WO2013020661A1 - Lithium ion battery and method for producing a lithium ion battery - Google Patents

Lithium ion battery and method for producing a lithium ion battery Download PDF

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WO2013020661A1
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styrene
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Tim Schaefer
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Li-Tec Battery Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to an electrochemical cell, preferably a rechargeable lithium ion battery, which has high stability and safety.
  • the invention further relates to a method for producing the electrochemical cell and its use.
  • Rechargeable lithium ion batteries can be manufactured by laminating film-like electrodes formed as cathode and anode and a film-like separator located between the electrodes.
  • film-like electrodes formed as cathode and anode and a film-like separator located between the electrodes.
  • Such laminates are interconnected and / or stacked and / or wound (for many applications, such as hybrid or pure electric vehicles or stationary storage, it is necessary that the batteries or cells, stacks or Winding against short circuits and burning through and / or against mechanical damage, in particular the electrodes are protected, ie they must have a high stability and safety.
  • the object of the present invention is to provide an electrochemical cell, preferably a rechargeable lithium-ion battery, which has high stability and safety. This object is achieved with a rechargeable electrochemical cell according to claim 1.
  • Advantageous developments are defined in the subclaims.
  • the invention relates to an electrochemical cell, preferably a lithium ion battery, comprising at least: a positive electrode; a negative electrode; a separator which separates the electrodes from each other; an electrolyte; characterized in that the positive or negative electrode or the positive and negative electrodes comprise a styrene-butadiene rubber (SBR); and
  • SBR styrene-butadiene rubber
  • the separator comprises a preferably non-woven web which is coated on one or both sides with an inorganic material which is conductive for lithium ions.
  • the electrochemical cell of the present invention has the advantage that particularly stable and safe batteries can be obtained by using the separator in combination with a positive or negative electrode or a positive and negative electrode containing a styrene-butadiene rubber protected against short circuits and burn-through and / or against mechanical damage, in particular of the electrodes. Because of its high stability and safety, the electrochemical cell according to the invention can therefore be used advantageously in vehicles with hybrid drive or electric drive as well as in stationary storage systems.
  • lithium ion battery rechargeable lithium ion battery
  • lithium ion secondary battery lithium ion secondary battery
  • battery lithium battery
  • battery ion secondary battery lithium ion cell
  • a battery in the context of the present invention also includes a single or single “electrochemical cell”.
  • two or more such electrochemical cells are connected together, either in series (ie one behind the other) or in parallel.
  • Electrodes The electrochemical cell of the invention has at least two electrodes, i. a positive and a negative electrode.
  • both electrodes each have a material which can conduct lithium ions or intercalate lithium ions or metallic lithium.
  • positive electrode means the electrode that is capable of accepting electrons when the battery is connected to a consumer, such as an electric motor. It represents the cathode in this nomenclature.
  • negative electrode means the electrode that is capable of delivering electrons when in use. It represents the anode in this nomenclature.
  • the electrodes preferably comprise inorganic material or inorganic compounds or substances which are for or in or on an electrode or can be used as an electrode. These are preferably compounds or substances which, under the working conditions of the lithium ion battery, due to their chemical nature, conduct lithium ions or absorb (intercalate) lithium ions or metallic lithium and can also give it off again. In the prior art, such a material is also referred to as "active material" of the electrode. This material is preferably applied to a carrier for use in an electrochemical cell or battery, preferably a metallic carrier, preferably aluminum or copper. This carrier is also referred to as a "Abieiter" or as a "collector".
  • the active material for the positive electrode there can be used any of materials known in the related art. Thus, there is no limitation with regard to the positive electrode in the sense of the present invention.
  • lithium manganate preferably LiMn 2 0 4
  • lithium cobaltate preferably LiCo0 2
  • lithium nickelate preferably LiNi0 2
  • mixtures of two or more of these oxides, or their mixed oxides are lithium manganate, preferably LiMn 2 0 4 , lithium cobaltate, preferably LiCo0 2 , lithium nickelate, preferably LiNi0 2 , or mixtures of two or more of these oxides, or their mixed oxides.
  • further compounds may be present in the active material, preferably carbon-containing compounds, or carbon, preferably in the form of Leitruß or graphite.
  • the carbon can also be introduced in the form of carbon nanotubes.
  • Such additives are preferably applied in an amount of 1 to 6 wt .-%, preferably 1 to 3 wt .-% based on the applied to the carrier mass of the positive electrode.
  • the active material may also contain mixtures of two or more of the substances mentioned.
  • Suitable materials for the negative electrode are selected from: lithium metal oxides such as lithium titanium oxide, carbonaceous materials, preferably graphite, synthetic graphite, graphene, carbon black, mesocarbon, doped carbon, fullerenes.
  • lithium metal oxides such as lithium titanium oxide
  • carbonaceous materials preferably graphite, synthetic graphite, graphene, carbon black, mesocarbon, doped carbon, fullerenes.
  • niobium pentoxide, tin alloys, titanium dioxide, tin dioxide, silicon are also preferable.
  • the materials used for the positive or negative electrode, such as the active materials, are held together by one or more binders, which hold these materials on the electrode or on the Abieiter.
  • binders which hold these materials on the electrode or on the Abieiter.
  • at least one of these binders is a styrene-butadiene rubber (SBR). This styrene-butadiene rubber causes a high mechanical stability of the electrodes.
  • SBR styrene butadiene rubber
  • the styrene-butadiene rubber has hydrophilic groups.
  • hydrophilic groups By such hydrophilic groups, the cohesion within the active group and / or the binding to the carrier can be improved.
  • the hydrophilic groups may form non-covalent bonds in the form of, for example, hydrogen bonding to the active materials and / or carrier used, thereby increasing the mechanical stability of the electrode.
  • the styrene-butadiene rubber also has monomer units which have one or more groups, preferably hydrophilic groups selected from: carboxyl, carboxylic anhydride, nitrile, hydroxyl, mercapto, acetate, ether, ester, amide, amine and / or Halogen.
  • groups preferably hydrophilic groups selected from: carboxyl, carboxylic anhydride, nitrile, hydroxyl, mercapto, acetate, ether, ester, amide, amine and / or Halogen.
  • the styrene-butadiene rubber is also characterized in that it is polymerized with a monomer containing butadiene units and / or a monomer having styrene units.
  • a crosslinking can be brought about in the styrene-butadiene rubber, which leads to a particularly firm cohesion in the active material or to a particularly strong binding of the active material to the support.
  • the styrene-butadiene rubber has a glass transition temperature in the range of 5 to 25 ° C, or a glass transition temperature that is below this range.
  • the styrene-butadiene rubber has an average molecular weight Mw of 10,000 to 1,000,000 g / mol (determined by gel permeation chromatography). In a further embodiment, the styrene-butadiene rubber has a glass transition temperature in the range of 5 to 25 ° C, or a glass transition temperature which is below this range, and an average molecular weight Mw of 10,000 to 1,000,000 g / mol (determined by gel permeation chromatography).
  • binders may be present in the active material of the electrode.
  • this binder is a carboxymethylcellulose (CMC).
  • CMC carboxymethylcellulose
  • carboxymethylcellulose in this case means both a carboxymethylcellulose which has carboxyl groups and also a carboxymethylcellulose whose carboxyl groups are wholly or partially present as carboxylate groups, preferably with sodium ions as counterions.As a result, the term “carboxymethylcellulose” also includes salts of carboxymethylcellulose , preferably a sodium salt of carboxymethylcellulose.
  • Preferred Carboxymethlycellu loose, in particular sodium salts of carboxymethylcelluloses have a degree of etherification of 1 to 1, 5 on.
  • Such carboxymethylcelluloses are particularly well suited, inter alia, due to their relatively good solubility in water for the preparation of the electrodes. Suitable products are known from the relevant prior art.
  • the electrodes may also comprise further binders selected from polyvinylidene fluoride, polyethylene oxide, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene, polyacrylate, ethylene (propylene-diene monomer) copolymer (EPDM) and mixtures and copolymers thereof.
  • the styrene-butadiene rubber or the styrene-butadiene rubber and the carboxymethyl cellulose or the styrene-butadiene rubber and optionally carboxymethyl cellulose and / or the other binders are preferably present in an amount of 1-5 wt .-%, based on the total amount of the active material used in the positive or negative electrode.
  • the electrodes may also contain silica, preferably for improving the adhesion properties between the electrodes and the electrolyte and / or for improving the conductivity of the electrodes.
  • the silica is preferably fumed silica. It is preferably used in an amount of 0.1 to 4.5% by weight, based on the total amount of electrode material on the support, preferably in an amount of 0.5 to 3.5% by weight. separator
  • the electrochemical cell according to the invention comprises a material which separates the positive electrode and the negative electrode from each other. This material is permeable to lithium ions, so it conducts lithium ions, but is a non-conductor for electrons. Such materials used in lithium ion batteries are also referred to as separators.
  • polymers are used as separators.
  • the polymers are selected from the group consisting of: polyester, preferably polyethylene terephthalate or polybutylene terephthalate; Polyolefin, preferably polyethylene, polypropylene or polybutylene; polyacrylonitrile; polycarbonate; Polysulfone; polyether sulfone; polyvinylidene fluoride; polystyrene; polyetherimide; Polyether; Polyether ketone.
  • the polymers have pores so that they are permeable to lithium ions.
  • the separator comprises at least one polymer and at least one inorganic, preferably ion-conducting material, preferably selected from oxides, phosphates, silicates, titanates, sulfates, aluminosilicates, comprising at least one of the elements zirconium, aluminum, Lithium.
  • inorganic preferably ion-conducting material, preferably selected from oxides, phosphates, silicates, titanates, sulfates, aluminosilicates, comprising at least one of the elements zirconium, aluminum, Lithium.
  • Said separator of the battery according to the invention comprises polymer fibers in the form of a nonwoven.
  • the web is unwoven.
  • non-woven is used.
  • the relevant technical literature also includes terms such as “non-woven fabrics” or “non-woven material”.
  • nonwoven is used synonymously with the term “nonwoven fabric.”
  • Nonwovens are known from the prior art and / or can be produced by the known processes, for example by spinning processes with subsequent solidification
  • the polymer fibers are selected from the group of polymers consisting of polyester, polyolefin, polyamide, polyacrylonitrile, polyimide, polyetherimide, polysulfone, polyamideimide, polyether, polyphenylene sulfide, aramid, or mixtures of two or more of these polymers
  • Polyesters are, for example, polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate.
  • Polyolefins are, for example, polyethylene or polypropylene.
  • Halogen-containing polyolefins such as polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyvinyl chloride are also usable.
  • Polyamides are for example the known types PA 6.6 and PA 6.0, known under the brand names Perlon Nylon ® and ®.
  • Aramids are, for example meta-aramid and para-aramid, which are known under the brand names Nomex ® and Kevlar ®.
  • Polyamide are known for example under the trade name Kermel ®.
  • Preferred polymer fibers are polymer fibers of polyethylene terephthalates.
  • the separator comprises a nonwoven, which is coated on one or both sides with an inorganic material.
  • coating also includes that the ionic conductive inorganic material may be located not only on one side or both sides of the web, but also within the web.
  • the ion-conducting inorganic material used for the coating is preferably at least one compound from the group of oxides, phosphates, sulfates, titanates, silicates, aluminosilicates at least one of zirconium, aluminum or lithium.
  • the ionically conductive inorganic material is preferably ion conducting in a temperature range of from -40 ° C to 200 ° C, i. ion-conducting for the lithium ions.
  • a separator may be used, which consists of an at least partially permeable carrier, which is not or only poorly electron-conducting. This carrier is on at least one side coated with an inorganic material.
  • an organic material is used, which is designed as a nonwoven, so from non-woven polymer fibers.
  • the organic material is in the form of polymer fibers, preferably polymer fibers of polyethylene terephthalate (PET).
  • PET polyethylene terephthalate
  • the nonwoven fabric is coated with an inorganic ion-conducting material which is preferably ion-conducting in a temperature range of -40 ° C to 200 ° C.
  • the inorganic ion-conducting material preferably has at least one compound from the group of oxides, phosphates, sulfates, titanates, silicates, aluminosilicates with at least one of the elements zirconium, aluminum, lithium, particularly preferably zirconium oxide.
  • the inorganic ion-conducting material preferably has particles with a maximum diameter of less than 100 nm.
  • the ion-conducting material comprises zirconium oxide or the ion-conducting material consists of zirconium oxide.
  • Such a separator is marketed in Germany, for example, under the trade name "Separion ®" by the company Evonik AG.
  • Methods for producing such separators are known from the prior art, for example from EP 1 017 476 B1, WO 2004/021477 and WO 2004/021499.
  • Polymer separators generally prevent any charge transport above a certain temperature (the so-called “shut-down temperature", which is about 120 ° C.). This happens because at this temperature, the pore structure of the separator collapses and all pores are closed. The fact that no ions can be transported, the dangerous reaction that can lead to an explosion, comes to a standstill. However, if the cell continues to be heated due to external circumstances, the so-called “break-down temperature” is exceeded at approx. 150 to 180 ° C. From this temperature, the separator melts and contracts. In many places in the battery cell there is now a direct contact between the two electrodes and thus a large internal short circuit.
  • shut-down temperature is about 120 ° C.
  • the separator used in the battery according to the invention comprising a nonwoven made of non-woven polymer fibers and the inorganic coating, it can only come to shutdown (shutdown), when melted by the high temperature, the polymer structure of the carrier material and penetrates into the pores of the inorganic material and this thereby closing.
  • the separator does not break down (collapse) since the inorganic particles ensure that complete melting of the separator can not occur. This ensures that there are no operating states in which a large-area short-circuit can occur.
  • separators can be produced that can meet the requirements for separators in high-performance batteries, especially lithium high-performance batteries.
  • the simultaneous use of precisely matched in their particle size oxide particles to produce the porous (ceramic) coating a particularly high porosity of the final separator is achieved, the pores are still small enough to unwanted growth of "lithium Whis ern "through the separator to prevent.
  • the separators which can be used for the battery according to the invention also have the advantage that the anions of the conductive salt partly adhere to the inorganic surfaces of the separator material, which leads to an improvement in the dissociation and thus to a better ion conductivity in the high-current range.
  • the separator which can be used for the battery according to the invention comprising a flexible nonwoven with a porous inorganic coating on and in this nonwoven, wherein the material of the nonwoven fabric is selected from (preferably nonwoven) polymer fibers, is also characterized in that the nonwoven fabric has a thickness of less than 30 m, has a porosity of more than 50%, preferably from 50 to 97% and a pore radius distribution in which at least 50% of the pores have a pore radius of 75 to 150 pm.
  • the separator particularly preferably comprises a nonwoven which has a thickness of 5 to 30 ⁇ m, preferably a thickness of 10 to 20 ⁇ m. Especially Also important is a homogeneous distribution of pore radii in the web as indicated above. An even more homogeneous pore radius distribution in the nonwoven, in combination with optimally matched oxide particles of a certain size, leads to an optimized porosity of the separator.
  • the thickness of the substrate has a great influence on the properties of the separator, since on the one hand the flexibility but also the sheet resistance of the electrolyte-impregnated separator depends on the thickness of the substrate. Due to the small thickness, a particularly low electrical resistance of the separator is achieved in the application with an electrolyte.
  • the separator itself has a very high electrical resistance, since it itself must have insulating properties against electrons.
  • thinner separators allow increased packing density in a battery pack so that one can store a larger amount of energy in the same volume.
  • the nonwoven web has a porosity of 60 to 90%, more preferably 70 to 90%.
  • the porosity is defined as the volume of the web (100%) minus the volume of the fibers of the web, ie the proportion of the volume of the web that is not filled by material.
  • the volume of the fleece can be calculated from the dimensions of the fleece.
  • the volume of the fibers results from the measured weight of the fleece considered and the density of the polymer fibers.
  • the large porosity of the substrate also allows a higher porosity of the separator, which is why a higher uptake of electrolytes with the separator can be achieved.
  • non-electrically conductive fibers of polymers as defined above. These are preferably selected from the polymers listed above, preferably polyacid nitrile, polyester, such as. As polyethylene terephthalate and / or polyolefin, such as. As polypropylene or polyethylene, or mixtures of such polyolefins.
  • the polymer fibers of the nonwovens preferably have a diameter of 0.1 to 10 ⁇ , more preferably from 1 to 4 ⁇ .
  • Particularly preferred flexible nonwovens have a basis weight of less than 20 g / m 2 , preferably from 5 to 10 g / m 2 .
  • the separator preferably has a porous, electrically insulating, ceramic coating in the preferably non-woven nonwoven fabric.
  • the porous inorganic coating on and in the nonwoven preferably has oxide particles of the elements Li, Al, Si and / or Zr with an average particle size of from 0.5 to 7 ⁇ m, preferably from 1 to 5 ⁇ m and very particularly preferably from 1 , 5 to 3 pm up.
  • the separator particularly preferably has a porous inorganic coating on and in the nonwoven, the aluminum oxide particles having an average particle size of from 0.5 to 7 ⁇ m, preferably from 1 to 5 ⁇ m and very particularly preferably from 1.5 to 3 ⁇ m which are bonded to an oxide of the elements Zr or Si.
  • more than 50% by weight and more preferably more than 80% by weight of all particles are preferably within the abovementioned limits of average particle size.
  • the maximum particle size is preferably 1/3 to 1/5 and particularly preferably less than or equal to 1/10 of the thickness of the nonwoven used.
  • the nonwoven and ceramic coating separator preferably has a porosity of from 30 to 80%, preferably from 40 to 75% and particularly preferably from 45 to 70%.
  • the porosity refers to the achievable, ie open pores.
  • the porosity can be determined by the known method of mercury porosimetry or can from the volume and The density of the starting materials used are calculated if it is assumed that only open pores are present.
  • the separators used for the battery according to the invention are also distinguished by the fact that they can have a tensile strength of at least 1 N / cm, preferably of at least 3 N / cm and very particularly preferably of 3 to 10 N / cm.
  • the separators can preferably be bent without damage to any radius down to 100 mm, preferably down to 50 mm and most preferably down to 1 mm. This also makes the separator operational in combination with wound electrodes.
  • the high tear strength and the good bendability of the separator also have the advantage that changes in the geometries of the electrodes occurring during charging and discharging of a battery can be made through the separator without the latter and the positive electrode having the styrene-butadiene rubber or negative electrode or positive electrode and negative electrode are damaged. This is extremely favorable for the stability and safety of the cell.
  • the separator it is possible to design the separator to have the shape of a concave or convex sponge or pad, or the shape of wires or a felt. This embodiment is well suited to compensate for volume changes in the battery. Corresponding preparation methods are known to the person skilled in the art.
  • the polymer fleece used in the separator comprises a further polymer.
  • this polymer is arranged between the separator and the positive electrode and / or the separator and the negative electrode, preferably in the form of a polymer layer.
  • the separator is coated with this polymer on one or both sides.
  • Said polymer may be in the form of a porous membrane, i. as a film, or in the form of a nonwoven, preferably in the form of a nonwoven fabric of non-woven polymer fibers.
  • These polymers are preferably selected from the group consisting of polyester, polyolefin, polyacrylonitrile, polycarbonate, polysulfone, polyethersulfone, polyvinylidene fluoride, polystyrene, polyetherimide.
  • the further polymer is a polyolefin.
  • Preferred polyolefins are polyethylene and polypropylene.
  • the separator is preferably coated with one or more layers of the further polymer, preferably of the polyolefin, which is preferably also present as a nonwoven, that is to say as nonwoven polymer fibers.
  • a nonwoven of polyethylene terephthalate is used in the separator, which is coated with one or more layers of the further polymer, preferably the polyolefin, which is preferably also present as a nonwoven, that is, as nonwoven polymer fibers.
  • separator of the above-described type of separation which is coated with one or more layers of the further polymer, preferably of the polyolefin, which is preferably also present as a nonwoven, ie preferably as nonwoven polymer fibers.
  • the coating with the further polymer can be carried out by gluing, lamination, by a chemical reaction Welding or be achieved by a mechanical connection.
  • Such polymer composites and processes for their preparation are known from EP 1 852 926.
  • the nonwovens usable in the separator are made of nanofibers of the polymers used, whereby nonwovens are formed which have a high porosity with formation of small pore diameters.
  • the fiber diameters of the polyethylene terephthalate fleece are preferably larger than the fiber diameters of the further polymer fleece, preferably the polyolefin fleece, with which the separator is coated on one or both sides.
  • the nonwoven made of polyethylene terephthalate then has a higher pore diameter than the nonwoven, which is made of the other polymer.
  • electrolyte or “lithium salt electrolyte” preferably means a liquid and a conducting salt, Preferably, the liquid is a solvent for the conducting salt, and the electrolyte is then preferably in the form of an electrolyte solution.
  • Suitable solvents are preferably inert. Suitable solvents are preferably solvents such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl propyl carbonate, butyl methyl carbonate, ethyl propyl carbonate, dipropyl carbonate, cyclopentanones, sulfolanes, dimethylsulfoxide, 3-methyl-1,3-oxazolidin-2-one, ⁇ -butyrolactone, 1, 2-diethoxymethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1, 3-dioxolane, methyl acetate, ethyl acetate, nitromethane, 1, 3-propanesultone.
  • solvents such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate,
  • ionic liquids may also be used as the solvent.
  • Such "ionic liquids” contain only ions.
  • Preferred cations which may in particular be alkylated are imidazolium, pyridinium, pyrrolidinium, guanidinium, uronium, thiuronium, piperidinium, morpholinium, sulfonium, ammonium and phosphonium cations.
  • Examples of useful anions are halide, tetrafluoroborate, trifluoroacetate, triflate, hexafluorophosphate, phosphinate and tosylate anions.
  • ionic liquids which may be mentioned are: N-methyl-N-propyl piperidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, N-methyl-N-butylpyrrolidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, N-butyl-N trimethylammonium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, triethylsulfonium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, N, N-diethyl-N-methyl-N- (2-methoxyethyl) -ammonium bis (trifluoromethylsulfonyl) -imide.
  • Preferred conductive salts are lithium salts which have inert anions and which are preferably non-toxic. Suitable lithium salts are preferably lithium hexafluorophosphate, lithium hexafluoroarsenate, lithium bis (trifluoro-methylsulfonylimide), lithium trifluoromethanesulfonate, lithium tris (trifluoro-methylsulfonyl) methide, lithium tetrafluoroborate, lithium perchlorate, lithium tetrachloroaluminate, lithium bisoxalatoborate, lithium difluorooxalatoborate and / or lithium chloride; and mixtures of one or more of these salts.
  • the separator is impregnated with the lithium salt electrolyte.
  • the electrochemical cell according to the invention is characterized in that the separator comprises at least one of the above-defined polymers which contains the lithium salt electrolyte.
  • Embodiments in which the separator forms a polymer electrolyte together with the lithium salt electrolyte are also preferred.
  • the term "polymer electrolyte" in one embodiment means a lithium salt dissolved in a polymer matrix or a gel electrolyte of a lithium salt which is dissolved in a solvent, to which an inert polymer is added.
  • the polymer for the polymer matrix or the inert polymer are selected from the polymers used for separators as defined above.
  • lithium salts and liquids the above-defined lithium salts and liquids can be used.
  • a polymer electrolyte of a lithium salt and polyethylene oxide is used.
  • the invention relates to a method for producing the electrochemical cell according to the invention.
  • the process according to the invention is characterized in that it comprises the step (i):
  • the lamination according to step (i) can be carried out by methods known in the art.
  • the active material for the positive or the negative electrode or the positive and the negative electrode is preferably mixed with an aqueous emulsion of the styrene-butadiene rubber, optionally with the addition of carboxymethyl cellulose and / or further binder and / or the silica and / or or of conductivity additives.
  • the resulting paste may then be applied by known methods to the appropriate support, which is preferably aluminum or copper, such as by brushing or knife coating.
  • the positive and the negative electrodes are then laminated on a separator so as to be separated from each other by the separator.
  • the applied paste is then dried, such as by drying at elevated temperature and / or by the action of infrared rays.
  • the carriers are in sheet form, as is the separator.
  • electrodes can be produced, which are also in film form.
  • the laminating step according to step (i) is then carried out so that films are laminated on one another.
  • the separator is impregnated with the electrolyte to contain the electrolyte.
  • the invention relates to the use of the battery according to the invention or the battery produced by the method according to the invention.
  • the lithium battery according to the invention can be operated at ambient temperatures of -40 to +100 ° C.
  • Preferred discharge currents of a battery according to the invention are greater than 100 A, preferably greater than 200 A, preferably greater than 300 A, more preferably greater than 400 A.
  • the battery / electrochemical cell according to the invention can be used for supplying energy to mobile information devices, tools, electrically powered automobiles, hybrid-powered automobiles and stationary energy storage devices.

Abstract

The invention relates to a lithium ion battery which comprises: at least one positive electrode; one negative electrode; one separator which separates the electrodes from each other; and one electrolyte, characterized in that the positive or negative electrode comprises, or the positive and the negative electrode comprise a styrene-butadiene rubber (SBR), and the separator comprises a preferably non-interwoven mat made of polymer fibers, which is coated on one or on both sides with an inorganic material that is conductive for lithium ions.

Description

Lithiumionen-Batterie und  Lithium ion battery and
Verfahren zur Herstellung einer Lithiumionen-Batterie  Process for producing a lithium ion battery
Hiermit wird der gesamte Inhalt der Prioritätsanmeldung DE 10 2011 109 813.9 durch Bezugnahme Bestandteil der vorliegenden Anmeldung. Hereby, the entire content of the priority application DE 10 2011 109 813.9 by reference is part of the present application.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrochemische Zelle, vorzugsweise eine wiederaufladbare Lithiumionen-Batterie, die eine hohe Stabilität und Sicherheit aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung der elektrochemischen Zelle sowie deren Verwendung. The present invention relates to an electrochemical cell, preferably a rechargeable lithium ion battery, which has high stability and safety. The invention further relates to a method for producing the electrochemical cell and its use.
Wiederaufladbare Lithiumionen-Batterien können durch Laminieren folienartiger Elektroden, die als Kathode und Anode ausgebildet sind, und eines folienartigen Separators, der sich zwischen den Elektroden befindet, hergestellt werden. Zur Steigerung der Leistung werden derartige Laminate zusammengeschaltet und/oder übereinander gestapelt und/oder (aufgewickelt. Für viele Anwendungen, beispielsweise in Fahrzeugen mit Hybrid- oder reinem Elektroantrieb oder als stationärer Speicher, ist es notwendig, dass die Batterien bzw. Zellen, Stapel oder Wickel gegen Kurzschlüsse und Durchbrennen und/oder gegen mechanische Beschädigungen insbesondere der Elektroden geschützt sind, d.h. sie müssen ein hohe Stabilität und Sicherheit aufweisen,. Rechargeable lithium ion batteries can be manufactured by laminating film-like electrodes formed as cathode and anode and a film-like separator located between the electrodes. To increase performance, such laminates are interconnected and / or stacked and / or wound (for many applications, such as hybrid or pure electric vehicles or stationary storage, it is necessary that the batteries or cells, stacks or Winding against short circuits and burning through and / or against mechanical damage, in particular the electrodes are protected, ie they must have a high stability and safety.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektrochemische Zelle, vorzugsweise eine wiederaufladbare Lithiumionen-Batterie, zur Verfügung zu stellen, die eine hohe Stabilität und Sicherheit aufweist. Diese Aufgabe wird mit einer wiederaufladbaren elektrochemischen Zelle nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert. Gemäß eines ersten Aspekts betrifft die Erfindung eine elektrochemische Zelle, vorzugsweise eine Lithiumionen-Batterie, welche mindestens aufweist: eine positive Elektrode; eine negative Elektrode; einen Separator, welcher die Elektroden voneinander trennt; einen Elektrolyten; dadurch gekennzeichnet, dass die positive oder die negative Elektrode oder die positive und die negative Elektrode einen Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) aufweisen; und The object of the present invention is to provide an electrochemical cell, preferably a rechargeable lithium-ion battery, which has high stability and safety. This object is achieved with a rechargeable electrochemical cell according to claim 1. Advantageous developments are defined in the subclaims. According to a first aspect, the invention relates to an electrochemical cell, preferably a lithium ion battery, comprising at least: a positive electrode; a negative electrode; a separator which separates the electrodes from each other; an electrolyte; characterized in that the positive or negative electrode or the positive and negative electrodes comprise a styrene-butadiene rubber (SBR); and
der Separator ein vorzugsweise nicht-verwebtes Vlies aufweist, welches einseitig oder beidseitig mit einem anorganischen Material beschichtet ist, welches für Lithiumionen leitend ist. the separator comprises a preferably non-woven web which is coated on one or both sides with an inorganic material which is conductive for lithium ions.
Die erfindungsgemäße elektrochemische Zelle hat den Vorteil, dass durch die Verwendung des Separators in Kombination mit einer positiven oder negativen Elektrode oder einer positiven und negativen Elektrode, die einen Styrol- Butadien-Kautschuk enthält/enthalten, besonders stabile und sichere Batterien erhalten werden können, die gegen Kurzschlüsse und Durchbrennen und/oder gegen mechanische Beschädigungen insbesondere der Elektroden geschützt sind. Die erfindungsgemäße elektrochemische Zelle kann deshalb auf Grund ihrer hohen Stabilität und Sicherheit vorteilhaft in Fahrzeugen mit Hybridantrieb oder elektrischen Antrieb sowie in stationären Speichern eingesetzt werden. The electrochemical cell of the present invention has the advantage that particularly stable and safe batteries can be obtained by using the separator in combination with a positive or negative electrode or a positive and negative electrode containing a styrene-butadiene rubber protected against short circuits and burn-through and / or against mechanical damage, in particular of the electrodes. Because of its high stability and safety, the electrochemical cell according to the invention can therefore be used advantageously in vehicles with hybrid drive or electric drive as well as in stationary storage systems.
Die im Folgenden verwendeten Begriffe sind im Sinne der Erfindung definiert. Battehe The terms used below are defined within the meaning of the invention. Battehe
Die Begriffe "Lithiumionen-Batterie", "wiederaufladbare Lithiumionen-Batterie" und "Lithiumionen-Sekundärbatterie" werden synonym verwendet. Die Begriffe schließen auch die Begriffe "Lithium-Batterie", "Lithium-Ionen-Akkumulator" und "Lithium-Ionen-Zelle" ein. Somit wird der Begriff "Lithiumionen-Batterie" als Sammelbegriff für die im Stand der Technik gebräuchlichen vorgenannten Begriffe verwendet. Er bedeutet sowohl wiederaufladbare Batterien (Sekundärbatterien) wie auch nicht-aufladbare Batterien (Primärbatterien). Insbesondere umfasst eine "Batterie" im Sinne der vorliegenden Erfindung auch eine einzelne oder einzige "elektrochemische Zelle". Vorzugsweise sind in einer "Batterie" zwei oder mehr solcher elektrochemischer Zellen zusammengeschaltet, entweder in Reihe (also hintereinander) oder parallel. The terms "lithium ion battery", "rechargeable lithium ion battery" and "lithium ion secondary battery" are used synonymously. The terms also include the terms "lithium battery", "lithium ion secondary battery" and "lithium ion cell". Thus, the term "lithium ion battery" is used as a generic term for the conventional terms used in the prior art. It means both rechargeable batteries (secondary batteries) as well as non-rechargeable batteries (primary batteries). In particular, a "battery" in the context of the present invention also includes a single or single "electrochemical cell". Preferably, in a "battery" two or more such electrochemical cells are connected together, either in series (ie one behind the other) or in parallel.
Elektroden Die erfindungsgemäße elektrochemische Zelle weist mindestens zwei Elektroden auf, d.h. eine positive und eine negative Elektrode. Electrodes The electrochemical cell of the invention has at least two electrodes, i. a positive and a negative electrode.
Dabei weisen beide Elektroden jeweils ein Material auf, welches Lithiumionen leiten oder Lithiumionen oder metallisches Lithium interkalieren kann. In this case, both electrodes each have a material which can conduct lithium ions or intercalate lithium ions or metallic lithium.
Der Begriff "positive Elektrode" bedeutet die Elektrode, die bei Anschluss der Batterie an einen Verbraucher, beispielsweise an einen Elektromotor, in der Lage ist, Elektronen aufzunehmen. Sie stellt in dieser Nomenklatur die Kathode dar. The term "positive electrode" means the electrode that is capable of accepting electrons when the battery is connected to a consumer, such as an electric motor. It represents the cathode in this nomenclature.
Der Begriff "negative Elektrode" bedeutet die Elektrode, die bei Betrieb in der Lage ist, Elektronen abzugeben. Sie stellt in dieser Nomenklatur die Anode dar. The term "negative electrode" means the electrode that is capable of delivering electrons when in use. It represents the anode in this nomenclature.
Die Elektroden weisen vorzugsweise anorganisches Material oder anorganische Verbindungen oder Substanzen auf, die für oder in oder auf einer Elektrode oder als Elektrode verwendet werden können. Vorzugsweise sind dies Verbindungen oder Substanzen, welche unter den Arbeitsbedingungen der Lithiumionen- Batterie auf Grund ihrer chemischen Beschaffenheit Lithiumionen leiten bzw. Lithiumionen oder metallisches Lithium aufnehmen (interkalieren) und auch wie- der abgeben können. Im Stand der Technik wird ein derartiges Material auch als "Aktivmaterial" der Elektrode bezeichnet. Dieses Material wird für die Anwendung in einer elektrochemischen Zelle bzw. Batterie vorzugsweise auf einen Träger aufgebracht, vorzugsweise auf einen metallischen Träger, vorzugsweise Aluminium oder Kupfer. Dieser Träger wird auch als "Abieiter" oder auch als "Kollektor" bezeichnet. The electrodes preferably comprise inorganic material or inorganic compounds or substances which are for or in or on an electrode or can be used as an electrode. These are preferably compounds or substances which, under the working conditions of the lithium ion battery, due to their chemical nature, conduct lithium ions or absorb (intercalate) lithium ions or metallic lithium and can also give it off again. In the prior art, such a material is also referred to as "active material" of the electrode. This material is preferably applied to a carrier for use in an electrochemical cell or battery, preferably a metallic carrier, preferably aluminum or copper. This carrier is also referred to as a "Abieiter" or as a "collector".
Positive Elektrode Positive electrode
Als Aktivmaterial für die positive Elektrode können alle aus dem diesbezüglichen Stand der Technik bekannten Materialien eingesetzt werden. Es besteht also im Hinblick auf die positive Elektrode im Sinne der vorliegenden Erfindung keine Beschränkung.  As the active material for the positive electrode, there can be used any of materials known in the related art. Thus, there is no limitation with regard to the positive electrode in the sense of the present invention.
In einer Ausführungsform können als Aktivmaterial für die positive Elektrode Lithiumphosphate eingesetzt werden, vorzugsweise der Summenformel LiXP04 mit X = Mn, Fe, Co oder Ni, oder Kombinationen hiervon. In one embodiment, as the positive electrode active material, lithium phosphates may be used, preferably the molecular formula LiXPO 4 with X = Mn, Fe, Co or Ni, or combinations thereof.
Weitere geeignete Verbindungen sind Lithiummanganat, vorzugsweise LiMn204, Lithiumkobaltat, vorzugsweise LiCo02, Lithiumnickelat, vorzugsweise LiNi02, oder Mischungen aus zwei oder mehreren dieser Oxide, oder deren gemischte Oxide. Other suitable compounds are lithium manganate, preferably LiMn 2 0 4 , lithium cobaltate, preferably LiCo0 2 , lithium nickelate, preferably LiNi0 2 , or mixtures of two or more of these oxides, or their mixed oxides.
Zur Erhöhung der Leitfähigkeit können im Aktivmaterial weitere Verbindungen vorhanden sein, vorzugsweise Kohlenstoff-haltige Verbindungen, oder Kohlenstoff, vorzugsweise in Form von Leitruß oder Graphit. Der Kohlenstoff kann auch in Form von Kohlenstoff-Nanotubes eingebracht werden. Derartige Zusätze werden vorzugsweise in einer Menge von 1 bis 6 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 3 Gew.-% bezogen auf die auf den Träger aufgebrachten Masse der positiven Elektrode aufgebracht. Das Aktivmaterial kann auch Mischungen aus zwei oder mehreren der genannten Substanzen enthalten. To increase the conductivity further compounds may be present in the active material, preferably carbon-containing compounds, or carbon, preferably in the form of Leitruß or graphite. The carbon can also be introduced in the form of carbon nanotubes. Such additives are preferably applied in an amount of 1 to 6 wt .-%, preferably 1 to 3 wt .-% based on the applied to the carrier mass of the positive electrode. The active material may also contain mixtures of two or more of the substances mentioned.
Negative Elektrode Negative electrode
Geeignete Materialien für die negative Elektrode sind ausgewählt aus: Lithium- metall-Oxide wie Lithium-Titan-Oxid, kohlenstoffhaltige Materialien, vorzugsweise Graphit, synthetischer Graphit, Graphen, Ruß, Mesokohlenstoff, dotierter Kohlenstoff, Fullerene. Als Elektrodenmaterial für die negative Elektrode sind auch Niobpentoxid, Zinnlegierungen, Titandioxid, Zinndioxid, Silizium bevorzugt. Bindemittel Suitable materials for the negative electrode are selected from: lithium metal oxides such as lithium titanium oxide, carbonaceous materials, preferably graphite, synthetic graphite, graphene, carbon black, mesocarbon, doped carbon, fullerenes. As the electrode material for the negative electrode, niobium pentoxide, tin alloys, titanium dioxide, tin dioxide, silicon are also preferable. binder
Die für die positive oder für die negative Elektrode verwendeten Materialien wie beispielsweise die Aktivmaterialien, werden durch ein oder mehrere Bindemittel, das oder welche diese Materialien auf der Elektrode bzw. auf dem Abieiter halten, zusammengehalten. Erfindungsgemäß ist mindestens eines dieser Binde- mittel ein Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR). Dieser Styrol-Butadien-Kautschuk bewirkt eine hohe mechanische Stabilität der Elektroden.  The materials used for the positive or negative electrode, such as the active materials, are held together by one or more binders, which hold these materials on the electrode or on the Abieiter. According to the invention, at least one of these binders is a styrene-butadiene rubber (SBR). This styrene-butadiene rubber causes a high mechanical stability of the electrodes.
Der Begriff„Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR)" bedeutet ein Polymerisat aus Styrol und Butadien. Derartige Produkte sind handelsüblich und können in be- kannter Weise als Bindemittel für Materialien für Elektroden verwendet werden, sowohl für die positive wie auch für die negative Elektrode. Handelsübliche Produkte liegen vorzugsweise in Form von Emulsionen vor. The term "styrene butadiene rubber (SBR)" means a polymer of styrene and butadiene Such products are commercially available and can be used as known binders for materials for electrodes, both positive and negative electrodes Commercially available products are preferably in the form of emulsions.
In einer Ausführungsform weist der Styrol-Butadien-Kautschuk hydrophile Grup- pen auf. Durch derartige hydrophile Gruppen kann der Zusammenhalt innerhalb der Aktivgruppe und/oder die Bindung an den Träger verbessert werden. Ohne an eine Theorie gebunden zu sein wird von den Erfindern angenommen, dass die hydrophilen Gruppen nicht-kovalente Bindungen etwa in Form von Wasserstoffbrücken zu den verwendeten Aktivmaterialien und/oder zum Träger ausbil- den können, wobei die mechanische Stabilität der Elektrode erhöht wird. In one embodiment, the styrene-butadiene rubber has hydrophilic groups. By such hydrophilic groups, the cohesion within the active group and / or the binding to the carrier can be improved. Without being bound to any theory, it is believed by the inventors that the hydrophilic groups may form non-covalent bonds in the form of, for example, hydrogen bonding to the active materials and / or carrier used, thereby increasing the mechanical stability of the electrode.
Vorzugsweise weist der Styrol-Butadien-Kautschuk auch Monomereinheiten auf, welche eine oder mehrere Gruppen aufweisen, vorzugsweise hydrophile Gruppen, ausgewählt aus: Carboxyl, Carbonsäureanhydrid, Nitril, Hydroxyl, Mercap- to, Acetat, Ether, Ester, Amid, Amin und/oder Halogen. Preferably, the styrene-butadiene rubber also has monomer units which have one or more groups, preferably hydrophilic groups selected from: carboxyl, carboxylic anhydride, nitrile, hydroxyl, mercapto, acetate, ether, ester, amide, amine and / or Halogen.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Styrol-Butadien-Kautschuk auch dadurch gekennzeichnet, dass er mit einem Butadien-Einheiten aufweisenden Monomer und/oder einem Styrol-Einheiten aufweisenden Monomer polymerisiert ist. In a further embodiment, the styrene-butadiene rubber is also characterized in that it is polymerized with a monomer containing butadiene units and / or a monomer having styrene units.
Durch Einbringen derartiger Gruppen kann im Styrol-Butadien-Kautschuk eine Vernetzung herbeigeführt werden, die zu einem besonders festen Zusammenhalt im Aktivmaterial bzw. zu einer besonders festen Bindung des Aktivmaterials an den Träger führt. By introducing such groups, a crosslinking can be brought about in the styrene-butadiene rubber, which leads to a particularly firm cohesion in the active material or to a particularly strong binding of the active material to the support.
In einer Ausführungsform weist der Styrol-Butadien-Kautschuk eine Glasübergangstemperatur im Bereich von 5 bis 25 °C auf, oder eine Glasübergangstemperatur, die unterhalb dieses Bereiches liegt. In one embodiment, the styrene-butadiene rubber has a glass transition temperature in the range of 5 to 25 ° C, or a glass transition temperature that is below this range.
In einer weiteren Ausführungsform weist der Styrol-Butadien-Kautschuk ein mittleres Molekulargewicht Mw von 10.000 bis 1.000.000 g/Mol auf (bestimmt durch Gelpermeationschromatographie). ln einer weiteren Ausführungsform weist der Styrol-Butadien-Kautschuk eine Glasübergangstemperatur im Bereich von 5 bis 25 °C auf, oder eine Glasübergangstemperatur, die unterhalb dieses Bereiches liegt, und ein mittleres Molekulargewicht Mw von 10.000 bis 1.000.000 g/Mol auf (bestimmt durch Gelpermea- tionschromatographie). In a further embodiment, the styrene-butadiene rubber has an average molecular weight Mw of 10,000 to 1,000,000 g / mol (determined by gel permeation chromatography). In a further embodiment, the styrene-butadiene rubber has a glass transition temperature in the range of 5 to 25 ° C, or a glass transition temperature which is below this range, and an average molecular weight Mw of 10,000 to 1,000,000 g / mol (determined by gel permeation chromatography).
In einer weiteren Ausführungsform können neben dem Styrol-Butadien- Kautschuk noch weitere Bindemittel im Aktivmaterial der Elektrode vorliegen. In a further embodiment, in addition to the styrene-butadiene rubber, further binders may be present in the active material of the electrode.
In einer Ausführungsform ist dieses Bindemittel eine Carboxymethylcellulose (CMC). Der Begriff„Carboxymethylcellulose" bedeutet hierbei sowohl eine Carboxymethylcellulose, welche Carboxylgruppen aufweist, wie auch eine Carboxymethylcellulose deren Carboxylgruppen ganz oder teilweise als Carboxy- latgruppen vorliegen, vorzugsweise mit Natriumionen als Gegenionen. Demzu- folge schließt der Begriff„Carboxymethylcellulose" auch Salze der Carboxymethylcellulose ein, vorzugsweise ein Natriumsalz der Carboxymethylcellulose. In one embodiment, this binder is a carboxymethylcellulose (CMC). The term "carboxymethylcellulose" in this case means both a carboxymethylcellulose which has carboxyl groups and also a carboxymethylcellulose whose carboxyl groups are wholly or partially present as carboxylate groups, preferably with sodium ions as counterions.As a result, the term "carboxymethylcellulose" also includes salts of carboxymethylcellulose , preferably a sodium salt of carboxymethylcellulose.
Bevorzugte Carboxymethlycellu losen, insbesondere Natriumsalze der Carboxymethylcellulosen, weisen eine Veretherungsgrad von 1 bis 1 ,5 auf. Derartige Carboxymethylcellulosen sind unter anderem auf Grund ihrer relativ guten Wasserlöslichkeit für die Herstellung der Elektroden besonders gut geeignet. Geeignete Produkte sind aus dem einschlägigen Stand der Technik bekannt. Preferred Carboxymethlycellu loose, in particular sodium salts of carboxymethylcelluloses, have a degree of etherification of 1 to 1, 5 on. Such carboxymethylcelluloses are particularly well suited, inter alia, due to their relatively good solubility in water for the preparation of the electrodes. Suitable products are known from the relevant prior art.
In einer weiteren Ausführungsform können die Elektroden auch weitere Binde- mittel ausgewählt aus Polyvinylidenfluorid, Polyethylenoxid, Polyethylen, Polypropylen, Polytetrafluorethylen, Polyacrylat, Ethylen-(Propylen-Dien- Monomer)-Copolymer (EPDM) und Mischungen und Copolymere davon enthalten. Der Styrol-Butadien-Kautschuk oder der Styrol-Butadien-Kautschuk und die Carboxymethylcellulose oder der Styrol-Butadien-Kautschuk und gegebenenfalls Carboxymethylcellulose und/oder die weiteren Bindemittel liegen vorzugsweise in einer Menge von 1 - 5 Gew.-% vor bezogen auf die Gesamtmenge des in der positiven oder negative Elektrode verwendeten Aktivmaterials. In a further embodiment, the electrodes may also comprise further binders selected from polyvinylidene fluoride, polyethylene oxide, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene, polyacrylate, ethylene (propylene-diene monomer) copolymer (EPDM) and mixtures and copolymers thereof. The styrene-butadiene rubber or the styrene-butadiene rubber and the carboxymethyl cellulose or the styrene-butadiene rubber and optionally carboxymethyl cellulose and / or the other binders are preferably present in an amount of 1-5 wt .-%, based on the total amount of the active material used in the positive or negative electrode.
In einer weiteren Ausführungsform können die Elektroden auch Kieselsäure enthalten, vorzugsweise zur Verbesserung der Adhäsionseigenschaften zwischen den Elektroden und dem Elektrolyt und / oder zur Verbesserung der Leitfähigkeit der Elektroden. Die Kieselsäure ist vorzugsweise pyrogene Kieselsäure. Sie wird vorzugsweise in einer Menge von 0,1 - 4,5 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge des auf dem Träger befindlichen Elektrodenmaterials eingesetzt, vorzugsweise in einer Menge von 0,5 bis 3,5 Gew.-%. Separator In a further embodiment, the electrodes may also contain silica, preferably for improving the adhesion properties between the electrodes and the electrolyte and / or for improving the conductivity of the electrodes. The silica is preferably fumed silica. It is preferably used in an amount of 0.1 to 4.5% by weight, based on the total amount of electrode material on the support, preferably in an amount of 0.5 to 3.5% by weight. separator
Die erfindungsgemäße elektrochemischen Zelle weist ein Material auf, das die positive Elektrode und die negative Elektrode voneinander trennt. Dieses Material ist für Lithiumionen durchlässig, leitet also Lithiumionen, ist aber für Elektronen ein Nichtleiter. Derartige in Lithiumionen-Batterien verwendete Materialien werden auch als Separatoren bezeichnet. The electrochemical cell according to the invention comprises a material which separates the positive electrode and the negative electrode from each other. This material is permeable to lithium ions, so it conducts lithium ions, but is a non-conductor for electrons. Such materials used in lithium ion batteries are also referred to as separators.
In einer bevorzugten Ausführungsform im Sinne der vorliegenden Erfindung werden als Separatoren Polymere eingesetzt. In einer Ausführungsform sind die Polymere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Polyester, vorzugsweise Polyethylenterephthalat oder Polybutylenterephthalat; Polyolefin, vorzugsweise Polyethylen, Polypropylen oder Polybutylen; Polyacrylnitril; Polycarbonat; Poly- sulfon; Polyethersulfon; Polyvinylidenfluorid; Polystyrol; Polyetherimid; Poly- ether; Polyetherketon. Die Polymere weisen Poren auf, so dass sie für Lithiumionen durchlässig sind. ln einer bevorzugten Ausführungsform im Sinne der vorliegenden Erfindung weist der Separator mindestens ein Polymer und mindestens ein anorganisches, vorzugsweise ionenleitendes Material, vorzugsweise ausgewählt aus Oxiden, Phosphaten, Silikaten, Titanaten, Sulfaten, Aluminosilikaten, aufweisend min- destens eines der Elemente Zirkon, Aluminium, Lithium. In a preferred embodiment according to the present invention, polymers are used as separators. In one embodiment, the polymers are selected from the group consisting of: polyester, preferably polyethylene terephthalate or polybutylene terephthalate; Polyolefin, preferably polyethylene, polypropylene or polybutylene; polyacrylonitrile; polycarbonate; Polysulfone; polyether sulfone; polyvinylidene fluoride; polystyrene; polyetherimide; Polyether; Polyether ketone. The polymers have pores so that they are permeable to lithium ions. In a preferred embodiment according to the present invention, the separator comprises at least one polymer and at least one inorganic, preferably ion-conducting material, preferably selected from oxides, phosphates, silicates, titanates, sulfates, aluminosilicates, comprising at least one of the elements zirconium, aluminum, Lithium.
Der besagte Separator der erfindungsgemäßen Batterie umfasst Polymerfasern in Form eines Vlieses. Vorzugsweise ist das Vlies ungewebt. Statt des Begriffs "ungewebt" wird auch der Begriff "nicht-verwebt" verwendet. In der einschlägigen technischen Literatur finden sich auch Begriffe wie "non- woven fabrics" oder "non-woven material". Der Begriff "Vlies" wird synonym mit dem Begriff„ Vliesstoff" verwendet. Vliese sind aus dem Stand der Technik bekannt und/oder können nach den bekannten Verfahren hergestellt werden, beispielsweise durch Spinnverfahren mit nachfolgender Verfestigung. Vorzugsweise ist das Vlies flexibel und wird in einer Dicke von weniger als 30 m hergestellt. Vorzugsweise werden die Polymerfasern ausgewählt aus der Gruppe von Polymeren bestehend aus Polyester, Polyolefin, Polyamid, Polyacrylnitril, Polyimid, Polyetherimid, Polysulfon, Polyamidimid, Polyether, Polyphenylensulfid, Aramid, oder Mischungen aus zwei oder mehreren dieser Polymeren. Polyester sind beispielsweise Polyethylenterephthalat und Polybutylenterephtha- lat. Said separator of the battery according to the invention comprises polymer fibers in the form of a nonwoven. Preferably, the web is unwoven. Instead of the term "unwoven", the term "non-woven" is used. The relevant technical literature also includes terms such as "non-woven fabrics" or "non-woven material". The term "nonwoven" is used synonymously with the term "nonwoven fabric." Nonwovens are known from the prior art and / or can be produced by the known processes, for example by spinning processes with subsequent solidification Preferably, the polymer fibers are selected from the group of polymers consisting of polyester, polyolefin, polyamide, polyacrylonitrile, polyimide, polyetherimide, polysulfone, polyamideimide, polyether, polyphenylene sulfide, aramid, or mixtures of two or more of these polymers Polyesters are, for example, polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate.
Polyolefine sind beispielsweise Polyethylen oder Polypropylen. Halogen-haltige Polyolefine wie Polytetrafluorethylen, Polyvinylidenfluorid, Polyvinylchlorid sind gleichfalls einsetzbar. Polyamide sind beispielsweise die bekannten Typen PA 6.6 und PA 6.0, die unter den Markenbezeichnungen Nylon® und Perlon® bekannt sind. Polyolefins are, for example, polyethylene or polypropylene. Halogen-containing polyolefins such as polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyvinyl chloride are also usable. Polyamides are for example the known types PA 6.6 and PA 6.0, known under the brand names Perlon Nylon ® and ®.
Aramide sind beispielweise meta-Aramid und para-Aramid, welche unter den Markenbezeichnungen Nomex® und Kevlar® bekannt sind. Aramids are, for example meta-aramid and para-aramid, which are known under the brand names Nomex ® and Kevlar ®.
Polyamidimide sind beispielsweise unter der Markenbezeichnung Kermel® bekannt. Bevorzugte Polymerfasern sind Polymerfasern aus Polyethylenterephthalaten. Polyamide are known for example under the trade name Kermel ®. Preferred polymer fibers are polymer fibers of polyethylene terephthalates.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Separator ein Vlies, welches ein- oder beidseitig mit einem anorganischen Material beschichtet ist. Der Begriff "Beschichtung" beinhaltet auch, dass sich das ionenleitende anorganische Material nicht nur auf einer Seite oder beiden Seiten des Vlieses befinden kann, sondern auch innerhalb des Vlieses. In a preferred embodiment, the separator comprises a nonwoven, which is coated on one or both sides with an inorganic material. The term "coating" also includes that the ionic conductive inorganic material may be located not only on one side or both sides of the web, but also within the web.
Das für die Beschichtung verwendete ionenleitende anorganische Material ist vorzugsweise wenigstens eine Verbindung aus der Gruppe der Oxide, Phosphate, Sulfate, Titanate, Silikate, Aluminosilikate wenigstens eines der Elemente Zirkon, Aluminium oder Lithium. The ion-conducting inorganic material used for the coating is preferably at least one compound from the group of oxides, phosphates, sulfates, titanates, silicates, aluminosilicates at least one of zirconium, aluminum or lithium.
Das ionenleitende anorganische Material ist vorzugsweise in einem Tempera- turbereich von - 40 °C bis 200 °C ionenleitend, d.h. ionenleitend für die Lithium- Ionen. The ionically conductive inorganic material is preferably ion conducting in a temperature range of from -40 ° C to 200 ° C, i. ion-conducting for the lithium ions.
In einer Ausführungsform kann ein Separator verwendet werden, welcher aus einem zumindest teilweise stoffdurchlässigen Träger besteht, welcher nicht oder nur schlecht elektronenleitend ist. Dieser Träger ist auf mindestens einer Seite mit einem anorganischen Material beschichtet. Als wenigstens teilweise stoffdurchlässiger Träger wird ein organisches Material verwendet, welches als Vlies, also aus nicht-verwebten Polymerfasern ausgestaltet ist. Das organische Material ist in Form von Polymerfasern ausgestaltet, vorzugsweise Polymerfa- sern des Polyethylenterephthalats (PET). Das Vlies ist mit einem anorganischen ionenleitenden Material beschichtet, welches vorzugsweise in einem Temperaturbereich von - 40 °C bis 200 °C ionenleitend ist. Das anorganische ionenleitende Material weist bevorzugt wenigstens eine Verbindung aus der Gruppe der Oxide, Phosphate, Sulfate, Titanate, Silikate, Aluminosilikate mit wenigstens einem der Elemente Zirkon, Aluminium, Lithium, besonders bevorzugt Zirkon- oxid. Bevorzugt weist das anorganische ionenleitende Material Partikel mit einem größten Durchmesser unter 100 nm auf. In one embodiment, a separator may be used, which consists of an at least partially permeable carrier, which is not or only poorly electron-conducting. This carrier is on at least one side coated with an inorganic material. As an at least partially permeable carrier an organic material is used, which is designed as a nonwoven, so from non-woven polymer fibers. The organic material is in the form of polymer fibers, preferably polymer fibers of polyethylene terephthalate (PET). The nonwoven fabric is coated with an inorganic ion-conducting material which is preferably ion-conducting in a temperature range of -40 ° C to 200 ° C. The inorganic ion-conducting material preferably has at least one compound from the group of oxides, phosphates, sulfates, titanates, silicates, aluminosilicates with at least one of the elements zirconium, aluminum, lithium, particularly preferably zirconium oxide. The inorganic ion-conducting material preferably has particles with a maximum diameter of less than 100 nm.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das ionenleitende Material Zirkon- oxid auf oder besteht das ionenleitende Material aus Zirkonoxid. In a preferred embodiment, the ion-conducting material comprises zirconium oxide or the ion-conducting material consists of zirconium oxide.
Ein solcher Separator wird beispielsweise unter dem Handelsnamen "Separion®" von der Firma Evonik AG in Deutschland vertrieben. Verfahren zur Herstellung derartiger Separatoren sind aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus der EP 1 017 476 B1 , WO 2004/021477 und WO 2004/021499. Such a separator is marketed in Germany, for example, under the trade name "Separion ®" by the company Evonik AG. Methods for producing such separators are known from the prior art, for example from EP 1 017 476 B1, WO 2004/021477 and WO 2004/021499.
Prinzipiell können zu große Poren und Löcher in Separatoren, die in Sekundär- batterien verwendet werden, zu einem inneren Kurzschluss führen. Die Batterie kann sich dann in einer gefährlichen Reaktion sehr schnell selbst entladen. Hierbei können so große elektrische Ströme auftreten, dass eine geschlossene Batteriezelle im ungünstigsten Fall sogar explodieren kann. Aus diesem Grund kann der Separator auch entscheidend zur Sicherheit bzw. zur fehlenden Si- cherheit einer Lithiumhochleistungs- oder Lithiumhochenergie-Batterie beitragen. In principle, too large pores and holes in separators used in secondary batteries can lead to an internal short circuit. The battery can then discharge itself very quickly in a dangerous reaction. In this case, such large electrical currents can occur that a closed battery cell can even explode in the worst case. For this reason, the separator can also be crucial for safety or lack of safety. safety of a lithium high-performance or lithium-high-energy battery.
Polymerseparatoren unterbinden im Allgemeinen ab einer bestimmten Tempe- ratur (der sogenannten "Shut-Down-Temperatur", die bei ca. 120 °C liegt) jeglichen Ladungstransport. Dies geschieht dadurch, dass bei dieser Temperatur das Porengefüge des Separators zusammenbricht und alle Poren verschlossen werden. Dadurch, dass keine Ionen mehr transportiert werden können, kommt die gefährliche Reaktion, die zur Explosion führen kann, zum Erliegen. Wird die Zelle aufgrund äußerer Umstände aber weiter erwärmt, so wird bei ca. 150 bis 180 °C die sogenannte "Break-Down-Temperatur" überschritten. Ab dieser Temperatur kommt es zum Schmelzen des Separators, wobei dieser sich zusammenzieht. An vielen Stellen in der Batteriezelle kommt es nun zu einem direkten Kontakt zwischen den beiden Elektroden und somit zu einem großflächi- gern inneren Kurzschluss. Dieser führt zur unkontrollierten Reaktion, die mit einer Explosion der Zelle enden kann, bzw. der entstehende Druck muss durch ein Überdruckventil (eine Berstscheibe) häufig unter Feuererscheinungen abgebaut werden. Bei dem in der erfindungsgemäßen Batterie verwendeten Separator umfassend ein Vlies aus ungewebten Polymerfasern und die anorganische Beschichtung kann es nur zum Shut-Down (Abschaltung) kommen, wenn durch die hohe Temperatur das Polymergefüge des Trägermaterials schmilzt und in die Poren des anorganischen Materials eindringt und diese dadurch verschließt. Zum Break-Down (Zusammenbruch) kommt es bei dem Separator dagegen nicht, da die anorganischen Partikel dafür sorgen, dass ein völliges Schmelzen des Separators nicht eintreten kann. Somit ist sichergestellt, dass es keine Betriebs- zustände gibt, in denen ein großflächiger Kurzschluss entstehen kann. Durch die Art des eingesetzten Vlieses, welches eine besonders gut geeignete Kombination aus Dicke und Porosität aufweist, können Separatoren hergestellt werden, die den Anforderungen an Separatoren in Hochleistungsbatterien, insbesondere Lithium-Hochleistungsbatterien gerecht werden können. Durch die gleichzeitige Verwendung von in ihrer Partikelgröße genau abgestimmten Oxid- Partikeln zur Herstellung der porösen (keramischen) Beschichtung wird eine besonders hohe Porosität des fertigen Separators erreicht, wobei die Poren immer noch genügend klein sind, um ein unerwünschtes Durchwachsen von "Lithium- Whis ern" durch den Separator zu verhindern. Polymer separators generally prevent any charge transport above a certain temperature (the so-called "shut-down temperature", which is about 120 ° C.). This happens because at this temperature, the pore structure of the separator collapses and all pores are closed. The fact that no ions can be transported, the dangerous reaction that can lead to an explosion, comes to a standstill. However, if the cell continues to be heated due to external circumstances, the so-called "break-down temperature" is exceeded at approx. 150 to 180 ° C. From this temperature, the separator melts and contracts. In many places in the battery cell there is now a direct contact between the two electrodes and thus a large internal short circuit. This leads to an uncontrolled reaction, which can end with an explosion of the cell, or the resulting pressure must be reduced by a pressure relief valve (a rupture disk) often under fire phenomena. In the separator used in the battery according to the invention comprising a nonwoven made of non-woven polymer fibers and the inorganic coating, it can only come to shutdown (shutdown), when melted by the high temperature, the polymer structure of the carrier material and penetrates into the pores of the inorganic material and this thereby closing. On the other hand, the separator does not break down (collapse) since the inorganic particles ensure that complete melting of the separator can not occur. This ensures that there are no operating states in which a large-area short-circuit can occur. By the type of nonwoven used, which has a particularly suitable combination of thickness and porosity, separators can be produced that can meet the requirements for separators in high-performance batteries, especially lithium high-performance batteries. The simultaneous use of precisely matched in their particle size oxide particles to produce the porous (ceramic) coating a particularly high porosity of the final separator is achieved, the pores are still small enough to unwanted growth of "lithium Whis ern "through the separator to prevent.
Auf Grund der hohen Porosität des Separators muss allerdings dafür Sorge getragen werden, dass in den Poren kein oder ein möglichst geringer Totraum entsteht. Die für die erfindungsgemäße Batterie einsetzbaren Separatoren haben auch den Vorteil, dass sich an den anorganischen Oberflächen des Separatormaterials die Anionen des Leitsalzes teilweise anlagern, was zu einer Verbesserung der Dissoziation und somit zu einer besseren lonenleitfähigkeit im Hochstrombereich führt. Due to the high porosity of the separator, however, care must be taken to ensure that no or the least possible dead space is created in the pores. The separators which can be used for the battery according to the invention also have the advantage that the anions of the conductive salt partly adhere to the inorganic surfaces of the separator material, which leads to an improvement in the dissociation and thus to a better ion conductivity in the high-current range.
Der für die erfindungsgemäße Batterie verwendbare Separator, umfassend ein flexibles Vlies mit einer auf und in diesem Vlies befindlichen porösen anorganischen Beschichtung, wobei das Material des Vlieses ausgewählt ist aus (vorzugsweise ungewebten) Polymerfasern, zeichnet sich auch dadurch aus, dass das Vlies eine Dicke von weniger als 30 m, eine Porosität von mehr als 50 %, vorzugsweise von 50 bis 97 % und eine Porenradienverteiiung aufweist, bei der mindestens 50 % der Poren einen Porenradius von 75 bis 150 pm aufweisen. The separator which can be used for the battery according to the invention, comprising a flexible nonwoven with a porous inorganic coating on and in this nonwoven, wherein the material of the nonwoven fabric is selected from (preferably nonwoven) polymer fibers, is also characterized in that the nonwoven fabric has a thickness of less than 30 m, has a porosity of more than 50%, preferably from 50 to 97% and a pore radius distribution in which at least 50% of the pores have a pore radius of 75 to 150 pm.
Besonders bevorzugt umfasst der Separator ein Vlies, welches eine Dicke von 5 bis 30 pm, vorzugsweise eine Dicke von 10 bis 20 pm aufweist. Besonders wichtig ist auch eine möglichst homogene Porenradienverteilung im Vlies wie oben angegeben. Eine noch homogenere Porenradienverteilung im Vlies führt in Verbindung mit optimal abgestimmten Oxid-Partikeln bestimmter Größe zu einer optimierten Porosität des Separators. The separator particularly preferably comprises a nonwoven which has a thickness of 5 to 30 μm, preferably a thickness of 10 to 20 μm. Especially Also important is a homogeneous distribution of pore radii in the web as indicated above. An even more homogeneous pore radius distribution in the nonwoven, in combination with optimally matched oxide particles of a certain size, leads to an optimized porosity of the separator.
Die Dicke des Substrates hat einen großen Einfluss auf die Eigenschaften des Separators, da zum einen die Flexibilität aber auch der Flächenwiderstand des mit Elektrolyt getränkten Separators von der Dicke des Substrates abhängig ist. Durch die geringe Dicke wird ein besonders geringer elektrischer Widerstand des Separators in der Anwendung mit einem Elektrolyten erzielt. Der Separator selbst weist einen sehr hohen elektrischen Widerstand auf, da er selbst isolierende Eigenschaften gegenüber Elektronen aufweisen muss. Zudem erlauben dünnere Separatoren eine erhöhte Packungsdichte in einem Batteriestapel, so dass man im gleichen Volumen eine größere Energiemenge speichern kann. The thickness of the substrate has a great influence on the properties of the separator, since on the one hand the flexibility but also the sheet resistance of the electrolyte-impregnated separator depends on the thickness of the substrate. Due to the small thickness, a particularly low electrical resistance of the separator is achieved in the application with an electrolyte. The separator itself has a very high electrical resistance, since it itself must have insulating properties against electrons. In addition, thinner separators allow increased packing density in a battery pack so that one can store a larger amount of energy in the same volume.
Vorzugsweise weist das nicht-verwebte Vlies eine Porosität von 60 bis 90 %, besonders bevorzugt von 70 bis 90 % auf. Die Porosität ist dabei definiert als das Volumen des Vlieses (100 %) minus dem Volumen der Fasern des Vlieses, also dem Anteil am Volumen des Vlieses, der nicht von Material ausgefüllt wird. Das Volumen des Vlieses kann dabei aus den Abmessungen des Vlieses berechnet werden. Das Volumen der Fasern ergibt sich aus dem gemessen Gewicht des betrachteten Vlieses und der Dichte der Polymerfasern. Die große Porosität des Substrates ermöglicht auch eine höhere Porosität des Separators, weshalb eine höhere Aufnahme an Elektrolyten mit dem Separator erzielt wer- den kann. Preferably, the nonwoven web has a porosity of 60 to 90%, more preferably 70 to 90%. The porosity is defined as the volume of the web (100%) minus the volume of the fibers of the web, ie the proportion of the volume of the web that is not filled by material. The volume of the fleece can be calculated from the dimensions of the fleece. The volume of the fibers results from the measured weight of the fleece considered and the density of the polymer fibers. The large porosity of the substrate also allows a higher porosity of the separator, which is why a higher uptake of electrolytes with the separator can be achieved.
Damit ein Separator mit isolierenden Eigenschaften erhalten werden kann, weist dieser als Polymerfasern für das nicht-verwebte Vlies vorzugsweise nicht elektrisch leitfähige Fasern von Polymeren auf wie oben definiert. Vorzugsweise sind diese ausgewählt aus den oben aufgeführten Polymeren, vorzugsweise Polyac- rylnitril, Polyester, wie z. B. Polyethylenterephthalat und/oder Polyolefin, wie z. B. Polypropylen oder Polyethylen, oder Mischungen solcher Polyolefine. In order to obtain a separator having insulating properties, as polymer fibers for the non-woven fabric, it preferably has non-electrically conductive fibers of polymers as defined above. These are preferably selected from the polymers listed above, preferably polyacid nitrile, polyester, such as. As polyethylene terephthalate and / or polyolefin, such as. As polypropylene or polyethylene, or mixtures of such polyolefins.
Die Polymerfasern der Vliese weisen vorzugsweise einen Durchmesser von 0,1 bis 10 μιτι, besonders bevorzugt von 1 bis 4 μηι auf. The polymer fibers of the nonwovens preferably have a diameter of 0.1 to 10 μιτι, more preferably from 1 to 4 μηι.
Besonders bevorzugte flexible Vliese weisen ein Flächengewicht von kleiner 20 g/m2, vorzugsweise von 5 bis 10 g/m2 auf. Vorzugsweise weist der Separator im vorzugsweise nicht-verwebten Vlies eine poröse, elektrisch isolierende, keramische Beschichtung auf. Vorzugsweise weist die auf und in dem Vlies befindliche poröse anorganische Beschichtung Oxid-Partikel der Elemente Li, AI, Si und/oder Zr mit einer mittleren Partikelgröße von 0,5 bis 7 μιτι, bevorzugt von 1 bis 5 pm und ganz besonders bevorzugt von 1 ,5 bis 3 pm auf. Besonders bevorzugt weist der Separator eine auf und in dem Vlies befindliche poröse anorganische Beschichtung auf, die Aluminiumoxid- Partikel mit einer mittleren Partikelgröße von 0,5 bis 7 pm, bevorzugt von 1 bis 5 pm und ganz besonders bevorzugt von 1 ,5 bis 3 pm aufweist, die mit einem Oxid der Elemente Zr oder Si verklebt sind. Um eine möglichst hohe Poro- sität zu erzielen, liegen bevorzugt mehr als 50 Gew.-% und besonders bevorzugt mehr als 80 Gew.-% aller Partikel in den oben genannten Grenzen der mittleren Partikelgröße. Wie bereits oben beschrieben beträgt die maximale Partikelgröße vorzugsweise 1 /3 bis 1/5 und besonders bevorzugt kleiner oder gleich 1/10 der Dicke des eingesetzten Vlieses. Particularly preferred flexible nonwovens have a basis weight of less than 20 g / m 2 , preferably from 5 to 10 g / m 2 . The separator preferably has a porous, electrically insulating, ceramic coating in the preferably non-woven nonwoven fabric. The porous inorganic coating on and in the nonwoven preferably has oxide particles of the elements Li, Al, Si and / or Zr with an average particle size of from 0.5 to 7 μm, preferably from 1 to 5 μm and very particularly preferably from 1 , 5 to 3 pm up. The separator particularly preferably has a porous inorganic coating on and in the nonwoven, the aluminum oxide particles having an average particle size of from 0.5 to 7 μm, preferably from 1 to 5 μm and very particularly preferably from 1.5 to 3 μm which are bonded to an oxide of the elements Zr or Si. In order to achieve the highest possible porosity, more than 50% by weight and more preferably more than 80% by weight of all particles are preferably within the abovementioned limits of average particle size. As already described above, the maximum particle size is preferably 1/3 to 1/5 and particularly preferably less than or equal to 1/10 of the thickness of the nonwoven used.
Vorzugsweise weist der Separator aus Vlies und keramischer Beschichtung eine Porosität von 30 bis 80 %, bevorzugt von 40 bis 75 % und besonders bevorzugt von 45 bis 70 % auf. Die Porosität bezieht sich dabei auf die erreichbaren, also offenen Poren. Die Porosität kann dabei mittels der bekannten Methode der Quecksilber-Porosimetrie bestimmt werden oder kann aus dem Volumen und der Dichte der verwendeten Einsatzstoffe errechnet werden, wenn davon ausgegangen wird, dass nur offene Poren vorliegen. The nonwoven and ceramic coating separator preferably has a porosity of from 30 to 80%, preferably from 40 to 75% and particularly preferably from 45 to 70%. The porosity refers to the achievable, ie open pores. The porosity can be determined by the known method of mercury porosimetry or can from the volume and The density of the starting materials used are calculated if it is assumed that only open pores are present.
Die für die erfindungsgemäße Batterie verwendeten Separatoren zeichnen sich auch dadurch aus, dass sie eine Reißfestigkeit von mindestens 1 N/cm, vorzugsweise von mindestens 3 N/cm und ganz besonders bevorzugt von 3 bis 10 N/cm aufweisen können. Die Separatoren lassen sich vorzugsweise ohne Beschädigung bis auf jeden Radius bis herab zu 100 mm, vorzugsweise bis herab zu 50 mm und ganz besonders bevorzugt bis herab zu 1 mm biegen. Dies macht den Separator auch einsatzfähig in Kombination mit gewickelten Elektroden. The separators used for the battery according to the invention are also distinguished by the fact that they can have a tensile strength of at least 1 N / cm, preferably of at least 3 N / cm and very particularly preferably of 3 to 10 N / cm. The separators can preferably be bent without damage to any radius down to 100 mm, preferably down to 50 mm and most preferably down to 1 mm. This also makes the separator operational in combination with wound electrodes.
Die hohe Reißfestigkeit und die gute Biegbarkeit des Separators haben auch den Vorteil, dass beim Laden und Entladen einer Batterie auftretende Verände- rungen der Geometrien der Elektroden durch den Separator mitgemacht werden können, ohne dass dieser und die den Styrol-Butadien-Kautschuk aufweisende positive Elektrode oder negative Elektrode oder positive Elektrode und negative Elektrode beschädigt werden. Dies ist für die Stabilität und Sicherheit der Zelle außerordentlich günstig. The high tear strength and the good bendability of the separator also have the advantage that changes in the geometries of the electrodes occurring during charging and discharging of a battery can be made through the separator without the latter and the positive electrode having the styrene-butadiene rubber or negative electrode or positive electrode and negative electrode are damaged. This is extremely favorable for the stability and safety of the cell.
In einer Ausführungsform ist es möglich, den Separator so zu gestalten, dass er die Form eines konkaven oder konvexen Schwamms oder Kissens oder die Form von Drähten oder eines Filzes aufweist. Diese Ausführungsform ist gut geeignet, Volumenveränderungen in der Batterie auszugleichen. Entsprechende Herstellverfahren sind dem Fachmann bekannt. In one embodiment, it is possible to design the separator to have the shape of a concave or convex sponge or pad, or the shape of wires or a felt. This embodiment is well suited to compensate for volume changes in the battery. Corresponding preparation methods are known to the person skilled in the art.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das im Separator verwendete Polymervlies ein weiteres Polymer. Vorzugsweise ist dieses Polymer zwischen dem Separator und der positiven Elektrode und/oder dem Separator und der negati- ven Elektrode angeordnet, vorzugsweise in Form einer Polymerschicht. ln einer Ausführungsform ist der Separator mit diesem Polymer einseitig oder beidseitig beschichtet. In a further embodiment, the polymer fleece used in the separator comprises a further polymer. Preferably, this polymer is arranged between the separator and the positive electrode and / or the separator and the negative electrode, preferably in the form of a polymer layer. In one embodiment, the separator is coated with this polymer on one or both sides.
Besagtes Polymer kann in Form einer porösen Membran, d.h. als Folie, oder in Form eines Vlieses vorliegen, vorzugsweise in Form eines Vlieses aus nicht verwebten Polymerfasern. Said polymer may be in the form of a porous membrane, i. as a film, or in the form of a nonwoven, preferably in the form of a nonwoven fabric of non-woven polymer fibers.
Diese Polymeren werden vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyester, Polyolefin, Polyacrylnitril, Polycarbonat, Polysulfon, Polyethersul- fon, Polyvinylidenfluorid, Polystyrol, Polyetherimid. These polymers are preferably selected from the group consisting of polyester, polyolefin, polyacrylonitrile, polycarbonate, polysulfone, polyethersulfone, polyvinylidene fluoride, polystyrene, polyetherimide.
Vorzugsweise ist das weitere Polymer ein Polyolefin. Bevorzugte Polyolefine sind Polyethylen und Polypropylen. Vorzugsweise ist der Separator mit einer oder mehreren Schichten des weiteren Polymers, vorzugsweise des Polyolefins, das vorzugsweise gleichfalls als Vlies, also als nicht verwebte Polymerfasern vorliegt, beschichtet. Preferably, the further polymer is a polyolefin. Preferred polyolefins are polyethylene and polypropylene. The separator is preferably coated with one or more layers of the further polymer, preferably of the polyolefin, which is preferably also present as a nonwoven, that is to say as nonwoven polymer fibers.
Vorzugsweise wird im Separator ein Vlies aus Polyethylenterephthalat verwen- det, das mit einer oder mehreren Schichten des weiteren Polymers, vorzugsweise des Polyolefins, das vorzugsweise gleichfalls als Vlies, also als nicht verwebte Polymerfasern vorliegt, beschichtet ist. Preferably, a nonwoven of polyethylene terephthalate is used in the separator, which is coated with one or more layers of the further polymer, preferably the polyolefin, which is preferably also present as a nonwoven, that is, as nonwoven polymer fibers.
Besonders bevorzugt ist ein Separator des oben beschriebenen Separion-Typs, der mit einer oder mehreren Schichten des weiteren Polymers, vorzugsweise des Polyolefins, das vorzugsweise gleichfalls als Vlies, also vorzugsweise als nicht verwebte Polymerfasern vorliegt, beschichtet ist. Particular preference is given to a separator of the above-described type of separation which is coated with one or more layers of the further polymer, preferably of the polyolefin, which is preferably also present as a nonwoven, ie preferably as nonwoven polymer fibers.
Die Beschichtung mit dem weiteren Polymeren, vorzugsweise mit dem Polyole- fin, kann durch Verklebung, Laminierung, durch eine chemische Reaktion, durch Verschweißung oder durch eine mechanische Verbindung erzielt werden. Derartige Polymerverbunde sowie Verfahren zu ihrer Herstellung sind aus der EP 1 852 926 bekannt. Vorzugsweise werden die im Separator einsetzbaren Vliese aus Nanofasern der verwendeten Polymeren gefertigt, wodurch Vliese gebildet werden, die eine hohe Porosität unter Ausbildung geringer Porendurchmesser aufweisen. Damit kann sowohl die Gefahr von Kurzschlussreaktionen weiter vermindert werden. Vorzugsweise sind die Faserdurchmesser des Polyethylenterephthalatvlieses größer als die Faserdurchmesser des weiteren Polymervlieses, vorzugsweise des Polyolefinvlieses, mit dem der Separator einseitig oder beidseitig beschichtet ist. Vorzugsweise weist das aus Polyethylenterephthalat gefertigte Vlies dann einen höheren Porendurchmesser auf als das Vlies, das aus dem weiteren Polymeren gefertigt ist. The coating with the further polymer, preferably with the polyolefin, can be carried out by gluing, lamination, by a chemical reaction Welding or be achieved by a mechanical connection. Such polymer composites and processes for their preparation are known from EP 1 852 926. Preferably, the nonwovens usable in the separator are made of nanofibers of the polymers used, whereby nonwovens are formed which have a high porosity with formation of small pore diameters. Thus, both the risk of short-circuit reactions can be further reduced. The fiber diameters of the polyethylene terephthalate fleece are preferably larger than the fiber diameters of the further polymer fleece, preferably the polyolefin fleece, with which the separator is coated on one or both sides. Preferably, the nonwoven made of polyethylene terephthalate then has a higher pore diameter than the nonwoven, which is made of the other polymer.
Die Verwendung eines Polyolefins zusätzlich zum Polyethylenterephthalat ge- währleistet eine erhöhte Sicherheit der elektrochemischen Zelle, da bei unerwünschter oder zu starker Erwärmung der Zelle sich die Poren des Polyolefins zusammenziehen und der Ladungstransport durch den Separator hindurch reduziert bzw. beendet wird. Sollte sich die Temperatur der elektrochemischen Zelle soweit erhöhen, dass das Polyolefin zu schmelzen beginnt, wirkt das Poly- ethylenterephthalat dem Zusammenschmelzen des Separators und damit einer unkontrollierten Zerstörung der elektrochemischen Zelle wirksam entgegen. Elektrolyt (Lithiumsalz-Elektrolyt) The use of a polyolefin in addition to the polyethylene terephthalate ensures increased safety of the electrochemical cell, since in undesirable or excessive heating of the cell, the pores of the polyolefin contract and the charge transport through the separator is reduced or terminated. Should the temperature of the electrochemical cell increase to such an extent that the polyolefin begins to melt, the polyethylene terephthalate effectively counteracts the melting together of the separator and thus an uncontrolled destruction of the electrochemical cell. Electrolyte (lithium salt electrolyte)
Der Begriff„Elektrolyt" oder "Lithiumsalz-Elektrolyt" bedeutet vorzugsweise eine Flüssigkeit und ein Leitsalz. Vorzugsweise ist die Flüssigkeit ein Lösungsmittel für das Leitsalz. Vorzugsweise liegt der Elektrolyt dann als Elektrolytlösung vor. The term "electrolyte" or "lithium salt electrolyte" preferably means a liquid and a conducting salt, Preferably, the liquid is a solvent for the conducting salt, and the electrolyte is then preferably in the form of an electrolyte solution.
Geeignete Lösungsmittel sind vorzugsweise inert. Geeignete Lösungsmittel sind vorzugsweise Lösungsmittel wie Ethylencarbonat, Propylencarbonat, Butylen- carbonat, Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat, Ethylmethylcarbonat, Methyl- propylcarbonat, Butylmethylcarbonat, Ethylpropylcarbonat, Dipropylcarbonat, Cyclopentanone, Sulfolane, Dimethylsufoxid, 3-Methyl-1 ,3-oxazolidin-2-on, γ-Butyrolacton, 1 ,2-Diethoxymethan, Tetra hydrofu ran, 2-Methyltetrahydrofuran, 1 ,3-Dioxolan, Methylacetat, Ethylacetat, Nitromethan, 1 ,3-Propansulton. Suitable solvents are preferably inert. Suitable solvents are preferably solvents such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl propyl carbonate, butyl methyl carbonate, ethyl propyl carbonate, dipropyl carbonate, cyclopentanones, sulfolanes, dimethylsulfoxide, 3-methyl-1,3-oxazolidin-2-one, γ-butyrolactone, 1, 2-diethoxymethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1, 3-dioxolane, methyl acetate, ethyl acetate, nitromethane, 1, 3-propanesultone.
In einer Ausführungsform können als Lösungsmittel auch ionische Flüssigkeiten verwendet werden. Solche "ionischen Flüssigkeiten" enthalten ausschließlich Ionen. Bevorzugte Kationen, die insbesondere alkyliert sein können, sind Imida- zolium-, Pyridinium-, Pyrrolidinium-, Guanidinium-, Uronium-, Thiuronium-, Pipe- ridinium-, Morpholinium-, Sulfonium-, Ammonium- und Phosphonium-Kationen. Beispiele für verwendbare Anionen sind Halogenid-, Tetrafluoroborat-, Tri- fluoracetat-, Triflat-, Hexafluorophosphat-, Phosphinat- und Tosylat-Anionen. In one embodiment, ionic liquids may also be used as the solvent. Such "ionic liquids" contain only ions. Preferred cations which may in particular be alkylated are imidazolium, pyridinium, pyrrolidinium, guanidinium, uronium, thiuronium, piperidinium, morpholinium, sulfonium, ammonium and phosphonium cations. Examples of useful anions are halide, tetrafluoroborate, trifluoroacetate, triflate, hexafluorophosphate, phosphinate and tosylate anions.
Als beispielhafte ionische Flüssigkeiten seien genannt: N-Methyl-N-propyl-pipe- ridinium-bis(trifluormethylsulfonyl)imid, N-Methyl-N-butyl-pyrrolidinium-bis (tri- fluormethyl-sulfonyl)imid, N-Butyl-N-trimethyl-ammonium-bis(trifluormethyl- sulfonyl)imid, Triethylsulfonium-bis(trifluormethylsulfonyl)imid, N,N-Diethyl-N- methyl-N-(2-methoxyethyl)-ammonium-bis(trifluormethylsulfonyl)-imid. Examples of ionic liquids which may be mentioned are: N-methyl-N-propyl piperidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, N-methyl-N-butylpyrrolidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, N-butyl-N trimethylammonium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, triethylsulfonium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, N, N-diethyl-N-methyl-N- (2-methoxyethyl) -ammonium bis (trifluoromethylsulfonyl) -imide.
Bevorzugt werden zwei oder mehrere der oben genannten Flüssigkeiten verwendet. Bevorzugte Leitsalze sind Lithiumsalze, welche inerte Anionen aufweisen und welche vorzugsweise nicht-toxisch sind. Geeignete Lithiumsalze sind vorzugsweise Lithiumhexafluorophosphat, Lithiumhexafluoroarsenat, Lithium- bis(trifluoro-methylsulfonylimid), Lithiumtrifluoromethansulfonat, Lithium- tris(trifluoro-methylsulfonyl)-methid, Lithiumtetrafluoroborat, Lithiumperchlorat, Lithium-tetrachloraluminat, Lithiumbisoxalatoborat, Lithiumdifluoroxalatoborat und/oder Lithiumchlorid; und Mischungen aus einem oder mehreren dieser Salze. In einer Ausführungsform ist der Separator mit dem Lithiumsalz-Elektrolyt getränkt. Preferably, two or more of the above-mentioned liquids are used. Preferred conductive salts are lithium salts which have inert anions and which are preferably non-toxic. Suitable lithium salts are preferably lithium hexafluorophosphate, lithium hexafluoroarsenate, lithium bis (trifluoro-methylsulfonylimide), lithium trifluoromethanesulfonate, lithium tris (trifluoro-methylsulfonyl) methide, lithium tetrafluoroborate, lithium perchlorate, lithium tetrachloroaluminate, lithium bisoxalatoborate, lithium difluorooxalatoborate and / or lithium chloride; and mixtures of one or more of these salts. In one embodiment, the separator is impregnated with the lithium salt electrolyte.
In einer Ausführungsform ist die erfindungsgemäße elektrochemische Zelle dadurch gekennzeichnet, dass der Separator mindestens eines der oben definier- ten Polymere aufweist, welches den Lithiumsalz-Elektrolyt enthält. In one embodiment, the electrochemical cell according to the invention is characterized in that the separator comprises at least one of the above-defined polymers which contains the lithium salt electrolyte.
Bevorzugt sind auch Ausführungsformen, in denen der Separator zusammen mit dem Lithiumsalz-Elektrolyt einen Polymerelektrolyt bildet. Der Begriff "Polymerelektrolyt" bedeutet in einer Ausführungsform ein Lithiumsalz, welches in einer Polymermatrix gelöst ist, oder einen Gelelektrolyt aus einem Lithiumsalz, das in einem Lösungsmittel gelöst wird, wozu ein inertes Po- lymeres gegeben wird. Das Polymer für die Polymermatrix bzw. das inerte Polymer werden ausgewählt unter den Polymeren, die für Separatoren eingesetzt werden wie weiter oben definiert. Als Lithiumsalze und Flüssigkeiten können die weiter oben definierten Lithiumsalze und Flüssigkeiten eingesetzt werden. Embodiments in which the separator forms a polymer electrolyte together with the lithium salt electrolyte are also preferred. The term "polymer electrolyte" in one embodiment means a lithium salt dissolved in a polymer matrix or a gel electrolyte of a lithium salt which is dissolved in a solvent, to which an inert polymer is added. The polymer for the polymer matrix or the inert polymer are selected from the polymers used for separators as defined above. As lithium salts and liquids, the above-defined lithium salts and liquids can be used.
In einer Ausführungsform wird ein Polymerelektrolyt aus einem Lithiumsalz und Polyethylenoxid eingesetzt. Gemäß eines zweiten Aspekts betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen elektrochemischen Zelle. In one embodiment, a polymer electrolyte of a lithium salt and polyethylene oxide is used. According to a second aspect, the invention relates to a method for producing the electrochemical cell according to the invention.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass es die Stufe (i) aufweist: The process according to the invention is characterized in that it comprises the step (i):
(i) Laminieren einer positiven und einer negativen Elektrode auf einen Separator, derart, dass der Separator die positive und die negative Elektrode voneinander trennt, wobei die positive oder die negative Elektrode oder die positive und die negative Elektrode einen Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) aufweisen; und der Separator ein vorzugsweise nicht-verwebtes Vlies aufweist, welches einseitig oder beidseitig mit einem anorganischen Material beschichtet ist, welches für Lithiumionen leitend ist. (i) laminating a positive and a negative electrode to a separator such that the separator separates the positive and negative electrodes, the positive or negative electrode or the positive and negative electrodes comprising a styrene-butadiene rubber (SBR ) exhibit; and the separator comprises a preferably non-woven web coated on one or both sides with an inorganic material which is conductive to lithium ions.
Das Laminieren gemäß Stufe (i) kann nach Verfahren erfolgen, die im Stand der Technik bekannt sind. Zunächst wird vorzugsweise das Aktivmaterial für die positive oder die negative Elektrode oder die positive und die negative Elektrode mit einer wässerigen E- mulsion des Styrol-Butadien-Kautschuks vermischt, gegebenenfalls unter Zusatz von Carboxymethylcellulose und/oder weiterer Bindemittel und/oder der Kieselsäure und/oder von Leitfähigkeitszusätzen. Die erhaltene Paste kann dann nach bekannten Verfahren auf den entsprechenden Träger, der vorzugsweise Aluminium oder Kupfer ist, aufgebracht werden, etwa durch Aufstreichen oder Aufrakeln. Anschließend werden die positive und die negative Elektrode dann auf einen Separator laminiert derart, dass sie durch den Separator voneinander getrennt vorliegen. Die aufgebrachte Paste wird dann getrocknet, etwa durch Trocknen bei erhöhter Temperatur und/oder durch Einwirkung von Infrarot-Strahlen. The lamination according to step (i) can be carried out by methods known in the art. First, the active material for the positive or the negative electrode or the positive and the negative electrode is preferably mixed with an aqueous emulsion of the styrene-butadiene rubber, optionally with the addition of carboxymethyl cellulose and / or further binder and / or the silica and / or or of conductivity additives. The resulting paste may then be applied by known methods to the appropriate support, which is preferably aluminum or copper, such as by brushing or knife coating. Subsequently, the positive and the negative electrodes are then laminated on a separator so as to be separated from each other by the separator. The applied paste is then dried, such as by drying at elevated temperature and / or by the action of infrared rays.
In einer Ausführungsform liegen die Träger in Folienform vor, desgleichen der Separator. Somit können Elektroden hergestellt werden, die gleichfalls in Folienform vorliegen. Der Laminierschritt gemäß Stufe (i) erfolgt dann so, dass Folien aufeinander laminiert werden. In one embodiment, the carriers are in sheet form, as is the separator. Thus, electrodes can be produced, which are also in film form. The laminating step according to step (i) is then carried out so that films are laminated on one another.
In einer Ausführungsform ist der Separator mit dem Elektrolyten getränkt, so dass er den Elektrolyten enthält. In one embodiment, the separator is impregnated with the electrolyte to contain the electrolyte.
Gemäß eines dritten Aspekts betrifft die Erfindung die Verwendung der erfindungsgemäßen Batterie bzw. der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Batterie. According to a third aspect, the invention relates to the use of the battery according to the invention or the battery produced by the method according to the invention.
Vorzugsweise kann die erfindungsgemäße Lithium-Batterie bei Umgebungstemperaturen von -40 bis +100 °C betrieben werden. Preferably, the lithium battery according to the invention can be operated at ambient temperatures of -40 to +100 ° C.
Bevorzugte Entladeströme einer erfindungsgemäßen Batterie sind größer 100 A, vorzugsweise größer 200 A, vorzugsweise größer 300 A, weiterhin bevorzugt größer 400 A. Preferred discharge currents of a battery according to the invention are greater than 100 A, preferably greater than 200 A, preferably greater than 300 A, more preferably greater than 400 A.
Die erfindungsgemäße Batterie / elektrochemische Zelle kann zur Energieversorgung für mobile Informationseinrichtungen, Werkzeuge, elektrisch betriebene Automobile, für Automobile mit Hybrid-Antrieb und für stationäre Energiespeicher verwendet werden. The battery / electrochemical cell according to the invention can be used for supplying energy to mobile information devices, tools, electrically powered automobiles, hybrid-powered automobiles and stationary energy storage devices.

Claims

Patentansprüche claims
Lithiumionen-Batterie, welche mindestens aufweist: Lithium ion battery, which has at least:
eine positive Elektrode; eine negative Elektrode; einen Separator, welcher die Elektroden voneinander trennt; einen Elektrolyten; a positive electrode; a negative electrode; a separator which separates the electrodes from each other; an electrolyte;
dadurch gekennzeichnet, dass die positive oder negative Elektrode o- der die positive und die negative Elektrode einen Styrol-Butadien- Kautschuk (SBR) aufweisen; und der Separator ein vorzugsweise nicht-verwebtes Vlies aus Polymerfasern aufweist, welches einseitig oder beidseitig mit einem anorganischen Material beschichtet ist, welches für Lithiumionen leitend ist. characterized in that the positive or negative electrode or the positive and negative electrodes have a styrene-butadiene rubber (SBR); and the separator comprises a preferably nonwoven web of polymer fibers coated on one or both sides with an inorganic material which is conductive to lithium ions.
Lithiumionen-Batterie nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Styrol-Butadien-Kautschuk Monomereinheiten aufweist, welche eine oder mehrere Gruppen aufweisen ausgewählt aus: Carboxyl, Carbonsäureanhydrid, Nitril, Hydroxyl, Mercapto, Ether, Ester, Amid, Amin und/oder Halogen. Lithium ion battery according to claim 1, characterized in that the styrene-butadiene rubber monomer units having one or more groups selected from: carboxyl, carboxylic anhydride, nitrile, hydroxyl, mercapto, ether, ester, amide, amine and / or halogen ,
Lithiumionen-Batterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Styrol-Butadien-Kautschuk mit einem Butadien-Einheiten aufweisenden Monomer und/oder einem Styrol-Einheiten aufweisenden Monomer polymerisiert ist. Lithium ion battery according to claim 1 or 2, characterized in that the styrene-butadiene rubber is polymerized with a monomer containing butadiene units and / or a monomer having styrene units.
Lithiumionen-Batterie nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Styrol-Butadien-Kautschuk eine Glasübergangstemperatur im Bereich von 5 bis 25 °C aufweist und/oder ein mittleres Molekulargewicht Mw von 10.000 bis 1.000.000 g/Mol auf (bestimmt durch Gelpermeationschromatographie). Lithium ion battery according to one of the preceding claims, characterized in that the styrene-butadiene rubber has a glass transition temperature in the range of 5 to 25 ° C and / or an average molecular weight Mw of 10,000 to 1,000,000 g / mol (determined by gel permeation chromatography).
Lithiumionen-Batterie nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die positive oder negative Elektrode oder die positive und die negative Elektrode zusätzlich zum Styrol-Butadien- Kautschuk (SBR) eine Carboxymethylcellulose aufweisen. A lithium-ion battery according to any one of the preceding claims, characterized in that the positive or negative electrode or the positive and negative electrodes have a carboxymethyl cellulose in addition to the styrene-butadiene rubber (SBR).
Lithiumionen-Batterie nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Styrol-Butadien-Kautschuk oder der Styrol- Butadien-Kautschuk und die Carboxymethylcellulose in einer Menge von 1 - 5 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge des in der positiven oder negative Elektrode verwendeten Aktivmaterials vorliegen. Lithium ion battery according to one of the preceding claims, characterized in that the styrene-butadiene rubber or the styrene-butadiene rubber and the carboxymethylcellulose in an amount of 1-5 wt .-% based on the total amount of in the positive or negative Electrode used active material.
Lithiumionen-Batterie nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Separator nicht oder nur schlecht elektronenleitend ist, und aus einem zumindest teilweise stoffdurchlässigen Träger besteht, wobei der Träger vorzugsweise auf mindestens einer Seite mit einem anorganischen Material beschichtet ist, wobei als wenigstens teilweise stoffdurchlässiger Träger vorzugsweise ein organisches Material verwendet wird, welches vorzugsweise als nicht verwebtes Vlies ausgestaltet ist, wobei das organische Material vorzugsweise ein Polymer und besonders bevorzugt ein Polyethylenterephthalat (PET) umfasst, wobei das organische Material mit einem anorganischen, vorzugsweise ionenleitenden Material beschichtet ist, welches weiter vorzugsweise in einem Temperaturbereich von - 40 °C bis 200 °C ionenleitend ist, wobei das anorganische Material bevorzugt wenigstens eine Verbindung aus der Gruppe der Oxide, Phosphate, Sulfate, Titanate, Silikate, Aluminosilikate wenigstens eines der Elemente Zr, AI, Li umfasst, besonders bevorzugt Zirkonoxid, und wobei das anorganische, ionenleitende Material bevorzugt Partikel mit einem größten Durchmesser unter 100 nm aufweist. Lithium ion battery according to one of the preceding claims, characterized in that the separator is not or only poorly electron-conducting, and consists of an at least partially permeable carrier, wherein the carrier is preferably coated on at least one side with an inorganic material, wherein at least partially preferably an organic material is used, which is preferably designed as a non-woven fabric, wherein the organic material preferably comprises a polymer, and more preferably a polyethylene terephthalate (PET), wherein the organic material is coated with an inorganic, preferably ion-conducting material, which more preferably in a temperature range of - 40 ° C to 200 ° C ion conducting, wherein the inorganic material preferably at least one compound selected from the group of oxides, phosphates, sulfates, titanates, silicates, aluminosilicates at least one of the elements Zr, Al, Li comprises, particularly preferably zirconium oxide, and wherein the inorganic, ion-conducting material preferably has particles with a largest diameter below 100 nm.
8. Verfahren zur Herstellung einer Lithiumionen-Batterie wie in einem der vorstehenden Ansprüche definiert, dadurch gekennzeichnet, dass es die Stufe (i) aufweist: 8. A method for producing a lithium-ion battery as defined in any one of the preceding claims, characterized in that it comprises the step (i):
Laminieren einer positiven und einer negativen Elektrode auf einen Separator derart, dass der Separator die positive und die negative Elektrode voneinander trennt, wobei die positive oder die negative Elektrode oder die positive und die negative Elektrode einen Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) aufweisen; und der Separator ein vorzugsweise nicht-verwebtes Vlies aufweist, welches einseitig oder beidseitig mit einem anorganischen Material beschichtet ist, welches für Lithiumionen leitend ist. Laminating a positive and a negative electrode on a separator such that the separator separates the positive and negative electrodes, the positive or negative electrode or the positive and negative electrodes comprising a styrene-butadiene rubber (SBR); and the separator comprises a preferably non-woven web coated on one or both sides with an inorganic material which is conductive to lithium ions.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Elektroden und der Separator als Folien vorliegen. The method of claim 8, wherein the electrodes and the separator are in the form of films.
Verwendung der Lithiumionen-Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, oder einer Lithiumionen-Batterie hergestellt nach Anspruch 8 oder 9, zur Energieversorgung für mobile Informationseinrichtungen, Werkzeuge, elektrisch betriebene Automobile, für Automobile mit Hybrid-Antrieb und für stationäre Energiespeicher. Use of the lithium-ion battery according to any one of claims 1 to 7, or a lithium-ion battery manufactured according to claim 8 or 9, for supplying power to mobile information devices, tools, electrically powered automobiles, hybrid-powered automobiles and stationary energy storage devices.
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