WO2015018751A1 - Lithium-ion battery - Google Patents
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- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Definitions
- Lithium-ion batteries are used today in a variety of products as energy storage. For example, these can be used as energy storage for electricity from solar cells or wind turbines, in vehicles and
- Such energy stores are often constructed of a cathode, an anode, a separator and a non-aqueous electrolyte.
- the selection of the components can have an influence on the performance and the life of the energy storage. The goal of choosing the
- components may be the enabling of forming a stable electrode protective layer.
- a protective layer is known for example under the name SEI (Solid Electrolyte Interphase) and can be formed in particular advantageously by the selection of a suitable electrolyte.
- SEI Solid Electrolyte Interphase
- additives may be provided which the
- the subject of the present invention is a lithium-ion battery comprising at least one cell separated from the external environment by a cell housing, wherein inside the cell housing an anode, a cathode, a separator arranged between anode and cathode and an anode and cathode arranged Electrolyte are arranged, being inside the cell housing and in fluid communication with at least one of the anode, the cathode, the separator arranged between the anode and cathode and the anode and cathode arranged between the electrolyte is arranged at least one oxygen scavenger.
- a lithium-ion battery can be understood as meaning, in particular, such an electrochemical energy store which, during a charging or discharging process, is based in particular on lithium or lithium-ion-based electrochemical energy storage
- a battery may further comprise both a primary battery, as well as a rechargeable battery, so a
- an oxygen scavenger may in particular be understood to mean such a component, which is oxygen, in particular gaseous, that is to say molecular, but also oxygen
- a prescribed lithium-ion battery can make it possible, in a simple and cost-effective manner, to have a particularly safe and reliable battery
- the lithium-ion battery comprises at least one cell separated from the external environment by a cell housing.
- the external environment may in particular be the atmosphere surrounding the cell.
- Arranged in the cell and inside the cell housing are an anode, a cathode, a separator arranged between the anode and cathode, and an anode and cathode and these ionically conducting arranged arranged electrolyte, in understandable to those skilled in the art only one of the components or a plurality of selected or all of the aforementioned components may equally be provided.
- each of the above-described components can be arranged in a way which is understood by a person skilled in the art only at least partially or completely within the cell housing.
- the cathode can be, for example, lithium cobalt oxides, lithium manganese oxides, lithium nickel oxides, lithium mixed oxides or other lithium intercalation compounds or lithium insertion compounds as
- Have active material which may be disposed on an electrode material, for example, and not limited to a metallic material.
- the anode may include lithium metal, carbon compounds such as graphite, or lithium intercalation compounds or lithium insertion compounds such as suitable titanates or alloys as the active material disposed on an electrode material, for example, and not limited to a metallic material can be.
- the active material of the electrodes can be present in a manner known per se in a binder, such as polyvinylidene fluoride (PVDF), and further additives, such as conductive additives, can be provided.
- PVDF polyvinylidene fluoride
- membranes such as polyolefins, for example polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyimides or
- PVDF Polyvinylidene fluoride
- the separator material may be functionalized or coated, for example, the
- the separator is used in a conventional manner to separate the electrodes spatially and electrically within the battery cell from each other.
- non-aqueous systems As an electrolyte, which in a known manner has the task of producing an ionic conductivity between the electrodes in the interior of the cell, in particular non-aqueous systems can be used.
- a solution of organic or inorganic salts may be provided in a mixture of one or more organic solvents.
- suitable solvents are cyclic carbonates, such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC),
- DMC dimethyl carbonate
- EMC ethyl methyl carbonate
- DEC diethyl carbonate
- MPC methyl propyl carbonate
- IPMC Isopropylmethylcarbonate
- BMC butylmethylcarbonate
- TBMC tertbutylmethylcarbonate
- EPC ethylpropylcarbonate
- Carboxylic acid esters such as methyl formate, methyl acetate, methyl propionate, methyl pivalate, ethyl propionate; Ethers, such as tetrahydrofuran, 2-methyl-tetrahydrofuran, 1, 4-dioxane, 1, 3-dioxalane, 1, 2-dimethoxyethane, 1, 2-diethoxyethane; fluorinated ethers and fluorinated esters.
- lactones such as ⁇ -butyrolactan (GBL) are nitriles such as acetonitrile, propionitrile, ketones, lactams such as N-methylpyrrolidone, or sulfur-containing organic ones
- Solvents such as dimethyl sulfoxide, sulfolane, methylsulfolane, diethylsulfone suitable.
- the abovementioned solvents can be used alone or in any combination.
- the nonaqueous electrolyte systems may further preferably contain an electrolyte salt.
- an electrolyte salt may, for example, be present in a concentration in a range of greater than or equal to 0.3 mol / l to less than or equal to 2.0 mol / l, for example greater than or equal to 0.5 mol / l to less than or equal to 1.5 mol / l.
- Suitable electrolyte salts or conductive salts are lithium salts such as LiPF 6 , LiSbF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiAsF 6 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiCF 3 (CF 2 ) 3 SO 3 , LiN (S0 2 C x F 2x + 1 ) 2, LiC (S0 2 C x F 2x + 1 ) 3, where x is in a range between 0 and 19, or LiC 4 B0 8 .
- the lithium salts such as LiPF 6 , LiSbF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiAsF 6 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiCF 3 (CF 2 ) 3 SO 3 , LiN (S0 2 C x F 2x + 1 ) 2, LiC (S0 2 C x F 2x + 1 ) 3, where x is in a range between 0
- the aforementioned salts can be used alone or in any combination.
- one or more additives may be provided in the electrolyte system or in other components of the lithium-ion battery, which are basically not limited in their nature and effect.
- the additives may serve to form a stable protective layer on the
- SEI protective layer To enable or to improve electrodes (SEI protective layer).
- Decomposition products can disrupt the SEI education process.
- the amount of oxygen formed depending on the material may be sufficient to catalyze in addition to the formation of unwanted pressure in the cell further side reactions such as electrolyte decomposition, or to react with a lithium-containing electrode, in particular anode but also cathode.
- a prescribed lithium ion battery that is inside the cell case and in direct fluid communication with at least one separator disposed between the anode and the cathode, the anode and the cathode separator and the electrolyte disposed between the anode and the cathode is arranged at least one oxygen scavenger.
- At least one oxygen scavenger can be arranged on the anode side or preferably on the cathode side. As already stated, serves a
- Oxygen catcher in particular to oxygen, especially gaseous oxygen, but also oxygen atoms or oxygen radicals, or to bind oxygen ions and thus from the environment
- An arrangement of at least one oxygen scavenger in fluidic connection to one or more of the aforementioned components may in particular mean that in particular formed gaseous oxygen or other oxygen species, if they are potentially in one of the aforementioned components would be equally reach the oxygen scavenger, so for example, a gas transport or other example, fluidic transport, between the oxygen scavenger and the corresponding component is possible. This can be possible, for example, through an immediate spatial connection.
- the exact arrangement of the oxygen scavenger can basically be chosen freely, insofar as the above condition is met. However, certain positioning may be particularly advantageous, as explained in detail below.
- the nature of the oxygen scavenger can basically be freely selected, insofar as the
- Oxygen catcher is suitable, in particular under the operating conditions of the lithium-ion battery to remove oxygen from the environment or from the interior of the cell or at least significantly reduce the oxygen concentration.
- only one oxygen scavenger can be provided or a basically arbitrary plurality
- Oxygen scavengers the position as well as the type of oxygen scavengers in principle for each of the oxygen scavengers used can be freely selectable.
- Activation of the cell resulting oxygen is bound and thus removed from the environment, whereby, for example, a chemical reaction of oxygen with other cell components, such as components of the
- Electrolyte can be prevented. This allows the battery to operate in a particularly reliable and long-term stable manner, since oxygen-based undesired and defective side reactions with one or more components of the battery, such as with electrolyte components, can likewise be prevented or at least significantly reduced. Furthermore, in an above-described lithium-ion battery, an impairment of
- pressure build-up inside the cell can be prevented. This can allow the cell to work very safely because of environmental hazards, such as in the environment of the battery persons, for example by a through a
- Oxygen-forming overpressure in the cell is prevented or at least significantly reduced. Furthermore, damage or destruction of the cell can be prevented or at least significantly reduced by this overpressure, which can further improve the reliability and longevity of the cell.
- the oxygen scavenger can be configured to sorb oxygen, that is to adsorb or absorb, in particular selectively, for example, toward argon, a noble gas or nitrogen, or to react chemically with oxygen.
- oxygen that is to adsorb or absorb, in particular selectively, for example, toward argon, a noble gas or nitrogen, or to react chemically with oxygen.
- a particularly safe and effective interception of formed, in particular gaseous, or even atomic or free-radically or ionically present oxygen are possible.
- the oxygen scavenger can be configured to sorb oxygen, that is to adsorb or absorb, in particular selectively, for example, toward argon, a noble gas or nitrogen, or to react chemically with oxygen.
- the oxygen scavenger may comprise at least one of an oxidisable metal, oxidisable metal oxide, an unsaturated organic compound, in particular a polymeric compound, especially in combination with a catalyst, a zeolite or an antioxidant.
- pure metal oxides such as pure metal oxides
- Transition metal oxides, or mixed oxides, such as transition metal mixed oxides, with a valence of less than or equal to 3 are particularly suitable, which can be converted by chemical reaction with the oxygen into a corresponding oxide, such as a mixed oxide, for example, a valence of 4.
- cerium may be mentioned, which may be present as ceria (CeO x with x less than 2) as oxygen scavenger and is reacted or oxidized with oxygen as to cerium (II) oxide (Ce0 2 ).
- CeO x with x less than 2 may be preferred because of its high ability to trap oxygen.
- the corresponding metals or metal oxides of titanium, iron, cobalt, nickel, aluminum, magnesium, tin, chromium or zinc and mixed oxides of these metals with one another or with cerium are likewise particularly preferably suitable.
- the unsaturated organic compound it may in particular be such an unsaturated compound which has C-C multiple bonds, in particular double bonds.
- the organic compound may be a monomeric compound, an oligomeric compound or a polymeric compound.
- Preferred of these oxygen scavengers thus include unsaturated hydrocarbons.
- monomeric compounds may be terpenes.
- polymeric compounds include, but are not limited to, polydienes such as
- Polybutadiene such as ice and trans 1, 2- or 1, 4-polybutadienes, polyisoprenes, especially trans-polyisoprene, or copolymers thereof, such as styrene-butadiene copolymers.
- polyethylenes such as polypentenamer, polyoctenamer, polycyclohexenes and polymers from cyclic olefin metathesis, as well as diene oligomers, such as norbornadiene, 5-ethylidene-2-norbornene, or vinylcyclohexenes.
- Functionalizations of the unsaturated hydrocarbons for example with oxygen-containing side chains, may be advantageous for improving the physicochemical properties.
- the organic compound can be ion-conducting or porous and sufficiently permeable in order to influence the operation of the lithium-ion battery as slightly as possible.
- catalysts can be added to organic as well as polymeric compounds. Examples of such
- Catalysts include, for example, transition metal catalysts, in the form of the pure metal, as a salt, as a complex or chelate of the (transition) metal, which can accelerate the oxidative process, with nickel, manganese (II or III), and cobalt (II or III ) Catalysts are exemplified here.
- transition metals of the first, second or third transition series of the Periodic Table of the Elements are suitable, the catalysts not being restricted to such examples.
- metals or metal oxides described above, such as cerium or cerium oxide or else iron or iron oxide can be incorporated into the organic compounds, in particular into the polymers, in order to accelerate the oxidative process.
- antioxidants are also advantageously suitable for binding oxygen formed and thus from the environment or from the environment
- antioxidants include, for example, BHT (2,6-di-tert-butyl-cresol), ascorbates, or triphenyl phosphite.
- BHT 2,6-di-tert-butyl-cresol
- ascorbates or triphenyl phosphite.
- triphenyl phosphite These substances, like the other abovementioned oxygen scavengers, in particular in a combination of different oxygen scavengers, serve in addition to the actual function of suppressing or delaying the degradation of the oxygen scavenger prior to the use according to the invention, for example during electrode production.
- Under an antioxidant can in a conventional manner, in particular a
- Radical scavengers are understood, which binds the oxygen radicals occurring in an oxidation reaction and thus can prevent or at least significantly reduce an oxidation reaction.
- At least one oxygen scavenger can be integrated into an electrode.
- the oxygen scavenger can be integrated into a cathode, but also an anode.
- the oxygen scavenger can be present embedded in pores of the electrode or in particular of the electrode material as a carrier for the active material.
- the Oxygen scavengers thus unfold their effect in a place in whose immediate vicinity active material is present.
- the oxygen scavenger can be involved in a suitable manner in the manufacturing process of the electrode.
- the oxygen scavenger can be an oxidizable compound as described above, in particular an oxidisable metal oxide, or an organic, in particular polymeric, compound. It can be applied to the electrode itself or into the pores of the electrode before the electrode is installed in the cell in the form of a coating process, or as a coating directly onto the same and before processing of the active material as follows whose pores are applied.
- the oxygen scavenger can be homogeneously integrated into the electrode active material or as a coating of the
- At least one oxygen scavenger can be arranged in or integrated into the electrode active material of the cathode.
- the oxygen scavenger can be integrated into the production process of the active material and protect as a coating or homogeneously in the interior of the active material, such as by a chemical reaction with the oxygen formed, the cell materials, in particular those in the interior of the active material
- resulting or exiting oxygen for example, completely binds by a chemical reaction.
- This can be realizable by a reaction of the oxygen with the oxygen scavenger. This can prevent the oxygen formed in the active material from entering the space of the electrode or the cell.
- the oxygen scavenger can be introduced into the active material slurry directly or in the form of a suitably functionalized binder, such as based on polyvinylidene fluoride (PVDF), for example during the production of the electrode and so embedded in the electrode.
- PVDF polyvinylidene fluoride
- Oxygen scavenger is an oxidizable compound as described above, an oxidizable metal oxide, or an organic compound which is present approximately in side chains of the binder material or otherwise connected to the binder.
- the organic or in particular the polymeric compound as an oxygen scavenger this itself can be partially
- the oxygen scavenger can be distributed very homogeneously in the electrode by adding it to the slurry during the production process of the electrode.
- a combination with transition metal catalysts according to the invention is conducive to the above-described oxygen-binding mode of operation.
- oxygen scavenger may be used as a coating
- Such an oxygen scavenger can thus be present protectively on the active material particles and, for example, have a protective effect by a chemical reaction with the oxygen.
- a chemical reaction with the oxygen it is possible to cause the oxygen developed or emerging in the electrodes inside the active material particles to become completely bound, so that the oxygen can no longer enter the space of the electrode or cell from the active material particles.
- a previously described organic or polymeric substance can be used here.
- At least one oxygen scavenger can be present as an inner coating of the cell housing.
- trapping of oxygen formed or an oxygen species formed independently of the position of the emergence can be realized in particular when the entire or at least a majority of the inner housing is coated with a layer having the oxygen scavenger.
- a particularly simple coating of this kind can be made possible if the coating has an organic or polymeric material configured as described above.
- at least one oxygen scavenger can be integrated in the separator.
- the oxygen scavenger may be present in or on the separator.
- the separator the separator.
- Oxygen scavengers for example, be present as a coating on the separator and / or arranged approximately on the anode side or in particular on the cathode side.
- the oxygen scavenger again for example by a chemical reaction and at a location not directly on an electrode, protectively intervene, so that formed in the interior of the active material oxygen chemically binds completely, so that the oxygen trigger no further oxidation processes and / or catalyze can.
- the oxygen scavenger for example in the form of an organic, for example polymeric, compound is present as a copolymer mixed with the actual separator material or even as this is carried out.
- the separator can be configured in multiple layers.
- the separator can be carried out in three layers, wherein a layer having the oxygen scavenger can be surrounded by two conventional separator layers.
- At least zeolite material or a molecular sieve can be present in the interior of the cell.
- the zeolite material may be an approximately modified alumino-phosphate or alumino-silicate having a cavity-containing framework structure.
- the zeolite material can serve, for example, itself as an oxygen scavenger, or a
- Oxygen scavenger can be bound or integrated in the zeolite material or in its pores.
- the nature of the oxygen scavenger may in principle be freely selectable, although examples with unsaturated organic substances, including polymers, can preferably be arranged on zeolites. This can be realized, for example, by introducing the substances into the pores of the zeolites, where they are immobilized, for example because of interactions, in particular by the adsorption capacity of zeolites known to those skilled in the art.
- oxygen scavengers described above such as for the oxidizable compounds, such as metals or metal oxides.
- the zeolites or the organic substances for themselves can then for example in a Polymer or introduced into the slurry, for example, in the
- Electrode to be arranged.
- At least one oxygen scavenger can be present at an opening and / or at a connection position of the housing. In this embodiment, with the oxygen scavenger
- openings or connection positions such as
- connection points or connecting lines of the cell housing for example, coated and sealed so that even penetration of very small amounts of atmospheric oxygen at these critical points from the outside into the cell can be excluded.
- a connection position may include, for example, a sealed seam or a position at which different parts of the housing are joined together.
- An opening of the housing may for example be an arrester version.
- in this embodiment may be an organic, such as polymeric, execution of the oxygen scavenger be preferred because they allow a particularly simple sealing of the openings or connection positions.
- Embodiment can thus be achieved a multi-functional design, in which not only oxygen but also further potentially harmful
- Substances from the environment or from the cell interior, ie from the area within the cell housing, can be removed.
- exemplary as another potentially harmful substance which may occur during operation of a lithium-ion battery, for example, to mention hydrogen fluoride (HF).
- HF hydrogen fluoride
- correspondingly effective nucleophilic groups, such as nitrogen bases, can be incorporated into a backbone or side chain of a polymer
- Oxygen scavenger be incorporated.
- Phosphazene units in the polymer are also conceivable as HF scavengers.
- At least one oxygen scavenger can be immobilized on an inert support structure, in particular wherein the support structure is designed in the form of a mat, a roll, a fleece or a bag.
- An inert support structure is made of a material configured, which is not active on the loading or
- a mat is also a planar porous structure of a certain thickness that can be flexibly mounted in the cell in an otherwise unfilled space.
- a role can be
- a tubular structure which may be configured as a curved mat about.
- a structure may be referred to as a bag, which represents a porous system but closed with respect to leakage of the oxygen scavenger.
- a nonwoven fabric is a structure consisting of fibers passing through a web
- Woven or braided structures can also be used to contain the oxygen scavenging particles.
- an amount of active oxygen scavenging particles can be rolled in a layer and sealed at the ends.
- the active material can be stored, for example, as granules in a bag which is closed.
- the oxygen scavenger can in turn be arranged inside the cell.
- the oxygen scavenger can protect, for example, by a chemical reaction in a place where no
- Electrode material is by chemically completely binds the resulting inside the active material or exiting oxygen, which dissolves in the electrolyte, so that the oxygen can trigger any further oxidation processes and / or catalyze.
- the oxygen scavenger may also be mounted in the part of the cell which is filled with electrolyte and where there is no electrode coil.
- the support structure may be located at the bottom of the cell and secured with clamping sheets or on the winding body so that it can not rupture. In principle, all oxygen scavengers can be used in this bag.
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Abstract
The invention relates to a lithium-ion battery, comprising at least one cell separated from the outer surroundings by a cell housing, wherein an anode, a cathode, a separator arranged between the anode and the cathode, and an electrolyte arranged between the anode and the cathode are arranged inside the cell housing, wherein at least one oxygen scavenger is arranged inside the cell housing and is fluidically connected to at least one of the anode, the cathode, the separator arranged between the anode and the cathode, and the electrolyte arranged between the anode and the cathode. In a simple and economical way, a lithium-ion battery can enable especially reliable operation that is stable over a long period.
Description
Beschreibung description
Titel title
Lithium-Ionen-Batterie Stand der Technik Lithium-ion battery prior art
Lithium-Ionen-Batterien werden heutzutage in einer Vielzahl von Produkten als Energiespeicher eingesetzt. So können diese beispielsweise als Energiespeicher für Strom aus Solarzellen oder Windkraftanlagen, in Fahrzeugen und Lithium-ion batteries are used today in a variety of products as energy storage. For example, these can be used as energy storage for electricity from solar cells or wind turbines, in vehicles and
elektronischen Geräten vorgesehen sein. be provided electronic devices.
Derartige Energiespeicher sind oftmals aus einer Kathode, einer Anode, einem Separator und einem nicht-wässrigen Elektrolyten aufgebaut. Die Auswahl der Komponenten kann dabei einen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit und die Lebensdauer des Energiespeichers haben. Das Ziel der Auswahl der Such energy stores are often constructed of a cathode, an anode, a separator and a non-aqueous electrolyte. The selection of the components can have an influence on the performance and the life of the energy storage. The goal of choosing the
Komponenten kann dabei unter anderem das Ermöglichen eines Ausbildens einer stabilen Elektroden-Schutzschicht sein. Eine derartige Schutzschicht ist etwa unter der Bezeichnung SEI (Solid Electrolyte Interphase) bekannt und kann insbesondere vorteilhaft durch die Auswahl eines geeigneten Elektrolyten gebildet werden. Weiterhin können Additive vorgesehen sein, welche die Among other things, components may be the enabling of forming a stable electrode protective layer. Such a protective layer is known for example under the name SEI (Solid Electrolyte Interphase) and can be formed in particular advantageously by the selection of a suitable electrolyte. Furthermore, additives may be provided which the
Ausbildung einer derartigen Schutzschicht ermöglichen oder verbessern. Allow or improve the formation of such a protective layer.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Lithium-Ionen-Batterie, aufweisend wenigstens eine durch ein Zellgehäuse von der äußeren Umgebung getrennte Zelle, wobei im Inneren des Zellgehäuses eine Anode, eine Kathode, ein zwischen Anode und Kathode angeordneter Separator und ein zwischen Anode und Kathode angeordneter Elektrolyt angeordnet sind, wobei innerhalb
des Zellgehäuses und in fluidischer Verbindung zu wenigstens einem von der Anode, der Kathode, dem zwischen Anode und Kathode angeordneten Separator und dem zwischen Anode und Kathode angeordneten Elektrolyt wenigstens ein Sauerstofffänger angeordnet ist. The subject of the present invention is a lithium-ion battery comprising at least one cell separated from the external environment by a cell housing, wherein inside the cell housing an anode, a cathode, a separator arranged between anode and cathode and an anode and cathode arranged Electrolyte are arranged, being inside the cell housing and in fluid communication with at least one of the anode, the cathode, the separator arranged between the anode and cathode and the anode and cathode arranged between the electrolyte is arranged at least one oxygen scavenger.
Unter einer Lithium-Ionen-Batterie kann im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere ein derartiger elektrochemischer Energiespeicher verstanden werden, der bei einem Lade- beziehungsweise Entladevorgang insbesondere auf Lithium beziehungsweise auf Lithiumionen basierende elektrochemische In the context of the present invention, a lithium-ion battery can be understood as meaning, in particular, such an electrochemical energy store which, during a charging or discharging process, is based in particular on lithium or lithium-ion-based electrochemical energy storage
Vorgänge umfasst. Eine Batterie kann ferner sowohl eine Primärbatterie umfassen, als auch einen wiederaufladbaren Akkumulator, also eine Includes operations. A battery may further comprise both a primary battery, as well as a rechargeable battery, so a
Sekundärbatterie sein. Be secondary battery.
Unter einem Sauerstofffänger kann im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere eine derartige Komponente verstanden werden, welche Sauerstoff, insbesondere gasförmigen, also molekularen, Sauerstoff aber auch For the purposes of the present invention, an oxygen scavenger may in particular be understood to mean such a component, which is oxygen, in particular gaseous, that is to say molecular, but also oxygen
Sauerstoffatome, Sauerstoffionen und/oder Sauerstoffradikale aus der Oxygen atoms, oxygen ions and / or oxygen radicals from the
Umgebung entfernen und an sich binden kann. Remove environment and bind to yourself.
Eine vorbeschriebene Lithium-Ionen-Batterie kann es auf einfache und kostengünstige Weise ermöglichen, einen besonders sicheren und A prescribed lithium-ion battery can make it possible, in a simple and cost-effective manner, to have a particularly safe and reliable battery
langzeitstabilen Betrieb zu erlauben. to allow long-term stable operation.
Die Lithium-Ionen-Batterie umfasst dabei wenigstens eine durch ein Zellgehäuse von der äußeren Umgebung getrennte Zelle. Die äußere Umgebung kann dabei insbesondere die die Zelle umgebende Atmosphäre sein. Bestandteil der Zelle und im Inneren des Zellgehäuses angeordnet sind dabei eine Anode, eine Kathode, ein zwischen Anode und Kathode angeordneter Separator und ein zwischen Anode und Kathode und diese ionisch leitend verbindend angeordneter Elektrolyt, wobei in für den Fachmann verständlicher Weise nur jeweils eine der Komponenten oder gleichermaßen eine Mehrzahl ausgewählter oder sämtlicher der vorgenannten Komponenten vorgesehen sein kann. Darüber hinaus kann jede der vorbeschriebenen Komponenten in für den Fachmann ohne weiteres verständlicher Weise nur wenigstens teilweise oder vollständig innerhalb des Zellgehäuses angeordnet sein.
Die Kathode kann beispielsweise Lithium-Cobalt-Oxide, Lithium-Mangan-Oxide, Lithium-Nickel-Oxide, Lithium-Misch-Oxide oder andere Lithium- Interkalationsverbindungen oder Lithium-Insertionsverbindungen als The lithium-ion battery comprises at least one cell separated from the external environment by a cell housing. The external environment may in particular be the atmosphere surrounding the cell. Arranged in the cell and inside the cell housing are an anode, a cathode, a separator arranged between the anode and cathode, and an anode and cathode and these ionically conducting arranged arranged electrolyte, in understandable to those skilled in the art only one of the components or a plurality of selected or all of the aforementioned components may equally be provided. In addition, each of the above-described components can be arranged in a way which is understood by a person skilled in the art only at least partially or completely within the cell housing. The cathode can be, for example, lithium cobalt oxides, lithium manganese oxides, lithium nickel oxides, lithium mixed oxides or other lithium intercalation compounds or lithium insertion compounds as
Aktivmaterial aufweisen, welches auf einem Elektrodenmaterial, beispielsweise und nicht beschränkend auf einem metallischen Material, angeordnet sein kann. Have active material, which may be disposed on an electrode material, for example, and not limited to a metallic material.
Die Anode kann beispielsweise Lithium-Metall, Kohlenstoffverbindungen, wie etwa Graphit, oder auch Lithium-Interkalationsverbindungen oder Lithium- Insertionsverbindungen, wie etwa geeignete Titanate oder Legierungen, als Aktivmaterial aufweisen, welches auf einem Elektrodenmaterial, beispielsweise und nicht beschränkend auf einem metallischen Material, angeordnet sein kann. For example, the anode may include lithium metal, carbon compounds such as graphite, or lithium intercalation compounds or lithium insertion compounds such as suitable titanates or alloys as the active material disposed on an electrode material, for example, and not limited to a metallic material can be.
Darüber hinaus kann das Aktivmaterial der Elektroden in an sich bekannter Weise in einem Binder, wie etwa Polyvinylidenfluorid (PVDF) vorliegen, wobei des Weiteren Zusätze, wie etwa Leitzusätze, vorgesehen sein können. In addition, the active material of the electrodes can be present in a manner known per se in a binder, such as polyvinylidene fluoride (PVDF), and further additives, such as conductive additives, can be provided.
Als Separator können beispielsweise Membranen, wie etwa aus Polyolefinen, beispielsweise Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyimiden oder As a separator, for example, membranes, such as polyolefins, for example polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyimides or
Polyvinylidenfluorid (PVDF), Verwendung finden. Ferner geeignet sind organische oder anorganische Vliesstoffe. Das Separatormaterial kann dabei etwa funktionalisiert oder beschichtet sein, um beispielsweise die Polyvinylidene fluoride (PVDF), find use. Also suitable are organic or inorganic nonwovens. The separator material may be functionalized or coated, for example, the
Lithiumionenleitfähigkeit zu erhöhen oder HF zu fangen. Der Separator dient in an sich bekannter Weise dazu, die Elektroden räumlich und elektrisch innerhalb der Batteriezelle voneinander zu trennen. Increase lithium ion conductivity or catch HF. The separator is used in a conventional manner to separate the electrodes spatially and electrically within the battery cell from each other.
Als Elektrolyt, welcher in an sich bekannter Weise die Aufgabe besitzt, eine lonenleitfähigkeit zwischen den Elektroden im Inneren der Zelle herzustellen, können insbesondere nicht-wässrige Systeme Verwendung finden. Hier kann beispielsweise eine Lösung von organischen oder anorganischen Salzen in einer Mischung aus einem oder mehreren organischen Lösungsmitteln vorgesehen sein. Als Lösungsmittel geeignet können hier beispielsweise sein zyklische Carbonate, wie etwa Ethylencarbonat (EC), Propylencarbonat (PC), As an electrolyte, which in a known manner has the task of producing an ionic conductivity between the electrodes in the interior of the cell, in particular non-aqueous systems can be used. Here, for example, a solution of organic or inorganic salts may be provided in a mixture of one or more organic solvents. Examples of suitable solvents here are cyclic carbonates, such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC),
Butylencarbonat (BC), Vinylencarbonat (VC), Vinylethylencarbonat (VEC), Fluorethylencarbonat (FEC), oder höher fluorierte Homologe; nicht-zyklische lineare Carbonate, wie etwa Dimethylcarbonat (DMC), Ethylmethylcarbonat (EMC), Diethylcarbonat (DEC), Methylpropylcarbonat (MPC),
Isopropylmethylcarbonat (IPMC), Butylmethylcarbonat (BMC), Tertbutylmethylcarbonat (TBMC), Ethylpropylcarbonat (EPC); Butylene carbonate (BC), vinylene carbonate (VC), vinyl ethylene carbonate (VEC), fluoroethylene carbonate (FEC), or higher fluorinated homologs; non-cyclic linear carbonates, such as dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), diethyl carbonate (DEC), methyl propyl carbonate (MPC), Isopropylmethylcarbonate (IPMC), butylmethylcarbonate (BMC), tertbutylmethylcarbonate (TBMC), ethylpropylcarbonate (EPC);
Carboxylsäureester, wie etwa Methylformat, Methylacetat, Methylpropionat, Methylpivalat, Ethylpropionat; Ether, wie etwa Tetrahydrofuran, 2-Methyl- Tetrahydrofuran, 1 ,4-Dioxan, 1 ,3-Dioxalan, 1 ,2-Dimethoxyethan, 1 ,2- Diethoxyethan; fluorierte Ether und fluorierte Ester. Weiterhin sind Lactone, wie etwa γ-Butyrolactan (GBL), Nitrile, wie etwa Acetonitril, Propionitril, Ketone, Lactame, wie etwa N-Methylpyrrolidon, oder schwefelhaltige organische Carboxylic acid esters such as methyl formate, methyl acetate, methyl propionate, methyl pivalate, ethyl propionate; Ethers, such as tetrahydrofuran, 2-methyl-tetrahydrofuran, 1, 4-dioxane, 1, 3-dioxalane, 1, 2-dimethoxyethane, 1, 2-diethoxyethane; fluorinated ethers and fluorinated esters. Further, lactones such as γ-butyrolactan (GBL) are nitriles such as acetonitrile, propionitrile, ketones, lactams such as N-methylpyrrolidone, or sulfur-containing organic ones
Lösungsmittel, wie etwa Dimethylsulfoxid, Sulfolan, Methylsulfolan, Diethylsulfon geeignet. Die vorgenannten Lösungsmittel können dabei alleine oder in einer beliebigen Kombination Verwendung finden. Solvents such as dimethyl sulfoxide, sulfolane, methylsulfolane, diethylsulfone suitable. The abovementioned solvents can be used alone or in any combination.
Neben einem oder mehreren der vorgenannten Lösungsmittel können die nicht- wässrigen Elektrolytsysteme ferner bevorzugt ein Elektrolytsalz enthalten. Ein derartiges Elektrolytsalz kann beispielsweise in einer Konzentration in einem Bereich von größer oder gleich 0.3mol/l bis kleiner oder gleich 2.0mol/l, beispielsweise größer oder gleich 0,5mol/l bis kleiner oder gleich 1 ,5mol/l vorliegen. Als Elektrolytsalze beziehungsweise Leitsalze geeignet sein können beispielsweise Lithiumsalze, wie etwa LiPF6, LiSbF6, LiCI04, LiBF4, LiCF3S03, LiAsF6, LiN(CF3S02)2, LiCF3(CF2)3S03, LiN(S02CxF2x+1)2, LiC(S02CxF2x+1)3, wobei x in einem Bereich zwischen 0 und 19 liegt, oder LiC4B08. Die In addition to one or more of the aforementioned solvents, the nonaqueous electrolyte systems may further preferably contain an electrolyte salt. Such an electrolyte salt may, for example, be present in a concentration in a range of greater than or equal to 0.3 mol / l to less than or equal to 2.0 mol / l, for example greater than or equal to 0.5 mol / l to less than or equal to 1.5 mol / l. Examples of suitable electrolyte salts or conductive salts are lithium salts such as LiPF 6 , LiSbF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiAsF 6 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiCF 3 (CF 2 ) 3 SO 3 , LiN (S0 2 C x F 2x + 1 ) 2, LiC (S0 2 C x F 2x + 1 ) 3, where x is in a range between 0 and 19, or LiC 4 B0 8 . The
vorgenannten Salze können dabei alleine oder in einer beliebigen Kombination Verwendung finden. The aforementioned salts can be used alone or in any combination.
Weiterhin können in dem Elektrolytsystem oder in anderen Komponenten der Lithium-Ionen-Batterie ein oder mehrere Additive vorgesehen sein, die in Ihrer Art und Wirkung grundsätzlich nicht beschränkt sind. Beispielsweise können die Additive dazu dienen, das Ausbilden einer stabilen Schutzschicht an den Furthermore, one or more additives may be provided in the electrolyte system or in other components of the lithium-ion battery, which are basically not limited in their nature and effect. For example, the additives may serve to form a stable protective layer on the
Elektroden (SEI-Schutzschicht) zu ermöglichen oder zu verbessern. To enable or to improve electrodes (SEI protective layer).
Bei einem Betreiben der Lithium-Ionen-Batterie kann es beispielsweise bei dem Verwenden von Lithium-Insertionsverbindungen oder Lithium- Interkalationsverbindungen, beispielsweise bei dem Verwenden von HE-NCM- Verbindungen, den sogenannten .Layered-Layered'Oxiden, wie etwa x Li2Mn03 (1 -x) LiM02 (mit M=Ni, Co, Mn oder einer Mischung aus wenigstens zwei der vorgenannten Metalle), wobei x in Abhängigkeit der verwendeten Metalle
anwendungsbezogen wählbar sein kann, etwa entsprechend M. M. Thackeray et al., J. Mater. Chem. 17, 31 12, 2007, oder bei dem Verwenden weiterer When operating the lithium-ion battery, it can be used, for example, in the use of lithium insertion compounds or lithium intercalation compounds, for example when using HE-NCM compounds, the so-called layered-layered oxides, such as x Li 2 MnO 3 (1-x) LiM0 2 (with M = Ni, Co, Mn or a mixture of at least two of the aforementioned metals), wherein x depending on the metals used may be selected by application, for example according to MM Thackeray et al., J. Mater. Chem. 17, 31 12, 2007, or in using more
Sauerstoff-freisetzender Verbindungen bei einem elektrochemischen Aktivieren und/oder auch bei einer Überladung der Zelle aufgrund von strukturellen Oxygen-releasing compounds in an electrochemical activation and / or in an overload of the cell due to structural
Änderungen im Kathodenmaterial zur Bildung beziehungsweise zur Freisetzung von reaktivem, insbesondere molekularem und/oder atomarem und/oder radikalischem und/oder ionischem Sauerstoff kommen. Der so gebildete beziehungsweise freigesetzte Sauerstoff kann zum Einen eine SEI-Bildung insbesondere in den ersten Zyklen der Zelle negativ Beeinflussen, da er mit Additiven und/oder anderen Elektrolyt- beziehungsweise SEI-Bestandteilen reagieren kann und diese Reaktionsprodukte beziehungsweise Changes in the cathode material for the formation or release of reactive, in particular molecular and / or atomic and / or free-radical and / or ionic oxygen come. On the one hand, the oxygen thus formed or released can adversely affect an SEI formation, in particular in the first cycles of the cell, since it can react with additives and / or other electrolyte or SEI constituents and these reaction products or
Zersetzungsprodukte den SEI-Bildungsprozess stören können. Außerdem kann die je nach Material gebildete Sauerstoffmenge ausreichend sein, um neben dem Aufbau eines ungewollten Drucks in der Zelle weitere Nebenreaktionen, wie eine Elektrolytzersetzung, zu katalysieren oder auch mit einer Lithium-haltigen Elektrode, wie insbesondere Anode aber auch Kathode, zu reagieren. Decomposition products can disrupt the SEI education process. In addition, the amount of oxygen formed depending on the material may be sufficient to catalyze in addition to the formation of unwanted pressure in the cell further side reactions such as electrolyte decomposition, or to react with a lithium-containing electrode, in particular anode but also cathode.
Um die vorgenannten Prozesse zu verhindern oder zumindest signifikant zu reduzieren ist es bei einer vorgeschriebenen Lithium-Ionen-Batterie vorgesehen, dass im Inneren des Zellgehäuses und in direkter fluidischer Verbindung zu wenigstens einem von der Anode, der Kathode, dem zwischen Anode und Kathode angeordneten Separator und dem zwischen Anode und Kathode angeordneten Elektrolyt wenigstens ein Sauerstofffänger angeordnet ist. In order to prevent or at least significantly reduce the above-mentioned processes, it is provided in a prescribed lithium ion battery that is inside the cell case and in direct fluid communication with at least one separator disposed between the anode and the cathode, the anode and the cathode separator and the electrolyte disposed between the anode and the cathode is arranged at least one oxygen scavenger.
insbesondere kann wenigstens ein Sauerstofffänger anodenseitig oder bevorzugt kathodenseitig angeordnet sein. Wie bereits ausgeführt, dient ein In particular, at least one oxygen scavenger can be arranged on the anode side or preferably on the cathode side. As already stated, serves a
Sauerstofffänger insbesondere dazu, Sauerstoff, insbesondere gasförmigen Sauerstoff, aber auch Sauerstoffatome beziehungsweise Sauerstoffradikale, oder Sauerstoffionen an sich zu binden und somit aus der Umgebung Oxygen catcher in particular to oxygen, especially gaseous oxygen, but also oxygen atoms or oxygen radicals, or to bind oxygen ions and thus from the environment
beziehungsweise insbesondere aus dem im Zellinneren angeordneten Volumen zu entfernen. So kann verhindert werden, dass der gebildete Sauerstoff ungewollte beziehungsweise schadhafte Effekte ausüben kann. or in particular to remove from the arranged inside the cell volume. Thus, it can be prevented that the oxygen formed can exert unwanted or defective effects.
Eine Anordnung wenigstens eines Sauerstofffängers in fluidischer Verbindung zu einer oder mehrerer der vorgenannten Komponenten kann dabei insbesondere bedeuten, dass insbesondere gebildeter gasförmiger Sauerstoff oder andere Sauerstoff-Spezies, wenn sie potentiell bei einer der vorgenannten Komponenten
vorliegen würde, gleichermaßen zu dem Sauerstofffänger gelangen, also beispielsweise ein Gastransport oder sonstiger beispielsweise fluidischer Transport, zwischen dem Sauerstofffänger und der entsprechenden Komponente möglich ist. Dies kann etwa durch eine unmittelbare räumliche Verbindung möglich sein. An arrangement of at least one oxygen scavenger in fluidic connection to one or more of the aforementioned components may in particular mean that in particular formed gaseous oxygen or other oxygen species, if they are potentially in one of the aforementioned components would be equally reach the oxygen scavenger, so for example, a gas transport or other example, fluidic transport, between the oxygen scavenger and the corresponding component is possible. This can be possible, for example, through an immediate spatial connection.
Die exakte Anordnung des Sauerstofffängers kann dabei grundsätzlich frei gewählt werden, insoweit die vorstehende Bedingung eingehalten wird. Jedoch können unter Umständen bestimmte Positionierungen besonders vorteilhaft sein, wie dies nachstehend im Detail erläutert wird. Darüber hinaus kann auch die Art des Sauerstofffängers grundsätzlich frei wählbar sein, insoweit der The exact arrangement of the oxygen scavenger can basically be chosen freely, insofar as the above condition is met. However, certain positioning may be particularly advantageous, as explained in detail below. In addition, the nature of the oxygen scavenger can basically be freely selected, insofar as the
Sauerstofffänger dazu geeignet ist, insbesondere unter den Betriebsbedingungen der Lithium-Ionen-Batterie Sauerstoff aus der Umgebung beziehungsweise aus dem Zellinneren zu entfernen beziehungsweise die Sauerstoffkonzentration zumindest deutlich zu reduzieren. Dabei kann nur ein Sauerstofffänger vorgesehen sein oder eine grundsätzlich beliebige Mehrzahl an Oxygen catcher is suitable, in particular under the operating conditions of the lithium-ion battery to remove oxygen from the environment or from the interior of the cell or at least significantly reduce the oxygen concentration. In this case, only one oxygen scavenger can be provided or a basically arbitrary plurality
Sauerstofffängern, wobei die Position wie auch die Art der Sauerstofffänger grundsätzlich für jeden der verwendeten Sauerstofffänger frei wählbar sein kann. Oxygen scavengers, the position as well as the type of oxygen scavengers in principle for each of the oxygen scavengers used can be freely selectable.
Durch das Vorsehen eines Sauerstofffängers, wie dies vorstehend erläutert ist, kann somit ermöglicht werden, dass der etwa bei einem Überladen oder By providing an oxygen scavenger, as explained above, it can thus be made possible that, for example, in the case of an overload or
Aktivieren der Zelle entstehende Sauerstoff gebunden und somit der Umgebung entzogen wird, wodurch beispielsweise eine chemische Reaktion des Sauerstoffs mit weiteren Zellbestandteilen, wie beispielsweise mit Bestandteilen des Activation of the cell resulting oxygen is bound and thus removed from the environment, whereby, for example, a chemical reaction of oxygen with other cell components, such as components of the
Elektrolyt, verhindert werden kann. Dadurch kann die Batterie besonders verlässlich und langzeitstabil arbeiten, da Sauerstoff-basierte unerwünschte und schadhafte Nebenreaktionen mit einem oder mehreren Bestandteilen der Batterie, wie etwa mit Elektrolytbestandteilen, ebenfalls verhindert oder zumindest signifikant reduziert werden können. Weiterhin ist bei einer vorbeschriebenen Lithium-Ionen-Batterie eine Beeinträchtigung der Electrolyte, can be prevented. This allows the battery to operate in a particularly reliable and long-term stable manner, since oxygen-based undesired and defective side reactions with one or more components of the battery, such as with electrolyte components, can likewise be prevented or at least significantly reduced. Furthermore, in an above-described lithium-ion battery, an impairment of
Zelllebensdauer durch mögliche Wechselwirkungen der nicht mehr entstehenden Oxidationsprodukte mit den Zellmaterialien weitestgehend ausgeschlossen. Cell life by possible interactions of the no longer occurring oxidation products with the cell materials largely excluded.
Darüber hinaus kann ein Druckaufbau im Inneren der Zelle verhindert werden. Dadurch kann es ermöglicht werden, dass die Zelle besonders sicher arbeitet, da eine Gefährdung der Umwelt, wie etwa von sich in der Umgebung der Batterie
befindlichen Personen, beispielsweise durch einen sich durch eine In addition, pressure build-up inside the cell can be prevented. This can allow the cell to work very safely because of environmental hazards, such as in the environment of the battery persons, for example by a through a
Sauerstoffbildung ausbildenden Überdruck in der Zelle, verhindert oder zumindest signifikant reduziert wird. Ferner kann eine Beschädigung oder Zerstörung der Zelle durch diesen Überdruck verhindert oder zumindest signifikant reduziert werden, was die Verlässlichkeit und Langlebigkeit der Zelle noch weiter verbessern kann. Oxygen-forming overpressure in the cell is prevented or at least significantly reduced. Furthermore, damage or destruction of the cell can be prevented or at least significantly reduced by this overpressure, which can further improve the reliability and longevity of the cell.
Zusammenfassend kann bei einer erfindungsgemäßen Lithium-Ionen-Batterie auf einfache und kostengünstige Weise ein besonders sicheres und langzeitstabiles Arbeiten ermöglicht werden. In summary, in a lithium-ion battery according to the invention in a simple and cost-effective manner, a particularly safe and long-term stable work can be made possible.
Im Rahmen einer Ausgestaltung kann der Sauerstofffänger dazu ausgestaltet sein, Sauerstoff zu sorbieren, also zu adsorbieren oder zu absorbieren, insbesondere selektiv etwa gegen Argon, ein Edelgas oder Stickstoff, oder mit Sauerstoff chemisch zu reagieren. Insbesondere in dieser Ausgestaltung kann ein besonders sicheres und effektives Abfangen von gebildetem, insbesondere gasförmigem, oder auch atomarem beziehungsweise radikalisch oder ionisch vorliegendem Sauerstoff ermöglicht werden. Darüber hinaus sind die Within the scope of one embodiment, the oxygen scavenger can be configured to sorb oxygen, that is to adsorb or absorb, in particular selectively, for example, toward argon, a noble gas or nitrogen, or to react chemically with oxygen. In particular, in this embodiment, a particularly safe and effective interception of formed, in particular gaseous, or even atomic or free-radically or ionically present oxygen are possible. In addition, the
vorgenannten Lösungen kostengünstig erhältlich und dabei die Positionierung und auch die konkrete Art des Sauerstofffängers besonders einfach an das gewünschte Anwendungsgebiet anpassbar. Bezüglich der Sauerstofffänger, welche mit Sauerstoff chemisch reagieren, können diese besonders vorteilhaft dazu geeignet sein, den gebildeten Sauerstoff dauerhaft und bei den The aforementioned solutions are available inexpensively and thereby the positioning and also the specific nature of the oxygen scavenger particularly easily adaptable to the desired field of application. With respect to the oxygen scavengers, which react chemically with oxygen, these may be particularly advantageous to the oxygen formed permanently and in the
Arbeitsbedingungen einer Lithium-Ionen-Batterie insbesondere irreversibel aus der Umgebung zu entfernen. Denn die entsprechenden Sauerstofffänger können dann derart ausgewählt werden, dass sie zwar auf einfache Weise durch einen Kontakt mit Sauerstoff, insbesondere unter den bei einem Betreiben der Batterie herrschenden Bedingungen, beispielsweise oxidiert werden, jedoch den Working conditions of a lithium-ion battery in particular irreversible from the environment to remove. For the corresponding oxygen scavengers can then be selected such that, although they are oxidized in a simple manner by contact with oxygen, in particular under the conditions prevailing when the battery is operated, for example, but
Sauerstoff unter den genannten Bedingungen nicht wieder freigeben, also in diesem Fall insbesondere der durch den abgefangenen Sauerstoff oxidierte Sauerstofffänger nicht unter den Betriebsbedingungen der Lithium-Ionen-Batterie erneut reduziert werden können. Do not re-release oxygen under the conditions mentioned, so in this case, in particular, the oxygen scavenger oxidized by the trapped oxygen can not be reduced again under the operating conditions of the lithium-ion battery.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann der Sauerstofffänger wenigstens eines von einem oxidierbaren Metall, oxidierbaren Metalloxid, einer ungesättigten organischen Verbindung, wie insbesondere einer polymeren Verbindung,
insbesondere in Kombination mit einem Katalysator, einem Zeolith oder einem Antioxidans aufweisen. In another embodiment, the oxygen scavenger may comprise at least one of an oxidisable metal, oxidisable metal oxide, an unsaturated organic compound, in particular a polymeric compound, especially in combination with a catalyst, a zeolite or an antioxidant.
Hier können beispielsweise reine Metalloxide, wie etwa reine Here, for example, pure metal oxides, such as pure
Übergangsmetalloxide, oder Mischoxide, wie etwa Übergangsmetallmischoxide, mit einer Valenz von kleiner oder gleich 3 besonders geeignet sein, welche durch chemische Reaktion mit dem Sauerstoff in ein entsprechendes Oxid, wie etwa ein Mischoxid, mit zum Beispiel einer Valenz von 4 überführt werden können. Als besonders bevorzugtes Beispiel sei hier Cer genannt, welches als Ceroxid (CeOx mit x kleiner 2) als Sauerstofffänger vorliegen kann und mit Sauerstoff etwa zu Cer(ll)-Oxid (Ce02) reagiert beziehungsweise oxidiert wird. Dabei kann CeOx mit x kleiner 2 aufgrund seiner hohen Fähigkeit, Sauerstoff zu fangen, bevorzugt sein. Die entsprechenden Metalle beziehungsweise Metalloxide von Titan, Eisen, Cobalt, Nickel, Aluminium, Magnesium, Zinn, Chrom oder Zink sowie Mischoxide dieser Metalle untereinander oder mit Cer sind ebenfalls besonders bevorzugt geeignet. Transition metal oxides, or mixed oxides, such as transition metal mixed oxides, with a valence of less than or equal to 3 are particularly suitable, which can be converted by chemical reaction with the oxygen into a corresponding oxide, such as a mixed oxide, for example, a valence of 4. As a particularly preferred example here cerium may be mentioned, which may be present as ceria (CeO x with x less than 2) as oxygen scavenger and is reacted or oxidized with oxygen as to cerium (II) oxide (Ce0 2 ). In this case, CeO x with x less than 2 may be preferred because of its high ability to trap oxygen. The corresponding metals or metal oxides of titanium, iron, cobalt, nickel, aluminum, magnesium, tin, chromium or zinc and mixed oxides of these metals with one another or with cerium are likewise particularly preferably suitable.
Bezüglich der ungesättigten organischen Verbindung kann diese insbesondere eine derartige ungesättigte Verbindung sein, welche C-C-Mehrfachbindungen, wie insbesondere Doppelbindungen, aufweist. Dabei kann die organische Verbindung eine monomere Verbindung, eine oligomere Verbindung oder auch eine polymere Verbindung sein. Bevorzugte dieser Sauerstofffänger umfassen somit ungesättigte Kohlenwasserstoffe. Beispiele monomerer Verbindungen können dabei Terpene sein. Geeignete Beispiele von polymeren Verbindungen umfassen dabei aber sind nicht limitiert auf etwa Polydiene, wie etwa With regard to the unsaturated organic compound, it may in particular be such an unsaturated compound which has C-C multiple bonds, in particular double bonds. In this case, the organic compound may be a monomeric compound, an oligomeric compound or a polymeric compound. Preferred of these oxygen scavengers thus include unsaturated hydrocarbons. Examples of monomeric compounds may be terpenes. Suitable examples of polymeric compounds include, but are not limited to, polydienes such as
Polybutadien, etwa eis und trans 1 ,2- oder 1 ,4-Polybutadiene, Polyisoprene, insbesondere trans-Polyisopren, oder auch Copolymere derselben, wie etwa Styrol-Butadien-Copolymere. Außerdem sind beispielhaft Polyethylene, wie Polypentenamer, Polyoctenamer, Polycyclohexene und Polymere aus zyklischer Olefinmetathese denkbar, sowie Dien-Oligomere wie Norbonadien, 5-Ethyliden- 2-Norbornen, oder Vinylcyclohexene geeignet. Funktionalisierungen der ungesättigten Kohlenwasserstoffe etwa mit Sauerstoff-enthaltenden Seitenketten können zur Verbesserung der physikochemischen Eigenschaften vorteilhaft sein. Grundsätzlich kann die organische Verbindung dabei ionenleitend sein oder porös und hinreichend durchlässig, um den Betrieb der Lithium-Ionen-Batterie möglichst geringfügig zu beeinflussen. Um den Prozess des Sauerstoff-Bindens
zu beschleunigen, können insbesondere den organischen wie etwa polymeren Verbindungen Katalysatoren zugesetzt werden. Beispiele für derartige Polybutadiene, such as ice and trans 1, 2- or 1, 4-polybutadienes, polyisoprenes, especially trans-polyisoprene, or copolymers thereof, such as styrene-butadiene copolymers. Also suitable as examples are polyethylenes, such as polypentenamer, polyoctenamer, polycyclohexenes and polymers from cyclic olefin metathesis, as well as diene oligomers, such as norbornadiene, 5-ethylidene-2-norbornene, or vinylcyclohexenes. Functionalizations of the unsaturated hydrocarbons, for example with oxygen-containing side chains, may be advantageous for improving the physicochemical properties. In principle, the organic compound can be ion-conducting or porous and sufficiently permeable in order to influence the operation of the lithium-ion battery as slightly as possible. To the process of oxygen binding To accelerate, in particular catalysts can be added to organic as well as polymeric compounds. Examples of such
Katalysatoren umfassen etwa Übergangsmetallkatalysatoren, in Form des reinen Metalls, als Salz, als Komplex oder Chelat des (Übergangs)metalls, welche den oxidativen Prozess beschleunigen können, wobei Nickel-, Mangan- (II oder III), und Cobalt- (II oder III) Katalysatoren hier beispielhaft genannt werden. Catalysts include, for example, transition metal catalysts, in the form of the pure metal, as a salt, as a complex or chelate of the (transition) metal, which can accelerate the oxidative process, with nickel, manganese (II or III), and cobalt (II or III ) Catalysts are exemplified here.
Grundsätzlich sind die Übergangsmetalle der ersten, zweiten oder dritten Übergangsreihe des Periodensystems der Elemente geeignet, wobei die Katalysatoren nicht auf derartige Beispiele beschränkt sein sollen. Darüber hinaus können die vorstehend beschriebenen Metalle oder Metalloxide, wie etwa Cer beziehungsweise Ceroxid oder auch Eisen beziehungsweise Eisenoxid in die organischen Verbindungen, insbesondere in die Polymere, eingefügt werden, um den oxidativen Prozess zu beschleunigen. In principle, the transition metals of the first, second or third transition series of the Periodic Table of the Elements are suitable, the catalysts not being restricted to such examples. In addition, the metals or metal oxides described above, such as cerium or cerium oxide or else iron or iron oxide can be incorporated into the organic compounds, in particular into the polymers, in order to accelerate the oxidative process.
Ferner sind auch Antioxidantien vorteilhaft dazu geeignet, gebildeten Sauerstoff an sich zu binden und so aus der Umgebung beziehungsweise aus dem In addition, antioxidants are also advantageously suitable for binding oxygen formed and thus from the environment or from the environment
Zellinneren zu entfernen, um so ungewünschte Reaktionen oder einen unerwünschten Druckanstieg in der Zelle zu verhindern. Beispiele für derartige Antioxidantien umfassen beispielsweise BHT (2,6-Ditertbutylkresol), Ascorbate, oder Triphenylphosphit. Diese Substanzen können, wie grundsätzlich auch die weiteren genannten Sauerstofffänger insbesondere in einer Kombination an verschiedenen Sauerstofffängern, neben der eigentlichen Funktion dazu dienen, etwa bei der Elektrodenherstellung den Abbau des Sauerstofffängers vor dem erfindungsgemäßen Einsatz zu unterdrücken oder zu verzögern. Unter einem Antioxidans kann dabei in an sich bekannter Weise insbesondere ein Remove cells inside to prevent unwanted reactions or an undesirable increase in pressure in the cell. Examples of such antioxidants include, for example, BHT (2,6-di-tert-butyl-cresol), ascorbates, or triphenyl phosphite. These substances, like the other abovementioned oxygen scavengers, in particular in a combination of different oxygen scavengers, serve in addition to the actual function of suppressing or delaying the degradation of the oxygen scavenger prior to the use according to the invention, for example during electrode production. Under an antioxidant can in a conventional manner, in particular a
Radikalfänger verstanden werden, welcher die bei einer Oxidationsreaktion auftretende Sauerstoffradikale bindet und so eine Oxidationsreaktion verhindern oder zumindest signifikant reduzieren kann. Radical scavengers are understood, which binds the oxygen radicals occurring in an oxidation reaction and thus can prevent or at least significantly reduce an oxidation reaction.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann wenigstens ein Sauerstofffänger in eine Elektrode integriert sein. Insbesondere kann der Sauerstofffänger in eine Kathode, aber auch Anode integriert sein. In a further embodiment, at least one oxygen scavenger can be integrated into an electrode. In particular, the oxygen scavenger can be integrated into a cathode, but also an anode.
Beispielsweise kann der Sauerstofffänger dabei in Poren der Elektrode beziehungsweise insbesondere des Elektrodenmaterials als Träger für das Aktivmaterial eingebettet vorliegen. In diesem Beispiel kann der
Sauerstofffänger somit an einem Ort seine Wirkung entfalten, in dessen nächster Umgebung Aktivmaterial vorliegt. Dabei kann, wie vorstehend ausgeführt, beispielsweise durch eine chemische Reaktion der Sauerstoff gebunden und aus der Umgebung entfernt werden, so dass der Sauerstoff nicht in den Raum der Zelle oder der Elektrode eintreten kann um etwa eine Reaktion mit einem For example, the oxygen scavenger can be present embedded in pores of the electrode or in particular of the electrode material as a carrier for the active material. In this example, the Oxygen scavengers thus unfold their effect in a place in whose immediate vicinity active material is present. In this case, as stated above, for example, be bound by a chemical reaction of oxygen and removed from the environment, so that the oxygen can not enter the space of the cell or the electrode to about a reaction with a
Bestandteil der Elektrode zu verhindern. Hier kann der Sauerstofffänger etwa in geeigneter weise in den Herstellungsprozess der Elektrode eingebunden werden. Insbesondere hier kann der Sauerstofffänger eine wie vorstehend ausgeführte oxidierbare Verbindung, insbesondere ein oxidierbares Metalloxid, oder eine organische, insbesondere polymere, Verbindung sein. Er kann vor dem Einbau der Elektrode in die Zelle in Form eines Beschichtungsprozesses als ,Pre-Treatment' auf die Elektrode selbst, beziehungsweise in die Poren der Elektrode aufgebracht werden, oder vor dem Verarbeiten des Aktivmaterials wie folgt beschrieben als Beschichtung direkt auf selbiges und in dessen Poren aufgebracht werden. Component of the electrode to prevent. Here, the oxygen scavenger can be involved in a suitable manner in the manufacturing process of the electrode. In particular, here the oxygen scavenger can be an oxidizable compound as described above, in particular an oxidisable metal oxide, or an organic, in particular polymeric, compound. It can be applied to the electrode itself or into the pores of the electrode before the electrode is installed in the cell in the form of a coating process, or as a coating directly onto the same and before processing of the active material as follows whose pores are applied.
Zusätzlich oder alternativ kann der Sauerstofffänger homogen in das Elektroden- Aktivmaterial integriert sein beziehungsweise als Beschichtung der Additionally or alternatively, the oxygen scavenger can be homogeneously integrated into the electrode active material or as a coating of the
Aktivmaterialpartikel ausgeführt sein. Beispielsweise kann wenigstens ein Sauerstofffänger in dem Elektroden-Aktivmaterial der Kathode angeordnet beziehungsweise in dieses integriert sein. In dieser Ausgestaltung kann der Sauerstofffänger in den Herstellungsprozess des Aktivmaterials integriert werden und als Beschichtung oder homogen im Inneren des Aktivmaterials, etwa durch eine chemische Reaktion mit dem gebildeten Sauerstoff die Zellmaterialien schützen, indem es insbesondere die im Inneren des Aktivmaterials Be carried active material particles. For example, at least one oxygen scavenger can be arranged in or integrated into the electrode active material of the cathode. In this embodiment, the oxygen scavenger can be integrated into the production process of the active material and protect as a coating or homogeneously in the interior of the active material, such as by a chemical reaction with the oxygen formed, the cell materials, in particular those in the interior of the active material
entstehenden oder austretenden Sauerstoff beispielsweise durch eine chemische Reaktion vollständig bindet. Dies kann etwa realisierbar sein durch eine Reaktion des Sauerstoffs mit dem Sauerstofffänger. Dadurch kann verhindert werden, dass der in dem Aktivmaterial gebildete Sauerstoff in den Raum der Elektrode oder der Zelle eintreten kann. Als Beschichtung kann neben den resulting or exiting oxygen, for example, completely binds by a chemical reaction. This can be realizable by a reaction of the oxygen with the oxygen scavenger. This can prevent the oxygen formed in the active material from entering the space of the electrode or the cell. As a coating, in addition to the
vorbeschriebenen Mischoxiden insbesondere eine vorbeschriebene organische oder polymere Substanz Verwendung finden, oder eine Kombination hiervon. above-described mixed oxides, in particular a prescribed organic or polymeric substance find use, or a combination thereof.
Ferner kann der Sauerstofffänger etwa bei der Herstellung der Elektrode in die Aktivmaterialslurry direkt oder in Form eines entsprechend funktionalisierten Binders, wie etwa auf Basis von Polyvinylidenfluorid (PVDF), eingebracht werden
und so in die Elektrode eingebettet werden. Insbesondere hier kann der Furthermore, the oxygen scavenger can be introduced into the active material slurry directly or in the form of a suitably functionalized binder, such as based on polyvinylidene fluoride (PVDF), for example during the production of the electrode and so embedded in the electrode. In particular here can the
Sauerstofffänger eine wie vorstehend ausgeführte oxidierbare Verbindung, ein oxidierbares Metalloxid, oder auch eine organische Verbindung sein, welche etwa in Seitenketten des Bindermaterials vorliegt oder in sonstiger Weise mit dem Binder verbunden ist. In dem Fall der organischen oder insbesondere der polymeren Verbindung als Sauerstofffänger kann diese selbst teilweise Oxygen scavenger is an oxidizable compound as described above, an oxidizable metal oxide, or an organic compound which is present approximately in side chains of the binder material or otherwise connected to the binder. In the case of the organic or in particular the polymeric compound as an oxygen scavenger, this itself can be partially
(Copolymer mit PVDF) oder vollständig die Funktion des Binders wahrnehmen, wodurch dann im letzteren Fall auf das zusätzliche Hinzugeben eines Binders verzichtet werden kann. Dabei kann der Sauerstofffänger durch ein Hinzufügen in die Slurry beim Herstellungsprozess der Elektrode sehr homogen in der Elektrode verteilt vorliegen. Eine Kombination mit Übergangsmetallkatalysatoren ist erfindungsgemäß der vorbeschriebenen sauerstoffbindenden Funktionsweise förderlich. (Copolymer with PVDF) or fully perform the function of the binder, which then in the latter case can be dispensed with the additional addition of a binder. In this case, the oxygen scavenger can be distributed very homogeneously in the electrode by adding it to the slurry during the production process of the electrode. A combination with transition metal catalysts according to the invention is conducive to the above-described oxygen-binding mode of operation.
Alternativ oder zusätzlich kann der Sauerstofffänger als Überzug Alternatively or additionally, the oxygen scavenger may be used as a coating
beziehungsweise Beschichtung auf Aktivmaterialpartikeln, wie insbesondere Kathodenaktivmaterialpartikeln vorgesehen sein. Ein derartiger Sauerstofffänger kann somit schützend auf den Aktivmaterialpartikeln vorliegen und etwa durch eine chemische Reaktion mit dem Sauerstoff schützend wirken. So kann bewirkt werden, dass der in den Elektroden im Inneren der Aktivmaterialpartikel entwickelte oder austretende Sauerstoff vollständig gebunden wird, so dass der Sauerstoff nicht mehr aus den Aktivmaterialpartikeln in den Raum der Elektrode oder der Zelle eintreten kann. Hier kann insbesondere eine vorbeschriebene organische oder polymere Substanz Verwendung finden. or coating on active material particles, in particular cathode active material particles. Such an oxygen scavenger can thus be present protectively on the active material particles and, for example, have a protective effect by a chemical reaction with the oxygen. Thus, it is possible to cause the oxygen developed or emerging in the electrodes inside the active material particles to become completely bound, so that the oxygen can no longer enter the space of the electrode or cell from the active material particles. In particular, a previously described organic or polymeric substance can be used here.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann wenigstens ein Sauerstofffänger als eine Innenbeschichtung des Zellgehäuses vorliegen. In dieser Ausgestaltung kann ein Abfangen von gebildetem Sauerstoff beziehungsweise einer gebildeten Sauerstoffspezies unabhängig von der Position des Entstehens realisierbar sein insbesondere dann, wenn das gesamte oder zumindest ein Großteil des Innengehäuses mit einer Schicht aufweisend den Sauerstofffänger beschichtet ist. Beispielsweise kann eine besonders einfache derartige Beschichtung ermöglicht werden, wenn die Beschichtung ein wie vorstehend beschrieben ausgestaltetes organisches beziehungsweise polymeres Material aufweist.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann wenigstens ein Sauerstofffänger in den Separator integriert vorliegen. Insbesondere kann der Sauerstofffänger in oder an dem Separator vorliegen. In dieser Ausgestaltung kann der In the context of a further embodiment, at least one oxygen scavenger can be present as an inner coating of the cell housing. In this embodiment, trapping of oxygen formed or an oxygen species formed independently of the position of the emergence can be realized in particular when the entire or at least a majority of the inner housing is coated with a layer having the oxygen scavenger. For example, a particularly simple coating of this kind can be made possible if the coating has an organic or polymeric material configured as described above. In the context of a further embodiment, at least one oxygen scavenger can be integrated in the separator. In particular, the oxygen scavenger may be present in or on the separator. In this embodiment, the
Sauerstofffänger beispielsweise als Beschichtung auf dem Separator vorliegen und/oder etwa anodenseitig oder insbesondere kathodenseitig angeordnet sein. Dadurch kann der Sauerstofffänger, wiederum beispielsweise durch eine chemische Reaktion und an einem Ort nicht unmittelbar an einer Elektrode vorliegen, schützend eingreifen, so dass im Inneren des Aktivmaterials gebildeten Sauerstoff etwa chemisch vollständig bindet, so dass der Sauerstoff keine weiteren Oxidationsprozesse auslösen und/oder katalysieren kann. Es findet insbesondere keine Diffusion des Sauerstoffs von der Kathode zu der Anode oder umgekehrt statt. Weiterhin ist es denkbar, dass der Sauerstofffänger, etwa in Form einer organischen, beispielsweise polymeren Verbindung, als Copolymer mit dem eigentlichen Separatormaterial vermengt vorliegt oder selbst als dieses ausgeführt wird. Alternativ oder zusätzlich kann der Separator mehrlagig ausgestaltet sein. Beispielsweise kann der Separator dreilagig ausgeführt werden, wobei eine Lage aufweisend den Sauerstofffänger von zwei herkömmlichen Separatorlagen umgeben sein kann. Oxygen scavengers, for example, be present as a coating on the separator and / or arranged approximately on the anode side or in particular on the cathode side. As a result, the oxygen scavenger, again for example by a chemical reaction and at a location not directly on an electrode, protectively intervene, so that formed in the interior of the active material oxygen chemically binds completely, so that the oxygen trigger no further oxidation processes and / or catalyze can. In particular, there is no diffusion of oxygen from the cathode to the anode or vice versa. Furthermore, it is conceivable that the oxygen scavenger, for example in the form of an organic, for example polymeric, compound is present as a copolymer mixed with the actual separator material or even as this is carried out. Alternatively or additionally, the separator can be configured in multiple layers. For example, the separator can be carried out in three layers, wherein a layer having the oxygen scavenger can be surrounded by two conventional separator layers.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann wenigstens Zeolithmaterial beziehungsweise ein Molsieb im Inneren der Zelle vorliegen. Beispielsweise kann das Zeolithmaterial ein etwa modifiziertes Alumino-Phosphat oder Alumino- silikat mit einer hohlraumenthaltenden Gerüststruktur sein. Das Zeolithmaterial kann dabei beispielsweise selbst als Sauerstofffänger dienen, oder ein In a further embodiment, at least zeolite material or a molecular sieve can be present in the interior of the cell. For example, the zeolite material may be an approximately modified alumino-phosphate or alumino-silicate having a cavity-containing framework structure. The zeolite material can serve, for example, itself as an oxygen scavenger, or a
Sauerstofffänger kann in dem Zeolithmaterial beziehungsweise in dessen Poren gebunden beziehungsweise integriert vorliegen. In dieser Ausgestaltung kann die Art des Sauerstofffängers grundsätzlich frei wählbar sein, wobei jedoch Beispiele mit ungesättigten organischen Substanzen, auch Polymeren, an Zeolithen angeordnet bevorzugt ein können. Dies kann beispielsweise realisierbar sein durch ein Einbringen der Substanzen in die Poren der Zeolithe, wo sie etwa aufgrund von Wechselwirkungen, insbesondere durch die dem Fachmann bekannte Adsorptionskapazität von Zeolithen, immobilisiert werden. Oxygen scavenger can be bound or integrated in the zeolite material or in its pores. In this embodiment, the nature of the oxygen scavenger may in principle be freely selectable, although examples with unsaturated organic substances, including polymers, can preferably be arranged on zeolites. This can be realized, for example, by introducing the substances into the pores of the zeolites, where they are immobilized, for example because of interactions, in particular by the adsorption capacity of zeolites known to those skilled in the art.
Entsprechendes gilt in für den Fachmann verständlicher Weise für die The same applies in a manner understandable to those skilled in the art for
vorstehend beschriebenen weiteren Sauerstofffänger, wie beispielsweise für die oxidierbaren Verbindungen, wie etwa Metalle oder Metalloxide. Die Zeolithe oder auch die organischen Substanzen für sich können dann beispielsweise in ein
Polymer oder in die Slurry eingebracht werden, um beispielsweise in der other oxygen scavengers described above, such as for the oxidizable compounds, such as metals or metal oxides. The zeolites or the organic substances for themselves can then for example in a Polymer or introduced into the slurry, for example, in the
Elektrode angeordnet zu werden. Electrode to be arranged.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann wenigstens ein Sauerstofffänger an einer Öffnung und/oder an einer Verbindungsposition des Gehäuses vorliegen. In dieser Ausgestaltung können mit dem Sauerstofffänger In the context of a further embodiment, at least one oxygen scavenger can be present at an opening and / or at a connection position of the housing. In this embodiment, with the oxygen scavenger
beispielsweise Öffnungen oder Verbindungspositionen, wie etwa For example, openings or connection positions, such as
Verbindungspunkte oder Verbindungslinien, des Zellgehäuses beispielsweise beschichtet und so abgedichtet werden, so dass auch ein Eindringen von kleinsten Mengen Luftsauerstoff an diesen kritischen Stellen von außen in die Zelle hinein ausgeschlossen werden kann. Eine Verbindungsposition kann dabei etwa eine Siegelnaht umfassen beziehungsweise eine Position, an welcher unterschiedliche Teile des Gehäuses zusammengefügt sind. Eine Öffnung des Gehäuses kann beispielsweise eine Ableiter-Ausführung sein. Insbesondere in dieser Ausgestaltung kann eine organische, wie etwa polymere, Ausführung des Sauerstofffängers bevorzugt sein, da diese ein besonders einfaches Abdichten der Öffnungen oder Verbindungspositionen ermöglichen. Connection points or connecting lines of the cell housing, for example, coated and sealed so that even penetration of very small amounts of atmospheric oxygen at these critical points from the outside into the cell can be excluded. A connection position may include, for example, a sealed seam or a position at which different parts of the housing are joined together. An opening of the housing may for example be an arrester version. In particular, in this embodiment may be an organic, such as polymeric, execution of the oxygen scavenger be preferred because they allow a particularly simple sealing of the openings or connection positions.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann wenigstens ein Mittel zum In a further embodiment, at least one means for
Einfangen wenigstens einer weiteren Substanz, also einer Substanz außer Sauerstoff oder einer Sauerstoffspezies, vorgesehen sein. In dieser Capture at least one other substance, so a substance other than oxygen or oxygen species, be provided. In this
Ausgestaltung kann somit eine multifunktionale Ausführung erreichbar sein, bei welcher nicht nur Sauerstoff sondern ferner weitere potentiell schädliche Embodiment can thus be achieved a multi-functional design, in which not only oxygen but also further potentially harmful
Substanzen aus der Umgebung beziehungsweise aus dem Zellinneren, also aus dem Bereich innerhalb des Zellgehäuses, entfernt werden können. Beispielhaft als weitere potentiell schädliche Substanz, die etwa bei einem Betrieb einer Lithium-Ionen-Batterie auftreten können, ist etwa Fluorwasserstoff (HF) zu nennen. Beispielsweise können entsprechend wirksame nucleophile Gruppen wie Stickstoffbasen in eine Hauptkette oder Seitenkette eines polymeren Substances from the environment or from the cell interior, ie from the area within the cell housing, can be removed. Exemplary as another potentially harmful substance, which may occur during operation of a lithium-ion battery, for example, to mention hydrogen fluoride (HF). For example, correspondingly effective nucleophilic groups, such as nitrogen bases, can be incorporated into a backbone or side chain of a polymer
Sauerstofffängers eingearbeitet werden. Auch Phosphazen-Einheiten im Polymer sind als HF-Fänger denkbar. Oxygen scavenger be incorporated. Phosphazene units in the polymer are also conceivable as HF scavengers.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann wenigstens ein Sauerstofffänger an einer inerten Trägerstruktur immobilisiert sein, insbesondere wobei die Trägerstruktur in Form einer Matte, einer Rolle, eines Vlieses oder eines Beutels ausgestaltet ist. Eine inerte Trägerstruktur ist dabei aus einem Material
ausgestaltet, welches sich nicht aktiv an den Lade- beziehungsweise In the context of a further embodiment, at least one oxygen scavenger can be immobilized on an inert support structure, in particular wherein the support structure is designed in the form of a mat, a roll, a fleece or a bag. An inert support structure is made of a material configured, which is not active on the loading or
Entladevorgängen der Zelle beteiligt. Eine Matte ist ferner eine planare poröse Struktur einer bestimmten Dicke, die man biegsam in der Zelle in einem ansonsten nicht ausgefüllten Raum anbringen kann. Eine Rolle kann Discharge the cell involved. A mat is also a planar porous structure of a certain thickness that can be flexibly mounted in the cell in an otherwise unfilled space. A role can
beispielsweise eine röhrenartige Struktur aufweisen, welche etwa als gebogene Matte ausgestaltet sein kann. Als Beutel kann insbesondere eine Struktur bezeichnet werden, welche ein poröses, aber bezüglich eines Austretens des Sauerstofffängers geschlossenes System darstellt. Ein Vlies ist ferner insbesondere eine Struktur, die aus Fasern besteht, die durch ein For example, have a tubular structure, which may be configured as a curved mat about. In particular, a structure may be referred to as a bag, which represents a porous system but closed with respect to leakage of the oxygen scavenger. In particular, a nonwoven fabric is a structure consisting of fibers passing through a web
nichtgeordnetes zufälliges Verfahren verbunden sind. Es können auch gewebte oder geflochtene Strukturen zur Aufnahme der Sauerstoff-fangenden Teilchen eingesetzt werden. unordered random method are connected. Woven or braided structures can also be used to contain the oxygen scavenging particles.
In einer Rolle beispielsweise kann eine Menge von aktiven sauerstofffangenden Partikeln in einer Schicht eingerollt und an den Enden verschlossen werden. Ebenso kann die aktive Masse beispielsweise, als Granulat in einem Beutel, der verschlossen ist, aufbewahrt werden. In diesen Ausgestaltungen kann der Sauerstofffänger wiederum im Inneren der Zelle angeordnet werden. Dadurch kann der Vorteil erreicht werden, dass der Fänger nicht etwa direkt in die Elektrodenstruktur eingearbeitet ist, wo er die Energiedichte in der elektroaktiven Masse verringern könnte, da er nicht an der elektrochemischen Reaktion teilnimmt aber die Masse der Elektrode erhöht. Ebenso kann der ohmsche oder ionische Widerstand der Elektroden geringer gehalten werden, wenn so ein Fängermaterial, welches oftmals nicht leitend ist, nicht den Weg des elektrischen oder ionischen Stromflusses verlängert. For example, in one roll, an amount of active oxygen scavenging particles can be rolled in a layer and sealed at the ends. Likewise, the active material can be stored, for example, as granules in a bag which is closed. In these embodiments, the oxygen scavenger can in turn be arranged inside the cell. Thereby, the advantage can be achieved that the catcher is not incorporated directly into the electrode structure, where it could reduce the energy density in the electroactive mass, since it does not participate in the electrochemical reaction but increases the mass of the electrode. Similarly, the ohmic or ionic resistance of the electrodes can be kept lower if such a catcher material, which is often non-conductive, does not extend the path of electrical or ionic current flow.
Im Inneren der Zelle neben den Elektroden, welche etwa als Elektrodenwickel ausgestaltet sein können, kann der Sauerstofffänger beispielsweise durch eine chemische Reaktion schützend wirken an einem Ort, wo sich kein Inside the cell next to the electrodes, which may be configured as an electrode winding, for example, the oxygen scavenger can protect, for example, by a chemical reaction in a place where no
Elektrodenmaterial befindet, indem es den im Inneren des Aktivmaterials entstehenden oder austretenden Sauerstoff, der sich im Elektrolyt löst, chemisch vollständig bindet, so dass der Sauerstoff keine weiteren Oxidationsprozesse auslösen und/oder katalysieren kann. Electrode material is by chemically completely binds the resulting inside the active material or exiting oxygen, which dissolves in the electrolyte, so that the oxygen can trigger any further oxidation processes and / or catalyze.
Der Sauerstofffänger kann ferner in dem Teil der Zelle, die mit Elektrolyt gefüllt ist und wo kein Elektrodenwickel ist, angebracht sein.
Die Trägerstruktur kann zum Beispiel auf dem Boden der Zelle angeordnet sein und mit Klemmblechen oder auf dem Wickelkörper befestigt sein, so dass er nicht zerreißen kann. In diesem Beutel können grundsätzlich sämtliche Sauerstofffänger verwendet werden.
The oxygen scavenger may also be mounted in the part of the cell which is filled with electrolyte and where there is no electrode coil. For example, the support structure may be located at the bottom of the cell and secured with clamping sheets or on the winding body so that it can not rupture. In principle, all oxygen scavengers can be used in this bag.
Claims
1 . Lithium-Ionen-Batterie, aufweisend wenigstens eine durch ein Zellgehäuse von der äußeren Umgebung getrennte Zelle, wobei im Inneren des 1 . Lithium-ion battery, comprising at least one cell separated from the external environment by a cell housing, wherein inside the
Zellgehäuses eine Anode, eine Kathode, ein zwischen Anode und Kathode angeordneter Separator und ein zwischen Anode und Kathode angeordneter Elektrolyt angeordnet sind, wobei innerhalb des Zellgehäuses und in fluidischer Verbindung zu wenigstens einem von der Anode, der Kathode, dem zwischen Anode und Kathode angeordneten Separator und dem zwischen Anode und Kathode angeordneten Elektrolyt wenigstens ein Sauerstofffänger angeordnet ist. Cell housing an anode, a cathode, a separator disposed between the anode and cathode and arranged between the anode and cathode electrolyte are disposed within the cell housing and in fluid communication with at least one of the anode, the cathode, the separator disposed between the anode and cathode and the electrolyte disposed between the anode and the cathode is arranged at least one oxygen scavenger.
2. Lithium-Ionen-Batterie nach Anspruch 1 , wobei der Sauerstofffänger dazu ausgestaltet ist, Sauerstoff zu sorbieren oder mit Sauerstoff chemisch zu reagieren. The lithium ion battery of claim 1, wherein the oxygen scavenger is configured to sorb oxygen or to chemically react with oxygen.
3. Lithium-Ionen-Batterie nach Anspruch 2, wobei der Sauerstofffänger 3. The lithium-ion battery according to claim 2, wherein the oxygen scavenger
wenigstens eines von einem oxidierbaren Metall, einem oxidierbaren Metalloxid, einer ungesättigten organischen Verbindung, einem Zeolith und einem Antioxidans aufweist. at least one of an oxidizable metal, an oxidizable metal oxide, an unsaturated organic compound, a zeolite and an antioxidant.
4. Lithium-Ionen-Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei wenigstens ein Sauerstofffänger in eine Elektrode integriert ist. 4. Lithium-ion battery according to one of claims 1 to 3, wherein at least one oxygen scavenger is integrated into an electrode.
5. Lithium-Ionen-Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei wenigstens ein Sauerstofffänger als eine Innenbeschichtung des Zellgehäuses vorliegt. 5. Lithium-ion battery according to one of claims 1 to 4, wherein at least one oxygen scavenger is present as an inner coating of the cell housing.
6. Lithium-Ionen-Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei wenigstens ein Sauerstofffänger in den Separator integriert vorliegt. 6. Lithium-ion battery according to one of claims 1 to 5, wherein at least one oxygen scavenger is integrated into the separator.
7. Lithium-Ionen-Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei wenigstens ein Zeolithmaterial im Inneren der Zelle vorliegt.
A lithium-ion battery according to any one of claims 1 to 6, wherein at least one zeolite material is present in the interior of the cell.
8. Lithium-Ionen-Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei wenigstens ein Sauerstofffänger an einer Öffnung und/oder an einer 8. Lithium-ion battery according to one of claims 1 to 7, wherein at least one oxygen scavenger at an opening and / or at a
Verbindungsposition des Gehäuses vorliegt. Connection position of the housing is present.
9. Lithium-Ionen-Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei wenigstens ein Mittel zum Einfangen wenigstens einer weiteren Substanz vorgesehen ist. 9. Lithium-ion battery according to one of claims 1 to 8, wherein at least one means for capturing at least one further substance is provided.
10. Lithium-Ionen-Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei wenigstens ein Sauerstofffänger an einer inerten Trägerstruktur immobilisiert ist, insbesondere wobei die Trägerstruktur in Form einer Matte, einer Rolle, eines Vlieses oder eines Beutels ausgestaltet ist.
10. Lithium-ion battery according to one of claims 1 to 9, wherein at least one oxygen scavenger is immobilized on an inert support structure, in particular wherein the support structure in the form of a mat, a roll, a non-woven fabric or a bag is configured.
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