EP1535358B1

Electric separator, method for making same and use thereof in high-power lithium cells

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Expired 4 July 2023, 3.2 years ago.

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25 claims: 18 independent, 7 dependent

  1. 1
    Separator, umfassend ein flexibles Vlies mit einer auf und in diesem Vlies befindlichen porösen anorganischen Beschichtung, wobei das Material des Vlieses ausgewählt ist aus ungewebten, nicht elektrisch leitfähigen Polymerfasern, dadurch gekennzeichnet, dass das Vlies eine Dicke von weniger als 30 µm, eine Porosität von mehr als 50 % und eine Porenradienverteilung aufweist, bei der mindestens 50 % der Poren einen Porenradius von 75 bis 150 µm aufweisen.
  2. 2
    Separator gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Separator eine Dicke von kleiner 35 µm aufweist.
  3. 3
    Separator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerfasern, ausgewählt sind aus Fasern von Polyacrylnitril, Polyester und/oder Polyolefin.
  4. 4
    Separator gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerfasern einen Durchmesser von 0,1 bis 10 µm aufweisen.
  5. 5
    Separator gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible Vlies ein Flächengewicht von kleiner 20 g/m 2 aufweist.
  6. 6
    Separator nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Vlies eine Dicke von 5 bis 30 µm aufweist.
  7. 7
    Separator gemäß einem der Ansprüche 1 bits 6, dadurch gekennzeichnet, dass die auf und in dem Vlies befindliche poröse anorganische Beschichtung Oxid-Partikel der Elemente Al, Si und/oder Zr mit einer mittleren Partikelgröße von 0,5 bis 7µm aufweist.
  8. 8
    Separator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die auf und in dem Vlies befindliche poröse anorganische Beschichtung Aluminiumoxid-Partikel mit einer mittleren Partikelgröße von 1 bis 4 µm aufweist, die mit einem Oxid der Elemente Zr oder Si verklebt sind.
  9. 9
    Separator gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Separator eine Porosität von 30 bis 80 % aufweist..
  10. 10
    Separator gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Separator eine Reißfestigkeit von mehr als 1 N/cm aufweist.
  11. 11
    Separator gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Separator ohne Beschädigung bis auf einen Radius bis herab zu 100 m biegbar ist.
  12. 12
    Separator gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Separator ohne Beschädigung bis auf einen Radius bis herab zu 1mm biegbar ist.
  13. 13
    Verfahren zur Herstellung eines Separators gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in und auf ein flexibles Vlies, das eine Dicke von weniger als 30 µm, eine Porosität von mehr als 50 % und eine Porenradienverteilung aufweist, bei der 50 % der Poren einen Porenradius von 75 bis 150 µm aufweisen, durch Aufbringen einer Suspension und zumindest einmaliges Erwärmen, bei welchem die Suspension auf und im Vlies verfestigt wird, eine poröse, anorganische Beschichtung gebracht wird, und wobei die Suspension Oxid-Partikel und zumindest ein Sol aufweist und das Material des Vlieses ausgewählt ist aus ungewebten, nicht elektrisch leitfähigen Polymerfasern.
  14. 14
    Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension Oxid-Partikel mit einem mittleren Partikeldurchmesser von 0,5 bis 7 µm der Elemente Al, Zr und/oder Si und zumindest ein Sol aufweist.
  15. 15
    Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension durch Aufdrucken, Aufpressen, Einpressen, Aufrollen, Aufrakeln, Aufstreichen, Tauchen, Spritzen oder Aufgießen auf und in das Substrat gebracht wird.
  16. 16
    Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerfasern ausgewählt sind aus Fasern von Polyacrylnitril, Polyester oder Polyolefin.
  17. 17
    Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension zumindest ein Sol der Elemente Al, Zr und/oder Si aufweist, und durch Suspendieren von Oxid-Partikeln in zumindest einem dieser Sole hergestellt wird.
  18. 18
    Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Sole durch Hydrolisieren zumindest einer Verbindung der Elemente Al, Zr und/oder Si mit Wasser oder einer Säure oder eine Kombination dieser Verbindungen erhalten werden.
  19. 19
    Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Alkoholatverbindung der Elemente Zr, Al und/oder Si oder zumindest ein Nitrat, Carbonat oder Halogenid ausgewählt aus den Verbindungen der Elemente Zr, Al und/oder Si hydrolisiert wird.
  20. 20
    Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass als Metalloxid-Partikel Aluminiumoxidpartikel eingesetzt werden, die eine mittlere Partikelgröße von 0,5 bis 7 µm aufweisen.
  21. 21
    Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Massenanteil der suspendierten Metalloxid-Partikel dem 1 bis 10fachen des eingesetzten Sols entspricht.
  22. 22
    Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die auf und im Vlies vorhandene Suspension durch Erwärmen auf 50 bis 350 °C verfestigt wird.
  23. 23
    Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Erwärmen für 0,5 bis 10 Minuten bei einer Temperatur von 110 bis 280 °C erfolgt.
  24. 24
    Verwendung eines Separators gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 12 als Separator in Lithium-Batterien.
  25. 25
    Batterie, einen Separator gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 12 aufweisend.
Independent claims25