ansprüche 1 bis 15 zusammen mit einem Elektrolyt (9) zwischen der negativen und der positiven Elektrode (7', 7'') angeordnet ist, wobei das Elektrolyt (9) ganz oder teilweise von den Poren (8) der Trennschicht (1) aufgenommen ist, eine erste Außenfläche (17) der Trennschicht (1) mit der negativen Elektrode (7') in einem Berührungskontakt steht und wobei eine zweite Außenfläche (17') der Trennschicht (1) mit der positiven Elektrode (7'') in einem Berührungskontakt steht zur Gewährleistung einer ionenleitenden Verbindung zwischen der negativen und der positiven Elektrode (7', 7'').Electrochemical cell ( 10 ) with a negative and a positive electrode ( 7 ' . 7 '' ), characterized in that a separator according to one of claims 1 to 15 together with an electrolyte ( 9 ) between the negative and the positive electrode ( 7 ' . 7 '' ), wherein the electrolyte ( 9 ) completely or partially from the pores ( 8th ) of the separating layer ( 1 ), a first outer surface ( 17 ) of the separating layer ( 1 ) with the negative electrode ( 7 ' ) in contact with one another and wherein a second outer surface ( 17 ' ) of the separating layer ( 1 ) with the positive electrode ( 7 '' ) is in contact with one another to ensure an ion-conducting connection between the negative and the positive electrode ( 7 ' . 7 '' ). Elektrochemische Zelle (10) aus Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Muster auf der ersten Außenfläche (17) und/oder auf der zweiten Außenfläche (17') der Trennschicht (1) angeordnet ist zur Verbesserung einer Benetzbarkeit der Trennschicht (1) mit dem Elektrolyt (9) und zur Verkleinerung einer Kontaktfläche (6) zwischen der Trennschicht (1) und den Elektroden (7, 7', 7'') für eine Erhöhung einer elektrochemischen Stabilität der Trennschicht (1).Electrochemical cell ( 10 ) of claim 16, characterized in that the pattern on the first outer surface ( 17 ) and / or on the second outer surface ( 17 ' ) of the separating layer ( 1 ) is arranged to improve a wettability of the release layer ( 1 ) with the electrolyte ( 9 ) and to reduce a contact area ( 6 ) between the release layer ( 1 ) and the electrodes ( 7 . 7 ' . 7 '' ) for increasing the electrochemical stability of the release layer ( 1 ). Elektrochemische Zelle (10) nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein anorganischer Massenanteil der Trennschicht (1) ausgehend von der erste Außenschicht (11) in einer Richtung zur zweiten Außenschicht (13) hin zunimmt zur Verbesserung einer elektrochemischen Stabilität der Trennschicht (1). Electrochemical cell ( 10 ) according to one of claims 16 or 17, characterized in that an inorganic mass fraction of the separating layer ( 1 ) starting from the first outer layer ( 11 ) in a direction to the second outer layer ( 13 ) increases to improve electrochemical stability of the release layer ( 1 ). Elektrochemische Zelle (10) nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine die erste Außenschicht (11) bildende Einzellage (2, 11) der Trennschicht (1) einen anorganischen Massenanteil in einem Bereich zwischen 10% und 98% aufweist.Electrochemical cell ( 10 ) according to one of claims 16 to 18, characterized in that a first outer layer ( 11 ) single layer ( 2 . 11 ) of the separating layer ( 1 ) has an inorganic mass fraction in a range between 10% and 98%. Elektrochemische Zelle (10) nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine die zweite Außenschicht (13) bildende Einzellage (2, 13) der Trennschicht (1) einen anorganischen Massenanteil in einem Bereich zwischen 10% und 98% aufweist.Electrochemical cell ( 10 ) according to one of claims 16 to 19, characterized in that a second outer layer ( 13 ) single layer ( 2 . 13 ) of the separating layer ( 1 ) has an inorganic mass fraction in a range between 10% and 98%. Elektrochemische Zelle (10) nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennschicht (1) eine zwischen einer die erste Außenschicht (11) bildenden ersten Einzellage (11) und einer die zweite Außenschicht (13) bildenden zweiten Einzellage (13) angeordnete dritte Einzellage (12, 12') aufweist mit einem anorganischen Massenanteil in einem Bereich zwischen 10% und 98%.Electrochemical cell ( 10 ) according to one of claims 16 to 20, characterized in that the separating layer ( 1 ) one between a first outer layer ( 11 ) forming the first single layer ( 11 ) and one the second outer layer ( 13 ) forming second single layer ( 13 ) arranged third single layer ( 12 . 12 ' ) having an inorganic mass fraction in a range between 10% and 98%. Elektrochemische Zelle (10) nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrochemische Zelle (10) eine Lithium-Ionen-Zelle (10) ist mit einer negativen Elektrode (7') mit einem Elektrodenmaterial aus einer der Materialgruppen A (Graphit, Soft-Carbon, Hard-Carbon), B (Silizium, Zinn) oder C (Lithiumtitanat) und/oder einer positiven Elektrode (7'') mit einem Elektrodenmaterial aus einer der Materialgruppen D (Li-Co-Verbindungen), E (Li-Ni-Verbindungen, Li-Mn-Verbindungen, Li-Co-Ni-Mn-Verbindungen), F (Li-Fe-P-Verbindungen, Li-Mn-P-Verbindungen, Li-Co-P-Verbindungen).Electrochemical cell ( 10 ) according to one of claims 16 to 21, characterized in that the electrochemical cell ( 10 ) a lithium-ion cell ( 10 ) is connected to a negative electrode ( 7 ' ) with an electrode material of one of the material groups A (graphite, soft carbon, hard carbon), B (silicon, tin) or C (lithium titanate) and / or a positive electrode ( 7 '' ) with an electrode material from one of the material groups D (Li-Co compounds), E (Li-Ni compounds, Li-Mn compounds, Li-Co-Ni-Mn compounds), F (Li-Fe-P) Compounds, Li-Mn-P compounds, Li-Co-P compounds). Elektrochemische Zelle (10) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass ein anorganischer Anteil einer die erste Außenschicht (11) bildenden Einzellage (11) der Trennschicht (1) bei einer negativen Elektrode (7') mit einem Elektrodenmaterial aus A zwischen 40% und 98% liegt, aus B zwischen 60% und 98% liegt oder aus C zwischen 0% und 25% liegt zur Verbesserung einer elektrochemischen Stabilität der Trennschicht (1).Electrochemical cell ( 10 ) according to claim 22, characterized in that an inorganic portion of a first outer layer ( 11 ) forming individual layer ( 11 ) of the separating layer ( 1 ) with a negative electrode ( 7 ' ) is between 40% and 98% with an electrode material of A, between 60% and 98% from B, or between 0% and 25% from C to improve the electrochemical stability of the separating layer (US Pat. 1 ). Elektrochemische Zelle (10) nach einem der Ansprüche 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass ein anorganischer Anteil einer die zweite Außenschicht (13) bildenden Einzellage (2, 13) bei einer positiven Elektrode (7'') mit einem Elektrodenmaterial aus D zwischen 40% und 98% liegt, aus E zwischen 30% und 98% liegt oder aus F zwischen 10% und 98% liegt zur Verbesserung einer elektrochemischen Stabilität der Trennschicht (1).Electrochemical cell ( 10 ) according to one of claims 22 or 23, characterized in that an inorganic portion of a second outer layer ( 13 ) forming individual layer ( 2 . 13 ) at a positive electrode ( 7 '' ) with an electrode material of D between 40% and 98%, from E between 30% and 98%, or from F between 10% and 98%, to improve the electrochemical stability of the separating layer (US Pat. 1 ).
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