本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的用于將電池組電池中的陽極與陰極分開的隔膜（separator）。本發(fā)明也涉及一種根據(jù)權(quán)利要求10所述的電池組電池以及這種電池組電池在車輛的牽引電池組中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

在電池組中、尤其是在鋰離子電池組中采用隔膜，以便將陽極與陰極分開并且尤其是阻止短路。在電池組電池充電以及放電期間，離子、尤其是鋰離子從一個電極移動到另一電極。對此，所述隔膜必須傳導(dǎo)離子地來構(gòu)造。在電池組電池運行時，在陰極上并且在陽極上進行化學(xué)反應(yīng)。尤其是存在具有石墨陽極的鋰離子蓄電池，在所述鋰離子蓄電池中，鋰離子在放電時從陽極移動經(jīng)過隔膜移動到陰極，并且在陰極上被插入（interkalieren）到過渡金屬氧化物（例如li1-xni0.33co0.33mn0.33o2）中。在充電時，所述鋰離子被插入到陽極中。

具有金屬陽極的鋰蓄電池也是公知的，所述金屬陽極尤其是包含鋰。陰極包含有機硫化物或無機硫化物或者純硫。在放電時，鋰離子與陰極中的硫或硫化物成為化合物，由此例如形成多硫化物（polysulfid）。電解質(zhì)處在有電化學(xué)活性的（elektrochemischaktiv）硫化物之間。由此，尤其可以釋放多硫化物。所釋放的多硫化物可以沉淀在陽極上并且弄臟所述陽極并且由此損壞電池組電池。

由有機材料構(gòu)成、例如由聚乙烯或聚丙烯構(gòu)成的隔膜是公知的，所述由有機材料構(gòu)成的隔膜非常能傳導(dǎo)離子，但是所述由有機材料構(gòu)成的隔膜對于多硫化物來說也是能穿透的。此外，還公知由無機材料構(gòu)成的隔膜，所述由無機材料構(gòu)成的隔膜對于多硫化物來說是不能穿透的，然而所述由無機材料構(gòu)成的隔膜與所述由有機材料構(gòu)成的隔膜相比具有針對離子的比較低的傳導(dǎo)能力。

在電池組電池中，在充電時在陽極上沉積的鋰離子可在那里形成樹枝晶（dendrit），所述樹枝晶穿過隔膜生長到陰極上并且在到達陰極時觸發(fā)短路。這種樹枝晶尤其是可以穿過由有機材料構(gòu)成的多孔隔膜。

從us3625771中公知一種隔膜，所述隔膜具有聚合物混合物以及無機材料的顆粒（partikel）。在所述聚合物混合物中例如設(shè)置有聚砜、聚環(huán)氧化物以及聚苯醚（polyphenyloxid）。

wo00/36671a1公開了一種具有微孔的偽勃姆石層（pseudo-boehmit-schicht）的隔膜，所述偽勃姆石層與保護層保持接觸。在此，該保護層包括由多個單體（諸如丙烯酸酯、苯乙烯或環(huán)氧化物）構(gòu)成的聚合物。該保護層也可具有由有機和無機材料構(gòu)成的混合物。

在wo2006/088959a2中也公開了一種用于電池組的隔膜。在此，該隔膜包含具有附加物質(zhì)（諸如粘土（ton）、粘土礦物以及金屬硫化物）的層。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

提出一種用于將電池組電池中的陽極與陰極分開的隔膜，所述隔膜包括至少一個傳導(dǎo)離子的傳導(dǎo)層和至少一個對于多硫化物來說不能穿透的保護層，其中所述傳導(dǎo)層和所述保護層具有彼此不同的成分。在此，所述傳導(dǎo)層被構(gòu)造為共聚物，所述共聚物包括穩(wěn)定的相以及傳導(dǎo)離子的相。所述保護層具有無機物。

按照本發(fā)明的一有利的設(shè)計方案，所述保護層的無機物具有與多硫化物發(fā)生反應(yīng)的有化學(xué)反應(yīng)性的（chemischreaktiv）顆粒。在此，該保護層作為收氣劑層（getterschicht）起作用。該無機物也可完全由所提及過的有化學(xué)反應(yīng)性的顆粒構(gòu)成。

該保護層的有化學(xué)反應(yīng)性的顆粒例如包含堿金屬或者堿金屬化合物，或者由堿金屬或者堿金屬化合物構(gòu)成。

可替換地，該保護層的有化學(xué)反應(yīng)性的顆粒包含堿土金屬或者堿土金屬化合物，或者由堿土金屬或者堿土金屬化合物構(gòu)成。

優(yōu)選地，該保護層的有化學(xué)反應(yīng)性的顆粒彼此間隔開地來布置，其中在所述有化學(xué)反應(yīng)性的顆粒之間留有自由空間。

按照本發(fā)明的另一有利的設(shè)計方案，該保護層的無機物具有復(fù)合體顆粒，所述復(fù)合體顆粒彼此緊密地來布置，其中所述復(fù)合體顆粒中的多個復(fù)合體顆粒相互接觸。在此，形成一種緊密的復(fù)合體，所述緊密的復(fù)合體對于液體和化學(xué)物質(zhì)來說、尤其是對于多硫化物來說是不能穿透的。因此，該保護層作為阻擋層來起作用。該保護層的無機物傳導(dǎo)離子并且可以在兩側(cè)被引入到隔膜中。

該保護層的復(fù)合體顆粒例如包含傳導(dǎo)離子的陶瓷或者由傳導(dǎo)離子的陶瓷構(gòu)成。

也可設(shè)想的是由收氣劑層與阻擋層構(gòu)成的組合。

可替換地，該保護層的復(fù)合體顆粒包含硫銀鍺礦（argyrodit），或者由硫銀鍺礦構(gòu)成。

優(yōu)選地，在所述傳導(dǎo)層的共聚物中的傳導(dǎo)離子的相包含丙烯酸酯或者聚氧化乙烯。

此外，還提出一種電池組電池，所述電池組電池包括至少一個按照本發(fā)明的隔膜。

有利地，按照本發(fā)明的電池組電池在車輛、尤其是混合動力車輛（hev）、插電式混合動力車輛（phev）或電動車輛（ev）的牽引電池組中得到應(yīng)用。

本發(fā)明的優(yōu)點

作為所述隔膜的保護層的阻擋層以及收氣劑層可靠地阻止了多硫化物從陰極移動到陽極并且在那里沉淀。此外，所述隔膜的堅固的（massiv）陶瓷無機阻擋層還阻止生長在陽極上的樹枝晶到達陰極并且由此觸發(fā)短路。但是，所述隔膜仍然具有針對離子的比較高的傳導(dǎo)能力。此外，所述隔膜的保護層也對于氣體、液體和化學(xué)物質(zhì)密封緊密地來構(gòu)造。這尤其是對于鋰硫電池或者鋰氧電池是有利的，在所述鋰硫電池或者鋰氧電池中，在進行的電化學(xué)反應(yīng)期間釋放分解產(chǎn)物（如二氧化碳）。所述隔膜機械固定地、但仍然能彎曲地來構(gòu)造，并且因此可以在布置在陰極與陽極之間時卷起或折疊。

附圖說明

本發(fā)明的實施方式依據(jù)附圖和隨后的描述進一步予以解釋。

圖1示出了經(jīng)過具有收氣劑層的隔膜的第一實施方式的截面，

圖2示出了經(jīng)過具有阻擋層的隔膜的第二實施方式的截面，

圖3示出了經(jīng)過隔膜的第三實施方式的截面，

圖4示出了經(jīng)過具有收氣劑層的被實施為三部分的隔膜的第四實施方式的截面，

圖5示出了經(jīng)過具有收氣劑層的被實施為三部分的隔膜的第五實施方式的截面，

圖6示出了經(jīng)過具有阻擋層的被實施為三部分的隔膜的第六實施方式的截面，

圖7示出了經(jīng)過電池組電池的一部分的截面，所述電池組電池具有帶有收氣劑層的由兩部分組成的隔膜的第七實施方式，

圖8示出了經(jīng)過來自圖7的電池組電池的變型方案的一部分的截面，所述電池組電池的變型方案具有帶有阻擋層的由兩部分組成的隔膜，以及

圖9示出了經(jīng)過來自圖7的電池組電池的另一變型方案的一部分的截面。

具體實施方式

隔膜1在電池組電池中被布置在陽極與陰極之間。在此，隔膜1一方面?zhèn)鲗?dǎo)離子地來構(gòu)造，而另一方面阻止污染物、尤其是多硫化物和硫從陰極流到陽極。此外，隔膜1還在機械上用作在陽極與陰極之間的間隔墊片（abstandshalter）并且阻止在陽極與陰極之間的短路。

在圖1中所示出的按照第一實施例的隔膜1包括一個傳導(dǎo)層50以及一個作為收氣劑層來起作用的保護層40，所述傳導(dǎo)層50和所述保護層40彼此相鄰。所述保護層40在其背離傳導(dǎo)層50的一側(cè)上與下側(cè)6鄰接，而所述傳導(dǎo)層50在其背離保護層40的一側(cè)上與上側(cè)5鄰接。

所述隔膜1的傳導(dǎo)層50被構(gòu)造為共聚物并且具有機械穩(wěn)定的相2以及傳導(dǎo)離子的相3。在此，所述穩(wěn)定的相2引起隔膜1的機械強度并且例如包含聚苯乙烯（polystyren（聚苯乙烯））、環(huán)氧化物和/或硅氧烷。

所述隔膜1的傳導(dǎo)離子的相3用于傳導(dǎo)離子穿過隔膜1并且例如包含聚氧化乙烯（聚乙二醇）和/或丙烯酸酯。可選地，為了提高離子傳導(dǎo)能力，可以在所述傳導(dǎo)離子的相3中嵌入一種這里未示出的有傳導(dǎo)能力的鹽。

傳導(dǎo)層50在本情況下流動地轉(zhuǎn)變?yōu)楸Ｗo層40。因此，保護層40同樣被構(gòu)造為共聚物，并且具有機械穩(wěn)定的相2以及傳導(dǎo)離子的相3。在所述傳導(dǎo)離子的相3中嵌入有化學(xué)反應(yīng)性的顆粒7。在此，所述有化學(xué)反應(yīng)性的顆粒7彼此間隔開地分布在所述傳導(dǎo)離子的相3中，使得在所述有化學(xué)反應(yīng)性的顆粒7之間留有自由空間31。所提及過的自由空間31確保比較良好地傳導(dǎo)離子穿過所述保護層40的傳導(dǎo)離子的相3并且穿過所述隔膜1。

所述有化學(xué)反應(yīng)性的顆粒7包含無機物，并且尤其是與來自陰極的多硫化物發(fā)生反應(yīng)。因此，所述有化學(xué)反應(yīng)性的顆粒7阻止多硫化物以及其它可能會污染陽極的物質(zhì)穿過保護層40并且借此穿過隔膜1。

所提及過的自由空間31以如下大小來設(shè)計，所述大小確保：即使在有化學(xué)反應(yīng)性的顆粒7與多硫化物發(fā)生反應(yīng)之后，用于傳導(dǎo)離子穿過所述保護層40的傳導(dǎo)離子的相3的足夠大的空間也是可能的。

例如考慮堿金屬、堿金屬化合物、堿土金屬、堿土金屬化合物以及其它的金屬和化合物，作為所述有化學(xué)反應(yīng)性的顆粒7的材料。

在圖2中所示出的按照第二實施例的隔膜1類似于在第一實施例中的那樣來構(gòu)造，而且包括一個保護層40和一個傳導(dǎo)層50，所述保護層40和所述傳導(dǎo)層50彼此相鄰。在此，所述傳導(dǎo)層50與在第一實施例中一樣地來構(gòu)造。

不同于第一實施例，在作為阻擋層起作用的保護層40的傳導(dǎo)離子的相3中嵌入復(fù)合體顆粒8。在此，所述復(fù)合體顆粒8在所述傳導(dǎo)離子的相3中彼此緊密靠近地來布置并且相互接觸。因此，所述復(fù)合體顆粒8阻止多硫化物以及其它可能會污染陽極的物質(zhì)穿過保護層40并且借此穿過隔膜1。所述復(fù)合體顆粒8也用作針對熱事件的保護層。所述復(fù)合體顆粒8足夠好地傳導(dǎo)鋰離子。

所述復(fù)合體顆粒8包含無機物，例如氧化物、陶瓷、石榴石、石榴石類的li7la3zr2o12（llzo）、被稱作lisicon的玻璃陶瓷膜、未氧化的離子導(dǎo)體（ionenleiter）（如硫或磷）或者硫銀鍺礦、或鋰硫銀鍺礦（lithium-argyrodit）。

所述復(fù)合體顆粒8能傳導(dǎo)離子，但是具有比所述共聚物的傳導(dǎo)離子的相3更低的離子傳導(dǎo)能力。所述保護層40比較薄地來實施。所述隔膜1的機械穩(wěn)定性通過在所述傳導(dǎo)層50的共聚物中的穩(wěn)定的相2來保證。

在圖3中所示出的按照第三實施例的隔膜1類似于在第二實施例中的那樣來構(gòu)造，并且包括一個傳導(dǎo)層50以及一個作為阻擋層起作用的保護層40，所述保護層40和所述傳導(dǎo)層50彼此相鄰。在此，所述保護層40與在第二實施例中一樣地來構(gòu)造。

不同于第二實施例，在所述傳導(dǎo)層50的傳導(dǎo)離子的相3中也嵌入有化學(xué)反應(yīng)性的顆粒7，類似于在按照第一實施例的保護層中的那樣。

因此，按照第三實施例的隔膜1包括一個傳導(dǎo)層50和一個作為阻擋層起作用的保護層40，所述傳導(dǎo)層50具有有化學(xué)反應(yīng)性的顆粒7，所述保護層40具有復(fù)合體顆粒8。優(yōu)選地，這種隔膜1被布置在電池組電池中，使得所述傳導(dǎo)層50朝向陽極，而所述保護層40朝向陰極。

多硫化物在所述傳導(dǎo)層50中與處在那里的有化學(xué)反應(yīng)性的顆粒7發(fā)生反應(yīng)，所述多硫化物也許還在微小程度上經(jīng)過所述復(fù)合體顆粒8之間穿過保護層40。所述復(fù)合體顆粒8提高了所述隔膜1的強度。此外，所述緊密靠近的復(fù)合體顆粒8還阻止樹枝晶將所述有化學(xué)反應(yīng)性的顆粒7從隔膜1擠壓出來，所述樹枝晶從陽極開始伸展并且部分地侵入到所述隔膜1中。

在圖4中示出了按照第四實施例的隔膜1。該隔膜1包括兩個傳導(dǎo)層50以及一個作為收氣劑層起作用的保護層40，所述兩個傳導(dǎo)層50也被稱作上層10和下層11，所述保護層40也被稱作內(nèi)層9。在此，內(nèi)層9被布置在上層10與下層11之間。

所述上層10和所述下層11分別被構(gòu)造為共聚物，并且各具有機械穩(wěn)定的相2以及傳導(dǎo)離子的相3。所述內(nèi)層9只具有傳導(dǎo)離子的相3，有化學(xué)反應(yīng)性的顆粒7被嵌入到所述傳導(dǎo)離子的相3中。在所述有化學(xué)反應(yīng)性的顆粒7之間留有自由空間31。也可以考慮在第一實施例中所提到的材料，作為所述有化學(xué)反應(yīng)性的顆粒7的材料。

所述隔膜1的三層結(jié)構(gòu)阻止了保護層40與陽極以及與陰極的直接接觸，其中所述保護層40在兩側(cè)各被一個由共聚物構(gòu)成的傳導(dǎo)層50包圍。由此，避免了陽極材料以及陰極材料與所述保護層40中的有化學(xué)反應(yīng)性的顆粒7的不符合期望的化學(xué)反應(yīng)。

按照第五實施例的隔膜1在圖5中被示出，并且同樣包括兩個傳導(dǎo)層50以及一個作為收氣劑層起作用的保護層40，所述兩個傳導(dǎo)層50也被稱作上層10和下層11，所述保護層40也被稱作內(nèi)層9。在此，內(nèi)層9如在第四實施例中的那樣被布置在上層10與下層11之間。所述上層10和所述下層11分別被構(gòu)造為共聚物，并且如在第四實施例中的那樣各具有機械穩(wěn)定的相2以及傳導(dǎo)離子的相3。

所述內(nèi)層9同樣被構(gòu)造為共聚物，而且具有機械穩(wěn)定的相2以及傳導(dǎo)離子的相3。在此，所述穩(wěn)定的相2提高了在上層10以及下層11與內(nèi)層9之間的粘附力，并且由此提高了所述隔膜1的強度。

在所述內(nèi)層9的傳導(dǎo)離子的相3中嵌入有化學(xué)反應(yīng)性的顆粒7。在所述內(nèi)層9中的有化學(xué)反應(yīng)性的顆粒7之間留有自由空間31。也可以考慮在第一實施例中所提到的材料，作為所述有化學(xué)反應(yīng)性的顆粒7的材料。

所述隔膜1的三層結(jié)構(gòu)阻止了保護層40與陽極以及與陰極直接接觸，其中所述保護層40在兩側(cè)各被一個由共聚物構(gòu)成的傳導(dǎo)層50包圍。由此，避免了陽極材料以及陰極材料與保護層40中的有化學(xué)反應(yīng)性的顆粒7的不符合期望的化學(xué)反應(yīng)。

在圖6中所示出的按照第六實施例的隔膜1類似于在第四實施例中的那樣來構(gòu)造。該隔膜1包括兩個傳導(dǎo)層50以及一個作為阻擋層起作用的保護層40，所述兩個傳導(dǎo)層50也被稱作上層10和下層11，所述保護層40也被稱作內(nèi)層9。在此，所述內(nèi)層9如在第四實施例中的那樣被布置在上層10與下層11之間。

所述上層10和所述下層11分別被構(gòu)造為共聚物，并且各具有機械穩(wěn)定的相2以及傳導(dǎo)離子的相3。所述內(nèi)層9只具有傳導(dǎo)離子的相3，復(fù)合體顆粒8被嵌入到所述傳導(dǎo)離子的相3中。在此，所述復(fù)合體顆粒8在所述傳導(dǎo)離子的相3中彼此緊密靠近地來布置并且相互接觸?？梢钥紤]在第二實施例中所提到的材料，作為所述復(fù)合體顆粒8的材料。

所述隔膜1的三層結(jié)構(gòu)阻止了保護層40與陽極以及與陰極直接接觸，其中所述保護層40在兩側(cè)各被一個由共聚物構(gòu)成的傳導(dǎo)層50包圍。由此，避免了陽極材料以及陰極材料與保護層40中的復(fù)合體顆粒8的不符合期望的化學(xué)反應(yīng)。

在圖7中示出了在電池組電池中的按照第七實施例的隔膜1。該電池組電池包括具有集流體13的陽極裝置，陽極材料16被涂覆到所述集流體13上。在本情況下，所述集流體13是銅箔。所述陽極材料16是有電化學(xué)活性的材料，諸如鋰、鎂或者鈉。

此外，載體薄片（traegerplaettchen）14被涂覆到所述集流體13上，所述載體薄片14由聚合物或者金屬聚合物復(fù)合材料（例如銅聚合物復(fù)合材料）構(gòu)成。在所述載體薄片14上，分別在背離所述集流體13的一側(cè)上布置有絕緣體15。

所述隔膜1包括一個作為收氣劑層起作用的保護層40以及一個傳導(dǎo)層50，所述保護層40和所述傳導(dǎo)層50彼此相鄰。在此，所述保護層40貼靠在所述絕緣體15上。所述絕緣體15比陽極材料16從集流體13突出來得更遠。因此，避免了在所述隔膜1的保護層40與所述陽極材料16之間的直接接觸。

所述隔膜1的傳導(dǎo)層50被構(gòu)造為共聚物，并且具有機械穩(wěn)定的相2以及傳導(dǎo)離子的相3。所述保護層40同樣被構(gòu)造為共聚物，并且具有機械穩(wěn)定的相2以及傳導(dǎo)離子的相3。有化學(xué)反應(yīng)性的顆粒7被嵌入到所述保護層40的傳導(dǎo)離子的相3中。在所述有化學(xué)反應(yīng)性的顆粒7之間留有自由空間31。可以考慮在第一實施例中所提到的相同的材料，作為所述有化學(xué)反應(yīng)性的顆粒7的材料。

在圖8中示出了來自圖7的電池組電池的變型方案。所述電池組電池包括具有集流體13的陽極裝置，陽極材料16被涂覆到所述集流體13上。此外，用于承載隔膜1的載體顆粒17被涂覆到所述集流體13上。所述載體顆粒17比所述陽極材料16從集流體13突出來得更遠。因此，避免了在所述隔膜1與所述陽極材料16之間的直接接觸。

在本情況下，所述隔膜1如在第二實施例中所描述的那樣來構(gòu)造。在此，所述隔膜1的作為阻擋層起作用的保護層40朝向所述陽極裝置的集流體13，并且壓（aufliegen）在所述載體顆粒17上。但是，也可以采用根據(jù)另一實施例的隔膜。

在圖9中同樣示出了來自圖7的電池組電池的變型方案。所述電池組電池包括具有集流體13的陽極裝置，陽極材料16被涂覆到所述集流體13上。此外，載體顆粒17被涂覆到所述集流體13上，所述載體顆粒17用于承載所述隔膜1。

在所述隔膜1與所述陽極材料16之間留有的中間空間21用傳導(dǎo)離子的材料填充。例如適合于此的是，所述隔膜1的共聚物的傳導(dǎo)離子的相的材料或者由電解質(zhì)和所述共聚物的傳導(dǎo)離子的相構(gòu)成的混合物以及液態(tài)的或者也包括凝膠狀的電解質(zhì)。

在本情況下，所述隔膜1如在第二實施例中所描述的那樣來構(gòu)造。在此，所述隔膜1的傳導(dǎo)層50朝向所述陽極裝置的集流體13，并且壓在所述載體顆粒17上。但是，也可以采用根據(jù)另一實施例的隔膜。

此外，所述電池組電池還包括具有陰極層20的陰極裝置，所述陰極層20基本上由經(jīng)壓縮的（verdichtet）有電化學(xué)活性的材料構(gòu)成。此外，所述陰極層20還可包含電解質(zhì)以及所述隔膜1的共聚物的傳導(dǎo)離子的相的材料。此外，所述陰極裝置還包括混合層19，所述混合層19具有多孔的有電化學(xué)活性的材料，所述多孔的有電化學(xué)活性的材料與所述陰極層20相比具有增大的表面積。

在所述隔膜1的作為阻擋層起作用的保護層40與所述混合層19之間布置有中間層18。所述混合層19包含共聚物，所述共聚物具有穩(wěn)定的相2和傳導(dǎo)離子的相3。在所述共聚物中，與所述隔膜1的共聚物相比，包含更高份額的傳導(dǎo)離子的相3以及更低份額的穩(wěn)定的相2。

本發(fā)明不限于這里所描述的實施例和在其中所強調(diào)的方面。更確切地說，在通過權(quán)利要求書所說明的范圍之內(nèi)可能有多個變型方案，所述變型方案在本領(lǐng)域技術(shù)人員的處理范圍內(nèi)。