DE102013218499A1 - Separator of a lithium battery cell and lithium battery - Google Patents
Separator of a lithium battery cell and lithium battery Download PDFInfo
- Publication number
- DE102013218499A1 DE102013218499A1 DE102013218499.9A DE102013218499A DE102013218499A1 DE 102013218499 A1 DE102013218499 A1 DE 102013218499A1 DE 102013218499 A DE102013218499 A DE 102013218499A DE 102013218499 A1 DE102013218499 A1 DE 102013218499A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- separator
- lithium
- voltage
- temperature
- functional membrane
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
- H01M50/411—Organic material
- H01M50/414—Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/4235—Safety or regulating additives or arrangements in electrodes, separators or electrolyte
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
- H01M50/449—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
- H01M50/449—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
- H01M50/457—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure comprising three or more layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2200/00—Safety devices for primary or secondary batteries
- H01M2200/20—Pressure-sensitive devices
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Cell Separators (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft einen Separator (8) einer Lithiumbatteriezelle (2), umfassend zumindest eine funktionelle Membran (23), wobei die funktionelle Membran (23) eine spannungsabhängige oder temperaturabhängige Durchleitungsfähigkeit von Lithium-Ionen (10) aufweist, und ein Lithium-Ionenfluss durch den Separator (8) von der spannungsabhängigen oder temperaturabhängigen Durchleitungsfähigkeit von Lithium-Ionen (10) der funktionellen Membran (23) bestimmt ist. Dabei ist vorgesehen, dass die Zustandsänderung der Durchleitungsfähigkeit von Lithium-Ionen (10) der funktionellen Membran (23) in einem bestimmten Spannungsbereich um eine Grenzspannung der Lithiumbatteriezelle (2) und/oder in einem Temperaturbereich um eine bestimmte Grenztemperatur der Lithiumbatteriezelle (2) reversibel ist. Die Erfindung betrifft außerdem eine Lithiumbatteriezelle (2), sowie eine Lithiumbatterie mit einem derartigen Separator (8).The invention relates to a separator (8) of a lithium battery cell (2) comprising at least one functional membrane (23), the functional membrane (23) having a voltage-dependent or temperature-dependent conduction capability of lithium ions (10), and a lithium ion flux the separator (8) is determined by the voltage-dependent or temperature-dependent conduction capability of lithium ions (10) of the functional membrane (23). It is provided that the change in state of the conduction capability of lithium ions (10) of the functional membrane (23) in a certain voltage range by a limit voltage of the lithium battery cell (2) and / or in a temperature range around a certain limit temperature of the lithium battery cell (2) reversible is. The invention also relates to a lithium battery cell (2), as well as a lithium battery with such a separator (8).
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft einen Separator einer Lithiumbatteriezelle sowie eine Lithiumbatteriezelle und eine Lithiumbatterie.The invention relates to a separator of a lithium battery cell and a lithium battery cell and a lithium battery.
Die Kathode und die Anode, d. h. die positiven und negativen Elektroden, von Lithium-Batteriezellen werden mithilfe von Separatoren räumlich und elektrisch voneinander getrennt. Gleichzeitig sind die Separatoren für Lithium-Ionen jedoch durchlässig. So kann einerseits ein interner Kurzschluss zwischen den Elektroden unterschiedlicher Polarität vermieden werden und andererseits ein ungehinderter Ionenfluss innerhalb der Zelle stattfinden, der die Umwandlung der gespeicherten chemischen Energie in elektrische Energie erlaubt, die sogenannte elektrochemische Reaktion.The cathode and the anode, d. H. the positive and negative electrodes of lithium battery cells are separated spatially and electrically by means of separators. At the same time, however, the separators for lithium ions are permeable. Thus, on the one hand, an internal short circuit between the electrodes of different polarity can be avoided and, on the other hand, an unhindered flow of ions within the cell take place, which allows the conversion of the stored chemical energy into electrical energy, the so-called electrochemical reaction.
In vielen Anwendungen werden dünne Separatoren verwendet, damit der Innenwiderstand der Lithium-Batteriezelle möglichst gering ist und eine hohe Packungsdichte erreicht werden kann. Als Materialien für Separatoren eignen sich sehr feinporige Folien aus Kunststoff oder Vliesstoffe aus Glasfasern. Auch Folien aus Keramik werden eingesetzt, da sie den Vorteil aufweisen, bis zu 450 °C temperaturbeständig zu sein. Da Separatoren in Lithium-Ionenakkumulatoren außerdem über viele Lade- und Entladezyklen hinweg und über mehrere Jahre stabil sein sollen, werden sie oft aus hochwertigen Materialien gefertigt. Hierbei werden mikroporöse Trägermembranen aus Kunststoff eingesetzt, welche teilweise mehrlagig sein können.In many applications, thin separators are used so that the internal resistance of the lithium battery cell is as low as possible and a high packing density can be achieved. As materials for separators are very fine-pored plastic films or nonwoven fabrics made of glass fibers. Ceramic films are also used because they have the advantage of being temperature resistant up to 450 ° C. In addition, since separators in lithium-ion batteries are said to be stable over many charge and discharge cycles and over several years, they are often fabricated from high quality materials. In this case, microporous carrier membranes made of plastic are used, which may be partially multilayered.
Aus der
Aus der
Aus der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Ein erfindungsgemäßer Separator einer Lithiumbatteriezelle umfasst zumindest eine funktionelle Membran, wobei die funktionelle Membran eine spannungsabhängige oder temperaturabhängige Durchleitungsfähigkeit von Lithium-Ionen aufweist, und ein Lithium-Ionenfluss durch den Separator von der spannungsabhängigen oder temperaturabhängigen Durchleitungsfähigkeit von Lithium-Ionen der funktionellen Membran bestimmt ist. Dabei ist vorgesehen, dass die Zustandsänderung der Durchleitungsfähigkeit von Lithium-Ionen der funktionellen Membran in einem bestimmten Spannungsbereich um zumindest eine bestimmte Grenzspannung der Lithiumbatteriezelle und/oder in einem bestimmten Temperaturbereich um eine bestimmte Grenztemperatur der Lithiumbatteriezelle reversibel ist.An inventive separator of a lithium battery cell comprises at least one functional membrane, wherein the functional membrane has a voltage-dependent or temperature-dependent conduction capability of lithium ions, and a lithium ion flux through the separator is determined by the voltage-dependent or temperature-dependent conduction capability of lithium ion of the functional membrane. It is provided that the change in state of the conduction capability of lithium ions of the functional membrane in a certain voltage range by at least a certain threshold voltage of the lithium battery cell and / or in a certain temperature range is reversible by a certain limit temperature of the lithium battery cell.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Separators sind durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen möglich. Advantageous developments and improvements of the independent claim specified separator are possible by the measures listed in the dependent claims.
Nach einer Ausführungsform weist der Separator eine poröse Trägermembran auf, die mit der funktionellen Membran beschichtet ist. Beispielsweise könnte die Anordnung als ein Diblock-Copolymer realisiert sein. Ein Diblock-Copolymer umfasst beispielsweise einen ersten Abschnitt mit einem Monomer der porösen Trägermembran und einen zweiten Abschnitt mit einem Monomer der funktionellen Membran. In one embodiment, the separator comprises a porous support membrane coated with the functional membrane. For example, the device could be realized as a diblock copolymer. For example, a diblock copolymer includes a first portion having a monomer of the porous support membrane and a second portion having a monomer of the functional membrane.
Nach einer weiteren Ausführungsform umfasst der Separator zumindest zwei poröse Trägermembranen und zumindest eine funktionelle Membran, wobei zumindest eine funktionelle Membran zwischen zwei porösen Trägermembranen angeordnet ist. Beispielsweise könnte die Anordnung als Triblock-Copolymer realisiert sein, welches aus einem Monomer der porösen Trägermembran in einem ersten Abschnitt, einem Monomer der funktionellen Membran in einem zweiten Abschnitt und einem Monomer der porösen Trägermembran in einem dritten Abschnitt gebildet ist. According to a further embodiment, the separator comprises at least two porous support membranes and at least one functional membrane, wherein at least one functional membrane is arranged between two porous support membranes. For example, the assembly could be realized as a triblock copolymer formed from a monomer of the porous support membrane in a first section, a functional membrane monomer in a second section, and a monomer of the porous support membrane in a third section.
Gemäß weiteren Ausführungsformen weist der Separator mehrere poröse Trägermembranen und mehrere funktionelle Membranen auf, wobei die porösen und die funktionellen Membranen alternierend angeordnet sind. Dadurch dass sehr viele Polymerstränge innerhalb des Separators existieren und dabei ungeordnet miteinander verknäult sind, kann eine entsprechende funktionelle Schutzschicht aufgebaut werden.According to further embodiments, the separator comprises a plurality of porous support membranes and a plurality of functional membranes, wherein the porous and the functional membranes are arranged alternately. Due to the fact that a large number of polymer strands exist within the separator and are disorderly entangled with one another, it is possible a corresponding functional protective layer can be constructed.
Nach einer Ausführungsform weist die funktionelle Membran eine temperaturabhängige Durchleitungsfähigkeit von Lithium-Ionen auf. Der bestimmte Temperaturbereich, in welchem die Zustandsänderung der Durchleitungsfähigkeit von Lithium-Ionen der funktionellen Membran reversibel ist, umfasst dabei bevorzugt einen Temperaturbereich, in dem die Batterie üblicherweise eingesetzt wird und einen Bereich um eine bestimmte Grenztemperatur, oberhalb derer eine Überhitzung der Zelle zu erwarten ist. Die Grenztemperatur liegt bei etwa 80 bis 100 °C. Zumindest bis zu einem definierten Wert oberhalb der Grenztemperatur, beispielsweise bis zu 2 °C, 5°C oder 10°C oberhalb der Grenztemperatur, ist die Zustandsänderung der Durchleitungsfähigkeit von Lithium-Ionen reversibel, wobei der Wert materialabhängig ist. Bevorzugt umfasst der bestimmte Temperaturbereich einen Bereich von 10 °C um eine Grenztemperatur von 90 °C.In one embodiment, the functional membrane has a temperature-dependent conduction capability of lithium ions. The particular temperature range in which the change in state of the conduction capability of lithium ion of the functional membrane is reversible preferably comprises a temperature range in which the battery is usually used and a range around a certain limit temperature, above which overheating of the cell is to be expected , The limit temperature is around 80 to 100 ° C. At least up to a defined value above the limit temperature, for example up to 2 ° C, 5 ° C or 10 ° C above the limit temperature, the change in state of the conductivity of lithium-ion is reversible, the value is material-dependent. Preferably, the determined temperature range includes a range of 10 ° C around a threshold temperature of 90 ° C.
Die temperaturabhängige Durchleitungsfähigkeit von Lithium-Ionen unterhalb der Grenztemperatur ist dabei größer als diejenige oberhalb der Grenztemperatur. Unterhalb der Grenztemperatur ist die temperaturabhängige Durchleitungsfähigkeit von Lithium-Ionen bevorzugt im Wesentlichen konstant. Auch oberhalb der Grenztemperatur ist die temperaturabhängige Durchleitungsfähigkeit von Lithium-Ionen bevorzugt im Wesentlichen konstant. The temperature-dependent conductivity of lithium ions below the limit temperature is greater than that above the limit temperature. Below the threshold temperature, the temperature-dependent conduction capability of lithium ions is preferably substantially constant. Even above the limit temperature, the temperature-dependent conduction capability of lithium ions is preferably substantially constant.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist die funktionelle Membran mit temperaturabhängiger Durchleitungsfähigkeit von Lithium-Ionen ein Hydrogel oder Nanokomposites auf. According to a preferred embodiment, the functional membrane with temperature-dependent conduction capability of lithium ions has a hydrogel or nanocomposites.
Nach einer weiteren Ausführungsform weist die funktionelle Membran eine spannungsabhängige Durchleitungsfähigkeit von Lithium-Ionen auf. Der bestimmte Spannungsbereich, in welchem die Zustandsänderung der Durchleitungsfähigkeit von Lithium-Ionen der funktionellen Membran reversibel ist, umfasst dabei zumindest einen operativen Bereich, welcher ein Bereich von 2,5 bis 4,5 V ist. Zumindest bis zu einem definierten oberen Grenzwerte oberhalb der 4,5 V, beispielsweise bis zu 0,1 V, 0,5 V oder 1 V oberhalb der 4,5 V, ist die Zustandsänderung der Durchleitungsfähigkeit von Lithium-Ionen reversibel. Analog ist zumindest bis zu einem definierten unteren Grenzwert unterhalb der 2,5 V, beispielsweise bis zu 0,1 V, 0,5 V oder 1 V unterhalb der 2,5 V, die Zustandsänderung der Durchleitungsfähigkeit von Lithium-Ionen reversibel, wobei der Wert materialabhängig ist. In another embodiment, the functional membrane has a voltage-dependent conduction capability of lithium ions. The particular voltage range in which the state change of the conduction capability of lithium ion of the functional membrane is reversible comprises at least an operative range which is a range of 2.5 to 4.5V. At least up to a defined upper limit above 4.5 V, for example up to 0.1 V, 0.5 V or 1 V above 4.5 V, the state change of the conduction capability of lithium ions is reversible. Analogously, at least up to a defined lower limit below 2.5 V, for example up to 0.1 V, 0.5 V or 1 V below 2.5 V, the change in state of the conductivity of lithium-ion reversible, the Value is material-dependent.
Bevorzugt umfasst der bestimmte Spannungsbereich einen Bereich von 500 mV um eine Grenzspannung von 4,5 V und/oder einen Bereich von 500 mV um eine Grenzspannung von 2,5 V.The determined voltage range preferably comprises a range of 500 mV around a limiting voltage of 4.5 V and / or a range of 500 mV about a limiting voltage of 2.5 V.
Die spannungsabhängige Durchleitungsfähigkeit von Lithium-Ionen innerhalb des operativen Bereichs ist bevorzugt größer als außerhalb des operativen Bereichs. Bevorzugt ist die spannungsabhängige Durchleitungsfähigkeit von Lithium-Ionen innerhalb des operativen Bereichs im Wesentlichen konstant. Die spannungsabhängige Durchleitungsfähigkeit von Lithium-Ionen unterhalb des operativen Bereichs ist ebenfalls bevorzugt konstant. Die spannungsabhängige Durchleitungsfähigkeit von Lithium-Ionen oberhalb des operativen Bereichs ist ebenfalls bevorzugt konstant. The voltage-dependent conduction capability of lithium ions within the operative area is preferably greater than outside the operative area. Preferably, the voltage-dependent conduction capability of lithium ions is essentially constant within the operative range. The voltage-dependent conduction capability of lithium ions below the operative range is also preferably constant. The voltage-dependent conduction capability of lithium ions above the operative range is also preferably constant.
Bevorzugt weist die funktionelle Membran ein leitfähiges Polymer, insbesondere Polypyrrol (PPy), Nanokomposites oder nanoporöse Kernspurmembranen auf. The functional membrane preferably has a conductive polymer, in particular polypyrrole (PPy), nanocomposites or nanoporous nuclear track membranes.
Erfindungsgemäß wird außerdem eine Lithiumbatteriezelle mit einem derartigen Separator bereitgestellt. Die Erfindung wird bevorzugt bei Lithium-Ionenbatteriezellen eingesetzt. Sie ist jedoch nicht auf Lithium-Ionenbatteriezellen beschränkt, sondern kann ebenso bei Lithiumschwefelzellen als auch bei Lithiumluftzellen eingesetzt werden.According to the invention, a lithium battery cell is also provided with such a separator. The invention is preferably used in lithium-ion battery cells. However, it is not limited to lithium-ion battery cells, but can also be used in lithium-sulfur cells as well as in lithium-air cells.
Erfindungsgemäß wird außerdem eine Lithiumbatterie mit zumindest einer derartigen Lithiumbatteriezelle zur Verfügung gestellt, die mit einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs verbindbar ist.According to the invention, a lithium battery with at least one such lithium battery cell is also made available, which is connectable to a drive system of a motor vehicle.
Die Begriffe "Batteriezelle" und "Batterie" werden in der vorliegenden Beschreibung dem üblichen Sprachgebrauch angepasst für Akkumulator bzw. Akkumulatoreinheit verwendet. Die Batterie umfasst bevorzugt eine oder mehrere Batterieeinheiten, die eine Batteriezelle, ein Batteriemodul, einen Modulstrang oder ein Batteriepack bezeichnen können. Die Batteriezellen sind dabei vorzugsweise räumlich zusammengefasst und schaltungstechnisch miteinander verbunden, beispielsweise seriell oder parallel zu Modulen verschaltet. Jedem Batteriemodul sind somit mehrere Batteriezellen zugeordnet, wobei diese in Serie und teilweise zusätzlich parallel geschaltet werden, um die geforderten Leistungs- und Energiedaten zu erzielen. Die einzelnen Batteriezellen sind bevorzugt Lithiumbatteriezellen mit einem Spannungsbereich von 2,5 bis 4,2 Volt. Mehrere Module können sogenannte Batteriedirektkonverter (BDC, Battery Direct Converter) bilden, und mehrere Batteriedirektkonverter einen Batteriedirektinverter (BDI, Battery Direct Inverter).The terms "battery cell" and "battery" are used in the present description adapted to the usual language for accumulator or Akkumulatoreinheit. The battery preferably comprises one or more battery units, which may designate a battery cell, a battery module, a module string or a battery pack. The battery cells are preferably spatially combined and interconnected circuitry, for example, connected in series or parallel to modules. Each battery module are thus assigned a plurality of battery cells, which are connected in series and partially in addition in parallel in order to achieve the required power and energy data. The individual battery cells are preferably lithium battery cells with a voltage range of 2.5 to 4.2 volts. Several modules can form so-called Battery Direct Converters (BDCs), and several battery direct converters form a Battery Direct Inverter (BDI).
Erfindungsgemäß wird außerdem ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Batterie zur Verfügung gestellt, wobei die Batterie mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Bevorzugt wird das Verfahren bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen angewendet, bei welchen eine Zusammenschaltung einer Vielzahl von Batteriezellen zur Bereitstellung der nötigen Antriebsspannung erfolgt.According to the invention, a motor vehicle is also provided with such a battery, wherein the battery is connected to a drive system of the motor vehicle. This is preferred Method applied to electrically powered vehicles, in which an interconnection of a plurality of battery cells to provide the necessary drive voltage.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die Integration eines Überhitzungsschutzes innerhalb der Lithiumbatteriezelle bietet eine effektive Präventionsmaßnahme gegenüber zu hohen Temperaturen. Die automatisch auslösende Zustandsänderung der Durchleitungsfähigkeit von Lithium-Ionen des Separators ab einer definierten Grenztemperatur bietet einen sofortigen Schutz, der die Sicherheit von Lithiumbatterien steigert. Um die Überhitzung der Lithiumbatteriezelle zu vermeiden, d. h. das Überschreiten einer kritischen Temperatur zu vermeiden, wird dabei der Lithium-Ionenfluss ab einer definierten Grenztemperatur unterbrochen. Die funktionelle Membran weist hierzu eine temperatursensitiv-steuerbare Durchlässigkeit bzw. Durchleitungsfähigkeit von Lithium-Ionen auf. Bei einem Überschreiten der definierten Grenztemperatur wird die funktionelle Membran derart strukturell verändert, dass sie undurchlässig für Lithium-Ionen wird. Dieser physikalische oder chemische Prozess erfolgt dabei in sehr kurzer Zeit und bringt den Lithium-Ionenfluss zum Stillstand, so dass keine Überhitzung stattfinden kann.The integration of overheat protection within the lithium battery cell provides an effective preventive measure against excessive temperatures. The auto-triggering change in state of the lithium ion conductivity of the separator beyond a defined threshold temperature provides immediate protection that enhances the safety of lithium batteries. To avoid overheating the lithium battery cell, d. H. To avoid exceeding a critical temperature, while the lithium-ion flow is interrupted from a defined limit temperature. For this purpose, the functional membrane has a temperature-sensitive controllable permeability or conduction capability of lithium ions. When the defined limit temperature is exceeded, the functional membrane is structurally changed in such a way that it becomes impermeable to lithium ions. This physical or chemical process takes place in a very short time and brings the lithium-ion flow to a standstill, so that no overheating can take place.
Die Integration eines Überladungsschutzes innerhalb jeder Lithiumbatteriezelle bietet eine effektive Präventionsmaßnahme gegenüber zu hohen Spannungen. Die automatisch auslösende Funktion des Separators ab einer definierten Grenzspannung bietet einen sofortigen Schutz, der die Sicherheit von Lithiumbatteriezellen steigert. Hierdurch kann sowohl eine Überladung der Zelle, welche im Allgemeinen beim Überschreiten einer Ladespannung von 4,2 V zu erwarten ist, verhindert werden, bei welcher sich metallisches Lithium an der Anode ablagert. Ebenso kann ein Tiefentladungsschutz erreicht werden, wobei eine zulässige untere Entladespannung von Lithiumbatteriezellen bei ca. 2,5 V liegt, um irreversible Schäden zu vermeiden. Um die Überladung der Zelle, d. h. das Überschreiten der maximalen Ladespannung, zu vermeiden, wird der Lithium-Ionenfluss ab einer definierten Grenzspannung unterbrochen. Die funktionelle Membran weist hierzu eine elektrosensitiv-steuerbare Durchleitungsfähigkeit bzw. Durchlässigkeit gegenüber Lithium-Ionen auf. Die funktionelle Membran wird bei Überschreiten der oberen Grenzspannung oder bei Unterschreiten der unteren Grenzspannung strukturell so verändert, dass sie undurchlässig für Lithium-Ionen wird und eine Trenneigenschaft ausbildet. Dieser physikalische oder chemische Prozess erfolgt dabei in sehr kurzer Zeit und bringt den Lithium-Ionenfluss zum Stillstand, so dass keine Überladung oder Tiefentladung stattfinden kann.The integration of overcharge protection within each lithium battery cell provides an effective preventive measure against excessive voltages. The automatic triggering function of the separator above a defined threshold voltage provides immediate protection that enhances the safety of lithium battery cells. As a result, both an overcharge of the cell, which is generally to be expected when exceeding a charging voltage of 4.2 V, be prevented, in which deposits metallic lithium at the anode. Likewise, a deep discharge protection can be achieved, with an allowable lower discharge voltage of lithium battery cells is about 2.5 V to avoid irreversible damage. To overload the cell, d. H. exceeding the maximum charging voltage to avoid the lithium-ion flow is interrupted from a defined threshold voltage. For this purpose, the functional membrane has an electrosensitive controllable conductance or permeability to lithium ions. The functional membrane is structurally changed so that it becomes impermeable to lithium ions and forms a separation property when the upper limit voltage or below the lower limit voltage is exceeded. This physical or chemical process takes place in a very short time and brings the lithium ion flow to a standstill, so that no overcharge or deep discharge can take place.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.
Es zeigenShow it
Die negative Elektrode
Die positive Elektrode
Die als Kathode fungierende Elektrodenschicht kann beispielsweise auf ein Substrat oder auf den positiven Stromkollektor
Die Stromkollektoren
Zwischen der Kathode
Der Separator
Die Funktionsweise der sekundären Lithium-Batteriezelle
Wie in
Die in
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.The invention is not limited to the embodiments described herein and the aspects highlighted therein. Rather, within the scope given by the claims a variety of modifications are possible, which are within the scope of expert action.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 5691077 [0004] US 5691077 [0004]
- WO 2007/120763 A2 [0005] WO 2007/120763 A2 [0005]
- DE 10219423 A1 [0006] DE 10219423 A1 [0006]
Claims (11)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102013218499.9A DE102013218499A1 (en) | 2013-09-16 | 2013-09-16 | Separator of a lithium battery cell and lithium battery |
PCT/EP2014/068696 WO2015036297A1 (en) | 2013-09-16 | 2014-09-03 | Separator of a lithium battery cell and lithium battery |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102013218499.9A DE102013218499A1 (en) | 2013-09-16 | 2013-09-16 | Separator of a lithium battery cell and lithium battery |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102013218499A1 true DE102013218499A1 (en) | 2015-03-19 |
Family
ID=51454716
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102013218499.9A Withdrawn DE102013218499A1 (en) | 2013-09-16 | 2013-09-16 | Separator of a lithium battery cell and lithium battery |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102013218499A1 (en) |
WO (1) | WO2015036297A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102014219451A1 (en) * | 2014-09-25 | 2016-03-31 | Robert Bosch Gmbh | Galvanic element |
DE102014221261A1 (en) * | 2014-10-20 | 2016-04-21 | Robert Bosch Gmbh | Separator and galvanic cell with robust separation of cathode and anode |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5691077A (en) | 1994-12-20 | 1997-11-25 | Hoechst Celanese Corporation | Shutdown, trilayer battery separator |
DE10219423A1 (en) | 2002-05-02 | 2003-11-20 | Varta Microbattery Gmbh | Process for the production of a galvanic element |
WO2007120763A2 (en) | 2006-04-12 | 2007-10-25 | Steven Allen Carlson | Safety shutdown separators |
US20120164513A1 (en) * | 2010-12-22 | 2012-06-28 | Industrial Technology Research Institute | Battery separator and method for manufacturing the same |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8758925B2 (en) * | 2004-08-06 | 2014-06-24 | Lg Chem, Ltd. | Battery system containing phase change material-containing capsules in interior configuration thereof |
CN101809801B (en) * | 2007-09-28 | 2014-03-26 | A123系统公司 | Batteries having inorganic/organic porous films |
TWI411149B (en) * | 2008-12-31 | 2013-10-01 | Ind Tech Res Inst | Lithium battery and fabrication method thereof |
-
2013
- 2013-09-16 DE DE102013218499.9A patent/DE102013218499A1/en not_active Withdrawn
-
2014
- 2014-09-03 WO PCT/EP2014/068696 patent/WO2015036297A1/en active Application Filing
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5691077A (en) | 1994-12-20 | 1997-11-25 | Hoechst Celanese Corporation | Shutdown, trilayer battery separator |
DE10219423A1 (en) | 2002-05-02 | 2003-11-20 | Varta Microbattery Gmbh | Process for the production of a galvanic element |
WO2007120763A2 (en) | 2006-04-12 | 2007-10-25 | Steven Allen Carlson | Safety shutdown separators |
US20120164513A1 (en) * | 2010-12-22 | 2012-06-28 | Industrial Technology Research Institute | Battery separator and method for manufacturing the same |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102014219451A1 (en) * | 2014-09-25 | 2016-03-31 | Robert Bosch Gmbh | Galvanic element |
DE102014221261A1 (en) * | 2014-10-20 | 2016-04-21 | Robert Bosch Gmbh | Separator and galvanic cell with robust separation of cathode and anode |
US10700332B2 (en) | 2014-10-20 | 2020-06-30 | Robert Bosch Gmbh | Separator and galvanic cell providing robust separation of anode and cathode |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2015036297A1 (en) | 2015-03-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102016100472B4 (en) | THIN AND FLEXIBLE SOLID ELECTROLYTE FOR LITHIUM-ION BATTERIES | |
DE102014116162A1 (en) | Multifunctional battery separator | |
WO2017045944A1 (en) | Coated cathode active material for a battery cell | |
DE102009032050A1 (en) | Secondary battery with fast charging capability | |
DE102019115873A1 (en) | PROTECTIVE COATINGS FOR LITHIUM METAL ELECTRODES | |
DE102010030197A1 (en) | Lithium-ion cell | |
DE102011017105A1 (en) | Lithium-ion battery with high voltage | |
DE102013203485A1 (en) | Galvanic element with improved safety features | |
DE102020125026A1 (en) | IN-SITU POLYMERIZATION TO PROTECT LITHIUM METAL ELECTRODES | |
DE102019115363A1 (en) | METHOD FOR PRE-LITHERING SILICON AND SILICON OXIDE ELECTRODES | |
DE102013200707A1 (en) | Galvanic element with improved safety features | |
DE112016000907T5 (en) | Improved separators for rechargeable high-voltage lithium batteries and related methods | |
DE102014221261A1 (en) | Separator and galvanic cell with robust separation of cathode and anode | |
DE102013200848A1 (en) | Safety improved galvanic element | |
WO2013135351A1 (en) | Graphene in lithium-ion batteries | |
DE102009018804A1 (en) | Electrochemical cell with lithium titanate | |
DE102021107940A1 (en) | BATTERY SEPARATORS WITH HYBRID SOLID STATE ELECTROLYTE COATINGS | |
DE102013218499A1 (en) | Separator of a lithium battery cell and lithium battery | |
DE102009054939A1 (en) | Galvanic element | |
DE102016217397A1 (en) | Electrode stack with edge coating | |
DE102022107900A1 (en) | COMPOSITE INTERLAYER FOR SOLID STATE BATTERIES BASED ON LITHIUM METAL AND PROCESS FOR THEIR MANUFACTURE | |
DE102009034674A1 (en) | Lithium Ion Battery | |
WO2018036668A1 (en) | Separator/current collector unit for galvanic cells | |
DE102016221475A1 (en) | Battery cell and battery comprising electroactive material | |
DE102015223141A1 (en) | Circuit arrangement and method for detecting a short circuit in a battery cell |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R163 | Identified publications notified | ||
R012 | Request for examination validly filed | ||
R079 | Amendment of ipc main class |
Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01M0002160000 Ipc: H01M0050409000 |
|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |