可再充电电化学电池的利记博彩app
【专利说明】可再充电电化学电池
[0001 ] 本发明涉及具有正极、负极和含导电盐的电解质的可再充电锂电池组电池 (Batteriezelle)〇
[0002] 可再充电电池组电池在许多技术领域中非常重要。它们通常用于只需要相对小的 电流强度的用途，如移动电话、电动工具或其它移动用途。此外，对用于大电流用途的电池 组电池也有很大的需求，其中机动车的电力驱动、作为用于地方发电的中间存储器的用途 和作为用于电网稳定化的大型存储器(电网储能/并网用途/智能电网）的用途特别重要。
[0003] 可再充电电池组电池的发展目标特别是高能量密度(每重量和体积单位的能量）、 高载流性(低内电阻）、经多个充放电循环的长使用寿命、极好的操作安全性和尽可能低的 成本。
[0004] 可再充电电池在实践中大部分是锂离子电池。它们的负极由覆铜碳构成，其中在 充电过程中嵌入锂离子。正极也由适合于吸收活性金属的离子的嵌入材料构成。正极通常 基于涂覆到铝导电元件(Ableitelement)上的锂钴氧化物。这两个电极都非常薄(厚度通常 小于100 Mi)。为了以机械方式稳定电极，除活性材料外还使用粘合剂。在充电过程中，从正 极脱嵌活性金属的离子并嵌入负极中。在放电过程中，发生逆向过程。借助确保所需离子运 动的电解质在电极之间输送离子。锂离子电池含有由溶解在有机溶剂或溶剂混合物(例如 基于碳酸亚乙酯）中的锂盐（例如LiPF 6)构成的电解质。它们在下文中也被称作"有机锂离 子电池"。
[0005] 有机锂离子电池在安全方面有问题。安全风险特别由有机电解质造成。在发生故 障时，该电解质的可燃性导致锂离子电池燃烧或在最坏情况下甚至爆炸。为避免这样的危 险，必须采取额外措施，特别是涉及充放电过程的极精确调节和涉及电池组构造中的额外 安全措施。例如，电池含有在故障时熔融并因此阻止电池中的电流流动的组分。但是，这些 措施带来提高的成本和提高的体积和重量，由此降低能量密度。此外，这些措施并非总是足 够并且会发生具有上述影响的故障。
[0006] 当应开发用于特别如新兴市场所需的大型能量存储器的电池组电池时，这些问题 特别严重。在此，对稳定性和长期操作安全性的要求特别高。
[0007] 对特别符合下列要求的改进的可再充电电池组电池有很大的需求： _极好的电性能指标，特别是高能量密度和同时的高电流引出值(功率密度）。 _安全性，甚至在困难运行条件下，例如在电动牵引领域中、作为用于地方发电的中间 存储器的用途或作为用于电网稳定化的大型存储器（电网储能/并网用途/智能电网）的用 途中。 -长使用寿命，特别是大量的有效充放电循环。 -使用成本有利的材料。 -成本有效和稳定的生产方法。 -其它重要的实践要求，如过载能力和深度放电能力。
[0008] 在W0 2011/098233 A2中，描述了比迄今已有的情况明显更好地满足这些部分相 冲突的要求的电池组电池。它们具有下列特殊特征，这些在本发明的电池组电池中也优选 实现： a)电解质含有S02。这优选是基于S02的电解质(S02基电解质）。该术语在本发明中表示 下述电解质：其含有不仅作为添加剂的低浓度S02,而是S02的浓度如此高以通过该S0 2至少 部分确保包含在电解质中并造成电荷传输的导电盐的离子运动。该电解质优选基本不含有 机材料，其中"基本"被理解如下：可能存在的有机材料的量如此低以致它们不构成安全风 险。
[0009] b)正极含有具有组成Li xM'y M〃z (X〇4) aFb的活性材料，其中 M'是至少一种选自元素11、￥、0、]\111、？6、&3、附、(]11和211的金属， M 〃是至少一种选自元素周期表第2、3、4、5、6、8、9、10、11、12、13、14、15和16族金属的金 属， X选自元素 P、Si和S， x大于0， y大于0， z大于或等于0， a大于0且 b大于或等于0。
[0010] 其中X优选是元素 Pj'特别优选是金属Fe且b特别优选等于0。磷酸铁锂是特别优 选的正极活性材料。其中例如包括具有如下组成的化合物：LiFeP〇4、Li xFeyMzP〇4、LixFey (S〇4) aSLiFeS〇4F，其中下标x、y、z和a具有上述值。
[0011]该活性材料可含有不为其晶格结构组成部分的额外掺杂。
[0012] 基于所述现有技术，本发明旨在提供具有进一步改进的功能和操作安全性的电池 组电池。
[0013] 通过如下可再充电电化学电池组电池解决这一技术问题，其包含外壳、正极、负极 和含有S〇2和所述电池的活性金属的导电盐的电解质，其特征在于所述电极的至少一个含 有选自粘合剂A、粘合剂B或粘合剂A和粘合剂B的混合物的粘合剂， 其中粘合剂A 由聚合物构成，所述聚合物 由共辄羧酸的单体结构单元构成 或由这些共辄羧酸的碱金属盐、碱土金属盐或铵盐构成 或由它们的组合构成， 粘合剂B 由聚合物构成，所述聚合物基于 单体苯乙稀结构单元和丁二稀结构单元。
[0014] 粘合剂A的实例是聚丙烯酸锂(LiPAA)或聚丙烯酸。
[0015]基于单体苯乙稀结构单元和丁二稀结构单元的粘合剂B的实例是例如JSR Micro. 公司的产品TRD102A和TRD2001。
[0016]粘合剂A和B的混合物被认为是所述聚合物的混合物或各粘合剂的单体结构单元 的混合物。
[0017]例如，由单体结构单元苯乙烯、丁二烯和丙烯酸构成的聚合物是各种单体结构单 元的混合物。
[0018] 通过本发明特征的组合，实现电池功能的显著改进。在本发明的范围内特别发现， 在第一个充电循环中不可逆地用于在负极上形成覆盖层的锂离子的量显著降低。因此，该 电池组电池为后续循环提供更多的可循环容量。
[0019] 通过更高的初始容量，延长电池的使用寿命。此外，通过使用粘合剂A或B或A和B的 混合物，改进负极和正极的机械和化学稳定性。这也使得电池组电池的使用寿命延长。
[0020] 显著简化电极的制造方法和它们在电池制造的进一步生产过程中的加工。由于粘 合剂A和B是水溶性或水分散性的，所有制造步骤可以不使用有害健康、污染环境、易燃的有 机溶剂进行。因此，可省去特别的安全措施(如通风、传感器监测、防爆）、封闭的生产装置或 昂贵的溶剂回收。
[0021] 电极的成分分别是当在电池的充电或放电过程中该电池的活性金属的离子，特别 是锂离子被吸收到该活性材料中或被释放时改变电荷态的活性材料。在此过程中释放或消 耗的电子移入也为电极组成部分的电子导电（elektronisch leitend)的导电元件中。 [0022] 如已经提到，本发明优选用于根据W0 2011/098233 A2的可再充电锂离子电池组 电池。全文参考此文献。例如，在本发明中实现基本描述在所述文献中的下列特殊特征，从 中也可以获知进一步的细节： -正极异常厚，其中0.25毫米、0.3毫米、0.4毫米、0.5毫米、0.6毫米、0.8毫米和1.0毫 米的最小值按照这一顺序特别优选。正极的厚度优选为最大2毫米，特别优选最大1.5毫米。 _负极优选含有碳作为用于吸收锂离子的活性材料。其也优选异常厚，其中0.2毫米、 0.3毫米、0.4毫米、0.5毫米、0.6毫米和0.8毫米的最小值按照这一顺序特别优选。负极的厚 度优选为最大1.5毫米，特别优选最大1毫米。 -所述电极含有具有三维多孔金属结构，特别是金属泡沫形式的导电元件。在此特别 优选的是这种多孔金属结构基本延伸在该电极的整个厚度上。根据另一优选实施方案，该 电极的活性材料基本均匀分布在形成导电元件的三维多孔金属结