DE102013218499A1 - Separator of a lithium battery cell and lithium battery - Google Patents

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Joachim Fetzer
Alexander Reitzle
Marc Heydemann
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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 US 5,691,077 ist ein Batterieseparator mit drei nebeneinander angeordneten Membranen für den Einsatz in Lithiumbatterien bekannt, welcher die Fähigkeit hat, einen Ionenfluss durch den Separator in Reaktion auf eine schnelle Wärmeentwicklung in der Zelle zu unterbrechen. Die erste und die dritte mikroporöse Membran bestehen hierbei aus Polypropylen und die zweite mikroporöse Membran aus Polyethylen. Die zweite Membran hat eine niedrigere Schmelztemperatur als die erste und dritte Membran.From the US 5,691,077 For example, a battery separator with three side-by-side membranes is known for use in lithium batteries, which has the ability to disrupt ion flow through the separator in response to rapid heat buildup in the cell. The first and the third microporous membrane consist of polypropylene and the second microporous membrane of polyethylene. The second membrane has a lower melting temperature than the first and third membranes.

Aus der WO 2007/120763 A2 sind Separatoren für elektrochemische Zellen, z. B. Lithiumbatterien, bekannt, wobei die Separatoren eine Sicherheitsschicht aufweisen, die die Zelle bei einer Grenztemperatur schnell abschaltet. Hierbei wird dünnes, mikroporöses Polymer-Latex auf einer Oberfläche eines Solgels oder Xerogels als Separator eingesetzt.From the WO 2007/120763 A2 are separators for electrochemical cells, eg. As lithium batteries, known, wherein the separators have a security layer that quickly shuts off the cell at a temperature limit. Here, thin, microporous polymer latex is used on a surface of a solgel or xerogel as a separator.

Aus der DE 102 19 423 A1 ist eine Lithiumzelle mit einem Separator bekannt, welcher ein Überladungsadditiv aufweist. Wenn die Zelle überladen wird und die Zelltemperatur kritisch wird, wird das Überladungsadditiv abgebaut und das Zersetzungsprodukt verlangsamt den Stromfluss in der Zelle innerhalb kurzer Zeit.From the DE 102 19 423 A1 For example, a lithium cell with a separator is known which has an overcharge additive. As the cell becomes overloaded and the cell temperature becomes critical, the overcharge additive is degraded and the decomposition product slows the current flow in the cell within a short time.

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

1 eine erfindungsgemäße Lithiumbatteriezelle gemäß einer ersten Ausführungsform, 1 a lithium battery cell according to a first embodiment of the invention,

2 die Lithiumbatteriezelle aus 1 bei einem Betrieb unter kritischen Bedingungen, 2 the lithium battery cell off 1 when operating under critical conditions,

3 eine Lithiumbatteriezelle gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, 3 a lithium battery cell according to a second embodiment of the invention,

4 die Lithiumbatteriezelle aus 3 bei einem Betrieb unter kritischen Bedingungen, 4 the lithium battery cell off 3 when operating under critical conditions,

5 eine Lithiumbatteriezelle gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung 5 a lithium battery cell according to a third embodiment of the invention

6 die Lithiumbatteriezelle aus 5 bei einem Betrieb unter kritischen Bedingungen, 6 the lithium battery cell off 5 when operating under critical conditions,

7a bis 7c schematische Aufbauten von Separatoren gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung. 7a to 7c schematic constructions of separators according to various embodiments of the invention.

1 zeigt einen schematischen Aufbau einer Lithiumbatteriezelle 2 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Die Lithiumbatteriezelle 2 ist in einem Gehäuse 3 angeordnet und weist eine negative Elektrode 4, eine positive Elektrode 6 und einen zwischen den Elektroden 4, 6 angeordneten Separator 8 auf. Die negative Elektrode 4 weist einen negativen Stromkollektor 7 und ein erstes aktives Material 17 an zumindest einer Oberfläche des negativen Stromkollektors 7 auf. Die positive Elektrode 6 weist einen positiven Stromkollektor 5 und ein zweites aktives Material 15 an zumindest einer Oberfläche des positiven Stromkollektors 5 auf. Das erste aktive Material 17 und das zweite aktive Material 15 können dabei jeweils aus einer einzigen Komponente oder aus mehreren Komponenten bestehen. Die beiden Elektroden 4, 6 sind im dargestellten Beispiel über eine äußere Beschaltung 20 mit einem die Spannung zwischen den Elektroden 4, 6 messenden Spannungsmessgerät 28 elektrisch verbunden. 1 shows a schematic structure of a lithium battery cell 2 according to a first embodiment of the invention. The lithium battery cell 2 is in a housing 3 arranged and has a negative electrode 4 , a positive electrode 6 and one between the electrodes 4 . 6 arranged separator 8th on. The negative electrode 4 has a negative current collector 7 and a first active material 17 on at least one surface of the negative current collector 7 on. The positive electrode 6 has a positive current collector 5 and a second active material 15 on at least one surface of the positive current collector 5 on. The first active material 17 and the second active material 15 can each consist of a single component or of several components. The two electrodes 4 . 6 are in the example shown via an external wiring 20 with one the voltage between the electrodes 4 . 6 measuring voltage measuring device 28 electrically connected.

Die negative Elektrode 4 weist im dargestellten Beispiel Graphit 18 als erstes aktives Material 17 und einen negativen Stromkollektor 7 aus Kupfer auf. Die negative Elektrode 4 kann aus einem beliebigen, für die Herstellung von Lithium-Ionen-Anoden bekannten Material ausgebildet werden. Als Anodenspeichermaterialien sind etwa Silicium (Si), Germanium (Ge), Lithium, ein kohlenstoffhaltiges Material, wie Graphit oder amorphe Kohlenstoffe, oder eine metallische Legierung von Vorteil. Auch Hybridelektroden mit Lithium-Legierungsanteilen sind gebräuchlich.The negative electrode 4 has graphite in the example shown 18 as the first active material 17 and a negative current collector 7 made of copper. The negative electrode 4 may be formed from any material known for the production of lithium-ion anodes. Examples of anode storage materials include silicon (Si), germanium (Ge), lithium, a carbonaceous material such as graphite or amorphous carbons, or a metallic alloy of advantage. Hybrid electrodes with lithium alloy components are also common.

Die positive Elektrode 6 weist Lithium-Cobaltdioxid (LiCoO2) als zweites aktives Material 15 und einen positiven Stromkollektor 5 aus Aluminium auf. Dargestellt sind die Cobaltatome 14, Lithiumatome 16 und die Sauerstoffatome 12 des Lithium-Cobaltdioxids. Die positive Elektrode 6 kann aus einem herkömmlichen, für die Herstellung von Lithium-Ionen-Kathoden bekannten Material ausgebildet werden. Als Kathodenspeichermaterialien sind etwa oxidische Materialien, insbesondere Lithium-Cobaltdioxid (LiCoO2), Lithium-Eisenphosphat (LiFePO4), Lithium-Manganoxid Spinell (LiMn2O4) oder Nickel umfassende Mischoxide geeignet. Auch Nickel/Mangan/Cobalt-/Aluminium-Mischoxide, Lithium-Metall-Phosphate oder auch Lithiummanganspinelle sind im Einsatz. Auch beliebige Mischungen daraus sind möglich und im Einsatz.The positive electrode 6 indicates lithium cobalt dioxide (LiCoO 2 ) as the second active material 15 and a positive current collector 5 made of aluminum. Shown are the cobalt atoms 14 , Lithium atoms 16 and the oxygen atoms 12 of lithium cobalt dioxide. The positive electrode 6 can be formed from a conventional material known for the production of lithium-ion cathodes. Suitable cathode storage materials are, for example, oxidic materials, in particular lithium cobalt dioxide (LiCoO 2 ), lithium iron phosphate (LiFePO 4 ), lithium manganese oxide spinel (LiMn 2 O 4 ) or nickel comprising mixed oxides. Also nickel / manganese / cobalt / aluminum mixed oxides, lithium metal phosphates or lithium manganese spinels are in use. Any mixtures thereof are possible and in use.

Die als Kathode fungierende Elektrodenschicht kann beispielsweise auf ein Substrat oder auf den positiven Stromkollektor 5 direkt abgeschieden werden, etwa durch ein Sputterverfahren, oder aber es kann ein Verbund derartiger Materialien mit Trägersubstanzen, Leitungsvermittlern oder Bindern verwendet werden.The electrode layer functioning as a cathode may be, for example, on a substrate or on the positive current collector 5 can be deposited directly, such as by a sputtering process, or else a composite of such materials with carriers, circuit mediators or binders can be used.

Die Stromkollektoren 5, 7 sind zweckmäßigerweise jeweils aus einem gut elektrisch leitenden Material ausgebildet, wie etwa einem Metall, einer Legierung oder auch einem gut leitfähigen Polymer. Die Stromkollektoren 5, 7 dienen insbesondere dazu, die elektrische Leitfähigkeit der aktiven Materialien 15, 17 zu verbessern und elektrische Kontakte aus dem Schichtensystem an geeigneter Stelle auszubilden. Die Stromkollektoren 5, 7 werden über die Pole 24, 26 zum Anschluss für die äußere Beschaltung 20.The current collectors 5 . 7 are expediently each formed from a highly electrically conductive material, such as a metal, an alloy or a highly conductive polymer. The current collectors 5 . 7 serve in particular to the electrical conductivity of the active materials 15 . 17 to improve and form electrical contacts from the layer system at a suitable location. The current collectors 5 . 7 be over the poles 24 . 26 to the connection for the external wiring 20 ,

Zwischen der Kathode 6 und der Anode 4 ist der Separator 8 angeordnet, welcher die Kathode 6 und die Anode 4 räumlich voneinander trennt. Die Kathode 6, der Separator 8 und die Anode 4 können im Gehäuse 3, gegebenenfalls mit weiteren, nicht dargestellten Separatoren aufeinander gestapelt, Z-förmig gefaltet oder aufgewickelt sein, um die geforderten Volumina und Energiedichten zu erreichen.Between the cathode 6 and the anode 4 is the separator 8th arranged, which is the cathode 6 and the anode 4 spatially separated from each other. The cathode 6 , the separator 8th and the anode 4 can in the case 3 , optionally with other, not shown separators stacked on one another, Z-folded or wound to achieve the required volumes and energy densities.

Der Separator 8 weist eine poröse Trägermembran 22 auf, welche beispielsweise eine feinporige Folie aus Kunststoff, ein Vliesstoff aus Glasfasern oder Folien aus Keramik gefertigt ist und eine funktionelle Membran 23, die in der dargestellten Ausführungsform als eine einseitige Beschichtung der porösen Trägermembran 22 vorliegt. Die funktionelle Membran 23 weist eine spannungsabhängige oder temperaturabhängige Durchleitungsfähigkeit von Lithium-Ionen 10 auf, so dass der Lithium-Ionenfluss 11 durch den Separator 8 von der spannungsabhängigen oder temperaturabhängigen Durchleitungsfähigkeit von Lithium-Ionen 10 der funktionellen Membran 23 bestimmt ist. Die funktionelle Membran 23 umfasst hierzu beispielsweise ein Hydrogel, Nanokomposites, um eine temperaturabhängige Durchleitungsfähigkeit von Lithium-Ionen 10 auszubilden oder ein leitfähiges Polymer oder nanoporöse Kernspurmembranen, um eine spannungsabhängige Durchleitungsfähigkeit von Lithium-Ionen 10 auszubilden.The separator 8th has a porous support membrane 22 on which, for example, a fine-pored plastic film, a nonwoven fabric made of glass fibers or films made of ceramic and a functional membrane 23 in the illustrated embodiment, as a one-sided coating of the porous support membrane 22 is present. The functional membrane 23 has a voltage-dependent or temperature-dependent conduction capability of lithium ions 10 on, so that the lithium ion flux 11 through the separator 8th from the voltage-dependent or temperature-dependent conduction capability of lithium ions 10 the functional membrane 23 is determined. The functional membrane 23 For this purpose, for example, a hydrogel, nanocomposites, includes a temperature-dependent conduction capability of lithium ions 10 to form a conductive polymer or nanoporous nuclear tracking membranes to provide a voltage-dependent conduction capability of lithium ions 10 train.

Die Funktionsweise der sekundären Lithium-Batteriezelle 2 beruht auf einer in Folge der unterschiedlichen elektrochemischen Potentiale des Lithiums in den beiden Elektroden 4, 6 entstehenden Quellenspannung. Beim Ablauf der Zellreaktion werden Lithium-Ionen 10 von der einen Elektrode in die andere Elektrode verschoben. Beim in 1 dargestellten Ladevorgang wandern positiv geladene Lithium-Ionen (Li+-Ionen) 10 durch den Elektrolyt hindurch von der positiven Elektrode 6 zwischen die Ebenen des Graphits 18 des zweiten aktiven Materials 17 der negativen Elektrode 4, während ein Ladestrom die Elektronen über die äußere Beschaltung 20 liefert. Der Lithium-Ionenfluss aus der positiven Elektrode 6 ist mit dem Bezugszeichen 11 versehen. Die Lithium-Ionen 10 bilden mit dem Graphit 18 eine Interkalationsverbindung (LixnC). Beim Entladen (nicht dargestellt) wandern die Lithium-Ionen 10 zurück in das als Lithiumkobaltdioxid ausgebildete erste aktive Material 15 und die Elektronen können über die äußere Beschaltung 20 zu der positiven Elektrode 4 fließen. Der Lithium-Ionenfluss aus der negativen Elektrode 4 ist mit dem Bezugszeichen 13 versehen und beispielsweise in 2 dargestellt.The operation of the secondary lithium battery cell 2 is due to one in consequence of the different electrochemical potentials of lithium in the two electrodes 4 . 6 resulting source voltage. At the end of the cell reaction, lithium ions are released 10 shifted from one electrode to the other electrode. When in 1 Charging process migrated positively charged lithium ions (Li + ions) 10 through the electrolyte from the positive electrode 6 between the levels of graphite 18 of the second active material 17 the negative electrode 4 while a charge current drives the electrons across the external circuitry 20 supplies. The lithium ion flux from the positive electrode 6 is with the reference numeral 11 Mistake. The lithium ions 10 form with the graphite 18 an intercalation compound (LixnC). When discharging (not shown), the lithium ions migrate 10 back to the first active material formed as lithium cobalt dioxide 15 and the electrons can pass through the external circuitry 20 to the positive electrode 4 flow. The lithium ion flux from the negative electrode 4 is with the reference numeral 13 provided and, for example, in 2 shown.

2 zeigt die Lithiumbatteriezelle 2 unter kritischen Bedingungen. Kritische Bedingungen können beispielsweise oberhalb einer Grenztemperatur oder außerhalb eines definierten Spannungsbereichs sein. Oberhalb der Grenztemperatur oder außerhalb eines definierten Spannungsbereichs ist die Durchleitungsfähigkeit von Lithium-Ionen der funktionellen Membran 23 derart herabgesetzt, dass idealerweise keine Lithium-Ionen 10 den Separator 8 passieren können. Die funktionelle Membran 23 und die poröse Trägermembran 22 sind dabei so angeordnet, dass sowohl der Lithium-Ionenfluss 11 von der Kathode zur Anode, als auch der Lithium-Ionenfluss 13 von der Anode zur Kathode durch die poröse Trägermembran 22 verhindert werden. 2 shows the lithium battery cell 2 under critical conditions. For example, critical conditions may be above a threshold temperature or outside a defined voltage range. Above the threshold temperature or outside a defined voltage range is the conduction capability of lithium ion of the functional membrane 23 so degraded that ideally no lithium ions 10 the separator 8th can happen. The functional membrane 23 and the porous support membrane 22 are arranged so that both the lithium-ion flux 11 from the cathode to the anode, as well as the lithium-ion flux 13 from the anode to the cathode through the porous support membrane 22 be prevented.

3 zeigt eine Lithiumbatteriezelle 2 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Die Lithiumbatteriezelle 2 ist bezüglich der Anode 4 und der Kathode 6 analog aufgebaut wie die mit Bezug zu 1 und 2 beschriebene Ausführungsform, mit dem Unterschied, dass der Separator 8 aus drei Schichten besteht. Die funktionelle Membran 23 ist zwischen zwei porösen Trägermembranen 22 angeordnet. 3 shows a lithium battery cell 2 according to a further embodiment of the invention. The lithium battery cell 2 is with respect to the anode 4 and the cathode 6 constructed analogously as the reference to 1 and 2 described embodiment, with the difference that the separator 8th consists of three layers. The functional membrane 23 is between two porous carrier membranes 22 arranged.

4 zeigt die Lithiumbatteriezelle 2 gemäß der Ausführungsform aus 3 bei Betrieb unter kritischen Bedingungen. Die funktionelle Membran 23 weist wiederum eine verringerte Durchleitungsfähigkeit von Lithium-Ionen auf, so dass idealerweise kein Lithium-Ionenfluss 11, 13 durch den Separator 8 erfolgen kann. 4 shows the lithium battery cell 2 according to the embodiment 3 when operating under critical conditions. The functional membrane 23 again has a reduced conductivity of lithium ions, so ideally no lithium ion flux 11 . 13 through the separator 8th can be done.

5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Lithiumbatteriezelle 2, welche sich von den vorhergehenden Ausführungsformen ebenfalls durch den Aufbau des eingesetzten Separators 8 unterscheidet. Der Separator 8 umfasst hierbei ein Vielkomponentensystem, welches eine Vielzahl alternierend angeordneter Polymerstränge von porösen Trägermembranen und funktionellen Membranen aufweist. 5 shows a further embodiment of the lithium battery cell 2 , which differ from the preceding embodiments also by the structure of the separator used 8th different. The separator 8th in this case comprises a multicomponent system which has a plurality of alternating polymer strands of porous support membranes and functional membranes.

Wie in 6 dargestellt, ist bei dieser Ausführungsform ebenfalls der Lithium-Ionenfluss 11, 13 durch den Separator 8 durch die Eigenschaften der funktionellen Membranen bestimmt.As in 6 is shown in this embodiment also the lithium ion flux 11 . 13 through the separator 8th determined by the properties of the functional membranes.

7a zeigt schematisch einen zweischichtigen Aufbau eines Separators 8 mit einer porösen Trägermembran 22 der Dicke D1 und eine funktionelle Membran 23 der Dicke D2, welche nebeneinander angeordnet sind. Die poröse Trägermembran 22 ist durch Membranmonomerbausteine 32 aufgebaut und die funktionelle Membran 23 durch funktionelle Membranmonomerbausteine 34. Die Membranmonomerbausteine 34 können insbesondere als bekannte Moleküle mit einer reaktionsfähigen Doppelbindung oder mit funktionellen Gruppen und/oder ringförmigen Strukturen (z. B. Ethylenoxid oder Tetrahydrofuran) oder als anorganische Monomere (z. B. die Orthokieselsäure H4SiO4) ausgebildet sein, die durch Kettenpolymerisation, Polykondensation oder Polyaddition zu Polymeren gebildet werden. 7a schematically shows a two-layer structure of a separator 8th with a porous support membrane 22 the thickness D 1 and a functional membrane 23 the thickness D 2 , which are arranged side by side. The porous carrier membrane 22 is by membrane monomer building blocks 32 constructed and the functional membrane 23 by functional membrane monomer building blocks 34 , The membrane monomer building blocks 34 may be formed, in particular, as known molecules having a reactive double bond or with functional groups and / or ring-shaped structures (eg ethylene oxide or tetrahydrofuran) or as inorganic monomers (eg the orthosilicic acid H 4 SiO 4 ), which are prepared by chain polymerization, Polycondensation or polyaddition to polymers are formed.

7b zeigt schematisch einen dreischichtigen Aufbau eines Separators 8 mit einer ersten porösen Trägermembran 22 einer Dicke D1, welche durch Membranmonomerbausteine 32 aufgebaut ist, einer funktionelle Membran 23 der Dicke D2, welche durch funktionelle Membranmonomerbausteine 34 aufgebaut ist, und einer zweiten poröse Trägermembran 22 der Dicke D3, welche durch Membranmonomerbausteine 32 aufgebaut ist, wobei die Membranen 22, 23 nebeneinander angeordnet sind. 7b schematically shows a three-layer structure of a separator 8th with a first porous support membrane 22 a thickness D 1 , which by Membranmonomerbausteine 32 is constructed, a functional membrane 23 the thickness D 2 , which by functional membrane monomer building blocks 34 is constructed, and a second porous support membrane 22 the thickness D 3 , which by Membranmonomerbausteine 32 is constructed, with the membranes 22 . 23 are arranged side by side.

7c zeigt eine weitere mögliche Ausgestaltung eines Separators 8 mit einer Vielzahl nebeneinander angeordneter poröser Membranen 22 und funktioneller Membranen 23, welche durch eine alternierende Abfolge von Membranmonomerbausteinen 32 und funktionellen Membranmonomerbausteinen 34 gebildet ist. 7c shows a further possible embodiment of a separator 8th with a plurality of juxtaposed porous membranes 22 and functional membranes 23 resulting from an alternating sequence of membrane monomer building blocks 32 and functional membrane monomer building blocks 34 is formed.

Die in 7a und 7b dargestellten Dicken D1, D2 und D3 der Membranen 22, 23 können gleich oder verschieden voneinander ausgebildet sein.In the 7a and 7b shown thicknesses D 1 , D 2 and D 3 of the membranes 22 . 23 may be the same or different from each other.

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

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Claims (11)

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 (11, 13) durch den Separator (8) von der spannungsabhängigen oder temperaturabhängigen Durchleitungsfähigkeit von Lithium-Ionen (10) der funktionellen Membran (23) bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandsänderung der Durchleitungsfähigkeit von Lithium-Ionen (10) der funktionellen Membran (23) in einem bestimmten Spannungsbereich um zumindest eine bestimmte Grenzspannung der Lithiumbatteriezelle (2) und/oder in einem bestimmten Temperaturbereich um eine bestimmte Grenztemperatur der Lithiumbatteriezelle (2) reversibel ist. Separator ( 8th ) a lithium battery cell ( 2 ) comprising at least one functional membrane ( 23 ), the functional membrane ( 23 ) a voltage-dependent or temperature-dependent conduction capability of lithium ions ( 10 ), and a lithium ion flux ( 11 . 13 ) through the separator ( 8th ) of the voltage-dependent or temperature-dependent conduction capability of lithium ions ( 10 ) of the functional membrane ( 23 ), characterized in that the state change of the conduction capability of lithium ions ( 10 ) of the functional membrane ( 23 ) in a certain voltage range around at least a certain limit voltage of the lithium battery cell ( 2 ) and / or in a certain temperature range around a certain limit temperature of the lithium battery cell ( 2 ) is reversible. Separator (8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Separator (8) zumindest eine poröse Trägermembran (22) aufweist, die mit der funktionellen Membran (23) beschichtet ist, oder dass der Separator (8) zumindest zwei poröse Trägermembranen (22) aufweist, wobei zumindest eine funktionelle Membran (23) zwischen den zwei porösen Trägermembranen (22) angeordnet ist, oder dass der Separator (8) mehrere poröse Trägermembranen (22) und mehrere funktionelle Membranen (23) aufweist und die porösen Trägermembranen (22) und die funktionellen Membranen (22, 23) alternierend angeordnet sind.Separator ( 8th ) according to claim 1, characterized in that the separator ( 8th ) at least one porous support membrane ( 22 ) which interact with the functional membrane ( 23 ) or that the separator ( 8th ) at least two porous support membranes ( 22 ), wherein at least one functional membrane ( 23 ) between the two porous support membranes ( 22 ) or that the separator ( 8th ) several porous support membranes ( 22 ) and several functional membranes ( 23 ) and the porous support membranes ( 22 ) and the functional membranes ( 22 . 23 ) are arranged alternately. Separator (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine funktionelle Membran (23) eine temperaturabhängige Durchleitungsfähigkeit von Lithium-Ionen (10) aufweist und der bestimmte Temperaturbereich einen Bereich von 10 °C um eine Grenztemperatur von 90 °C umfasst.Separator ( 8th ) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one functional membrane ( 23 ) a temperature-dependent conduction capability of lithium ions ( 10 ) and the determined temperature range includes a range of 10 ° C around a threshold temperature of 90 ° C. Separator (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die temperaturabhängige Durchleitungsfähigkeit von Lithium-Ionen (10) unterhalb der Grenztemperatur größer ist als oberhalb der Grenztemperatur. Separator ( 8th ) according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature-dependent conduction capability of lithium ions ( 10 ) below the limit temperature is greater than above the limit temperature. Separator (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine funktionelle Membran (23) mit temperaturabhängiger Durchleitungsfähigkeit von Lithium-Ionen (10) ein Hydrogel oder Nanokomposites aufweist.Separator ( 8th ) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one functional membrane ( 23 ) with temperature-dependent conduction capability of lithium ions ( 10 ) has a hydrogel or nanocomposites. Separator (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine funktionelle Membran (23) eine spannungsabhängige Durchleitungsfähigkeit von Lithium-Ionen (10) aufweist und der bestimmte Spannungsbereich einen Bereich von 500 mV um eine Grenzspannung von 4,5 V umfasst.Separator ( 8th ) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one functional membrane ( 23 ) a voltage-dependent conduction capability of lithium ions ( 10 ) and the determined voltage range comprises a range of 500 mV around a cutoff voltage of 4.5V. Separator (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine funktionelle Membran (23) eine spannungsabhängige Durchleitungsfähigkeit von Lithium-Ionen (10) aufweist und der bestimmte Spannungsbereich einen Bereich von 500 mV um eine Grenzspannung von 2,5 V umfasst.Separator ( 8th ) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one functional membrane ( 23 ) a voltage-dependent conduction capability of lithium ions ( 10 ) and the determined voltage range comprises a range of 500mV around a 2.5V cut-off voltage. Separator (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die spannungsabhängige Durchleitungsfähigkeit von Lithium-Ionen (10) innerhalb eines operativen Bereichs zwischen 2,5 V und 4,5 V größer ist als außerhalb des Bereichs.Separator ( 8th ) according to one of the preceding claims, characterized in that the voltage-dependent conduction capability of lithium ions ( 10 ) is greater within an operating range between 2.5 V and 4.5 V than outside the range. Separator (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine funktionelle Membran (23) mit spannungsabhängiger Durchleitungsfähigkeit von Lithium-Ionen (10) ein leitfähiges Polymer, insbesondere Polypyrrol, oder eine nanoporöse Kernspurmembran aufweist.Separator ( 8th ) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one functional membrane ( 23 ) with voltage-dependent conduction capability of lithium ions ( 10 ) has a conductive polymer, in particular polypyrrole, or a nanoporous Kernspurmembran. Lithiumbatteriezelle (2) mit einem Separator (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.Lithium battery cell ( 2 ) with a separator ( 8th ) according to one of claims 1 to 9. Lithiumbatterie mit zumindest einer Lithiumbatteriezelle (2) nach Anspruch 10.Lithium battery with at least one lithium battery cell ( 2 ) according to claim 10.
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