WO2010118822A1 - Unsymmetrischer separator - Google Patents

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WO2010118822A1
WO2010118822A1 PCT/EP2010/001979 EP2010001979W WO2010118822A1 WO 2010118822 A1 WO2010118822 A1 WO 2010118822A1 EP 2010001979 W EP2010001979 W EP 2010001979W WO 2010118822 A1 WO2010118822 A1 WO 2010118822A1
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separator according
separator
battery
nonwoven fabric
cathode
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PCT/EP2010/001979
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French (fr)
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Christoph Weber
Michael Roth
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Carl Freudenberg Kg
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the invention relates to a separator for arrangement in a battery, comprising a base body, wherein the base body has an anode side for contacting the anode of a battery and a cathode side for contacting the cathode of a battery.
  • the cathode uses high voltage cathode materials, which allow for higher cell voltage in the battery, and therefore higher capacity.
  • the high voltage cathode materials especially in the charged state of a battery, are highly oxidizing materials that make entirely new demands on the components used in a battery.
  • the separator On the anode side, the separator is in direct contact with strongly reducing electrode materials. This results in new requirements for the electrolyte and also for the separator, which is in direct physical contact with the electrodes.
  • the invention is therefore based on the object to provide a separator which is easily used in lithium-ion batteries and increases the reliability of the lithium-ion battery.
  • the above object is achieved by a separator with the features of claim 1. Thereafter, the separator mentioned above is characterized in that the anode side has a different material consistency than the cathode side.
  • a separator is needed which can easily come into contact with different electrode materials. It has also been recognized that a different material consistency of the separator on the anode side and the cathode side allows the separator to be adapted to the electrode materials. It is not only conceivable to form a different porosity on the anode side than on the cathode side, but even to arrange completely different materials or material mixtures. According to this separator allows to meet the new requirements for large high energy or high power batteries.
  • the separator according to the invention has an asymmetrical structure. It can therefore be adapted to the respective different requirements of the chemical or electrochemical stability at the respective electrode side. This ensures safe operation of a battery. Consequently, the object mentioned above is achieved.
  • anode side could consist of a first material or of a first material mixture and the cathode side of a second material or a second material mixture.
  • the respective materials or material mixtures may be adapted to the chemical or physical conditions on the respective electrode side.
  • a finely porous barrier layer could be formed on the anode side and / or the cathode side. This can prevent dendrite growth. Dendrite growth usually begins at the anode and continues from there to the cathode. It can be effectively reduced by a very fine porous barrier layer. It is also conceivable that on the anode side very fine pores are formed with the cathode side increasing pore diameter.
  • the finely porous barrier layer could be laminated onto the base body. As a result, a solid and relatively secure detachment connection with the body is made.
  • the lamination process allows separate production of the base body and the barrier layer, which may consist of a material or a mixture of materials.
  • the first material or the first material mixture and / or the second material or the second material mixture could comprise fillers.
  • the fillers allow adjustment of the porosity of the finely porous barrier layer. It is conceivable to use as fillers pulp material, fibers or particles. These fillers may even be incorporated into the body to modify its porosity.
  • the fillers could be formed as particles having an average particle size of from 0.2 to 10 ⁇ m, preferably from 0.5 to 4 ⁇ m.
  • the particle size of 0.2 to 10 microns allows the construction of a finely porous layer.
  • the particle size of 0.5 to 4 microns allows the construction of a finely porous layer that effectively prevents dendrite growth in lithium-ion batteries. As a result, a short circuit or even an explosion of the battery can be avoided.
  • the particles could be round or stretched.
  • At least some of the fillers on the anode side could contain Al 2 O 3 and at least some of the fillers on the cathode side could contain polyvinylidene fluoride.
  • particles of Al 2 O 3 withstand the reducing anode materials and particles of polyvinylidene fluoride withstand the oxidizing cathode materials.
  • Al 2 O 3 aluminum oxide
  • polyvinylidene fluoride is stable to oxidation.
  • At least some of the fillers could be formed as swellable and gel-forming substances in the electrolyte. Swelling or gelation can cause unwanted holes in the separator to close and its porosity can be further refined upon contact with the electrolyte.
  • the fillers mentioned here, in particular the particles, could be bound by binders, as mentioned in WO 2009/033 514 A1, WO 2009/033 627 A1 and PCT / EP2009 / 001197.
  • the main body could consist of a nonwoven fabric.
  • a layer of nonwoven fabric can be easily equipped on the anode side or on the cathode side with different materials.
  • the polyolefin separators known from the prior art show significant disadvantages in terms of thermal stability. These include high shrinkage and melting and deliquescence at elevated temperatures and pressure.
  • a nonwoven fabric surprisingly shows better performance here, although the nonwoven fabric may also comprise polyolefin fibers.
  • the nonwoven fabric could be configured as a wet nonwoven fabric, which is thermally bonded and / or fixed by a binder.
  • a nonwoven fabric can be formed particularly well with a finely porous barrier layer.
  • the nonwoven fabric could be made of fibers whose average diameter is at most 5 ⁇ m. This creates a very fine pore structure.
  • the melting point of the nonwoven fabric could be greater than 100 ° C.
  • the melting point of the nonwoven fabric could be greater than 140 ° C.
  • the melting temperature in the electrolyte could be greater than 200 ° C.
  • Such a nonwoven fabric is particularly suitable for use in a lithium-ion battery.
  • the separator could have a shrinkage of at most 5% at a temperature of 150 ° C. A separator with such a shrinkage behavior can also be used in batteries which show high operating temperatures.
  • the separator could have an average pore size (average pore diameter) of 0.1 to 4 .mu.m, preferably from 0.1 to 1 .mu.m. With a pore size of 0.1 to 4 .mu.m, which is present in particular on the anode side, a high lithium ion concentration and thereby rapid charging of the battery is possible. With an anode-side pore size of 0.1 to 1 .mu.m a particularly rapid charging of the battery with surprisingly low dendrite growth is possible.
  • the separator could have a thickness of at most 40 ⁇ m, preferably at most 30 ⁇ m.
  • the coating of an electrode or a separator increases the safety of a battery, it has the disadvantage that it increases the thickness of the entire separator. This counteracts a higher energy and power density of batteries.
  • a separator of at most 40 ⁇ m provides adequate safety and, on the other hand, high energy and power density of a lithium-ion battery.
  • Fig. 1 is a schematic view of a separator with a
  • Base made of nonwoven fabric, which is coated on one side superficially,
  • Fig. 2 is a schematic view of a separator with a
  • Main body made of nonwoven fabric, which is coated on both sides and,
  • Fig. 3 is a schematic view of a separator with a
  • Body made of nonwoven fabric, which is coated on both sides, wherein the material mixtures at least partially into the interior of the
  • the 1 shows a separator for arrangement in a battery, comprising a main body 1, the main body 1 having an anode side 2 for direct contacting of the anode of a battery and a cathode side 3 for direct contacting of the cathode of a battery.
  • the anode side 2 has a different material consistency than the cathode side 3.
  • the base body 1 is formed as a nonwoven fabric and coated on the anode side with a material mixture of inert, temperature-stable particles 4 and binder particles 5.
  • the anode side 2 therefore consists of a first material mixture and the cathode side 3 consists of a second material or a second material mixture, which is formed here as a nonwoven fabric.
  • a finely porous barrier layer 6 is formed on the anode side 2 .
  • 2 shows a separator for arrangement in a battery, comprising a main body 1, the main body 1 having an anode side 2 for direct contacting of the anode of a battery and a cathode side 3 for direct contacting of the cathode of a battery.
  • the anode side 2 has a different material consistency than the cathode side 3.
  • the base body 1 is formed as a nonwoven fabric and coated on the anode side with a first material mixture of inert, temperature-stable particles 4 and binder particles 5.
  • the main body 1 is coated on the cathode side with a second material mixture of inert, temperature-stable particles 4a and binder particles 5.
  • the anode side 2 therefore consists of a first material mixture and the cathode side 3 consists of a second material mixture.
  • On the anode side 2 a finely porous barrier layer 6 is formed. The first and the second material mixture have penetrated into the interior of the main body 1.
  • the anode side 2 therefore consists of a first material mixture and the cathode side 3 consists of a second material mixture.
  • On the anode side 2 a finely porous barrier layer 6 is formed.
  • the first and the second material mixture are almost not penetrated into the interior of the base body 1.
  • the impregnated nonwoven fabric (C) was by means of a
  • the mean pore size was determined according to ASTME E 1294 (pore size characteristics of membrane filters using an automatic liquid porosimeter). To determine the basis weight, three 100x100 mm samples were punched out, the samples were weighed and the measured value multiplied by 100. Thicknesses were measured with a Precision Thickness Gauge Model 2000 U / Electrics. The measuring area was 2 cm 2 , the measuring pressure 1000 cN / cm 2 . For the determination of the shrinkage 100x100mm large samples were punched out and stored for 10 minutes at 150 0 C in a labdryer from Mathis. Subsequently, the shrinkage of the patterns was determined.

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Abstract

Ein Separator zur Anordnung in einer Batterie, umfassend einen Grundkörper (1), wobei der Grundkörper (1) eine Anodenseite (2) zur Kontaktierung der Anode einer Batterie und eine Kathodenseite (3) zur Kontaktierung der Kathode einer Batterie aufweist, ist im Hinblick auf die Aufgabe, einen Separator anzugeben, der problemlos in Lithium-Ionen-Batterien einsetzbar ist und die Beriebssicherheit der Lithium-Ionen-Batterie erhöht, dadurch gekennzeichnet, dass die Anodenseite (2) eine andere Materialkonsistenz aufweist als die Kathodenseite (3).

Description

Unsymmetrischer Separator
Beschreibung
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Separator zur Anordnung in einer Batterie, umfassend einen Grundkörper, wobei der Grundkörper eine Anodenseite zur Kontaktierung der Anode einer Batterie und eine Kathodenseite zur Kontaktierung der Kathode einer Batterie aufweist.
Stand der Technik
Separatoren der eingangs genannten Art sind bereits aus der WO 2009/033 514 A1 und der WO 2009/033 627 A1 bekannt. Dort sind Vliesstoffe mit Partikelfüllung beschrieben, die als Separatoren in Batterien und Energiespeichern verwendet werden.
Im Zuge der Verknappung natürlicher Ressourcen und der damit einhergehenden Kostensteigerungen für Energie werden Energiespeicher - insbesondere elektrische Energiespeicher - zunehmend wichtiger für moderne Industriegesellschaften. Als Energiespeicher werden überwiegend Kondensatoren und Batterien verwendet. Als besonders vielversprechend gelten derzeit Lithium-Ionen- Batterien. Diese Batterien werden heute schon für mobile Anwendungen, wie z.B. in Mobiltelefonen, Camcordern etc., verwendet.
Bei der Übertragung dieser Technologie auf großvolumige Batterien, die für die Speicherung großer Mengen elektrischer Energie benötigt werden, treten allerdings Scale-Up-Probleme auf. Ein wesentliches Problem dabei ist die Erwärmung bzw. Überhitzung einer Batterie. In großen Batterien kann die bei Lade- bzw. Entladevorgängen entstehende Wärme relativ schlecht abgegeben werden, so dass die einzelnen Komponenten der Batteie einer hohen thermischen Belastung ausgesetzt werden, die für die Batterie lebensdauerverkürzend wirkt. Daher werden erhöhte Anforderungen an die Sicherheit, Stabilität und Lebensdauer der einzelnen Komponenten einer Batterie gestellt, um einen internen Kurzschluss zu vermeiden und eine Explosion der Batterie zu verhindern.
Um eine ökonomische Nutzung von Lithium-Ionen-Batterien zu gewährleisten, muss neben einer Vergrößerung der Batterien auch deren Energie- bzw. Leistungsdichte weiter erhöht werden. Um diese Anforderungen zu erfüllen, werden neue Elektrodenmaterialien, sowohl für die Anode als auch für die Kathode, entwickelt.
Bei der Kathode werden Hochspannungskathodenmaterialien verwendet, die eine höhere Zellspannung in der Batterie und damit auch eine höhere Kapazität ermöglichen. Die Hochspannungskathodenmaterialien sind, insbesondere im geladenen Zustand einer Batterie, stark oxidierende Materialien, die gänzlich neue Anforderungen an die verwendeten Komponenten in einer Batterie stellen. Auf der Anodenseite steht der Separator in direktem Kontakt mit stark reduzierenden Elektrodenmaterialien. Hieraus erwachsen neue Anforderungen an den Elektrolyten und auch an den Separator, der in direktem physikalischen Kontakt zu den Elektroden steht.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Separator anzugeben, der problemlos in Lithium-Ionen-Batterien einsetzbar ist und die Beriebssicherheit der Lithium-Ionen-Batterie erhöht.
Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch einen Separator mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach ist der eingangs genannte Separator dadurch gekennzeichnet, dass die Anodenseite eine andere Materialkonsistenz aufweist als die Kathodenseite.
Erfindungsgemäß ist zunächst erkannt worden, dass ein Separator benötigt wird, der problemlos mit unterschiedlichen Elektrodenmaterialien in Kontakt treten kann. Weiter ist erkannt worden, dass eine unterschiedliche Materialkonsistenz des Separators auf der Anodenseite und der Kathodenseite erlaubt, den Separator an die Elektrodenmaterialien anzupassen. Dabei ist nicht nur denkbar, auf der Anodenseite eine andere Porosität als auf der Kathodenseite auszubilden, sondern sogar völlig andere Materialien oder Materialmischungen anzuordnen. Erfindungsgemäß erlaubt dieser Separator, den neuen Anforderungen für große High Energy bzw. High Power Batterien gerecht zu werden. Ganz im Gegensatz zu den bereits bekannten Polyolefinseparatoren, die aus einheitlichen Materialien (Polytehylen oder Polypropylen) mit einer relativ zum Querschnitt isotropen Porenstruktur bestehen, ist der erfindungsgemäße Separator unsymmetrisch aufgebaut. Er kann daher an die jeweils unterschiedlichen Anforderungen an die chemische bzw. elektrochemische Stabilität an der jeweiligen Elektrodenseite angepasst werden. Hierdurch wird ein sicherer Betrieb einer Batterie gewährleistet. Folglich ist die eingangs genannte Aufgabe gelöst.
Die unterschiedliche Materialbeschaffenheit des Separatore auf der Anodenseite und der Kathodenseite könnte auch durch eine
Oberflächenbehandlung, z.B. reaktives oder aktivierendes Plasma, Corona- Behandlung oder Fluorierung, bewirkt werden. Hierdurch kann insbesondere die Haftung an die Elektroden verbessert, eine Schutzschicht gegen elektrochemische Korrosion gebildet oder die Benetzungseigenschaften durch den Elektrolyten verbessert werden.
Vor diesem Hintergrund könnte Anodenseite aus einem ersten Material oder einer ersten Materialmischung und die Kathodenseite aus einem zweiten Material oder einer zweiten Materialmischung bestehen. Die jeweiligen Materialien oder Materialmischungen können an die chemischen oder physikalischen Bedingungen an der jeweiligen Elektrodenseite angepasst sein.
Auf der Anodenseite und/ oder der Kathodenseite könnte eine feinporöse Sperrschicht ausgebildet sein. Hierdurch kann ein Dendritenwachstum verhindert werden. Das Dendritenwachstum beginnt üblicherweise an der Anode und setzt sich von dort zur Kathode fort. Es lässt sich durch eine sehr feinporöse Sperrschicht effektiv vermindern. Dabei ist auch denkbar, dass anodenseitig sehr feine Poren mit zur Kathodenseite zunehmendem Porendurchmesser ausgebildet sind.
Die feinporöse Sperrschicht könnte auf den Grundkörper auflaminiert sein. Hierdurch ist eine feste und relativ ablösesichere Verbindung mit dem Grundkörper hergestellt. Der Laminierprozess erlaubt eine separate Fertigung des Grundkörpers und der Sperrschicht, die aus einem Material oder einer Materialmischung bestehen kann. Das erste Material oder die erste Materialmischung und/oder das zweite Material oder die zweite Materialmischung könnte Füllstoffe aufweisen. Die Füllstoffe erlauben eine Einstellung der Porosität der feinporösen Sperrschicht. Dabei ist denkbar als Füllstoffe Pulpmaterial, Fasern oder Partikel zu verwenden. Diese Füllstoffe können sogar in den Grundkörper eingebracht werden, um dessen Porosität zu modifizieren.
Vor diesem Hintergrund könnte zumindest ein Teil der Füllstoffe als Partikel einer mittleren Partikelgröße von 0,2 bis 10 μm, bevorzugt von 0,5 bis 4 μm ausgebildet sein. Die Partikelgröße von 0,2 bis 10 μm erlaubt den Aufbau einer hinrichend feinporösen Schicht. Die Partikelgröße von 0,5 bis 4 μm erlaubt den Aufbau einer feinporösen Schicht, die Dendritenwachstum in Lithium-Ionen- Batterien wirksam verhindert. Hierdurch kann ein Kurzschluss oder sogar eine Explosion der Batterie vermieden werden. Die Partikel könnten rund oder gestreckt ausgebildet sein.
Zumindest ein Teil der Füllstoffe auf der Anodenseite könnte AI2O3 und zumindest ein Teil der Füllstoffe auf der Kathodenseite könnte Polyvinylidenfluorid enthalten. Überraschend halten Partikel aus AI2O3 den reduzierenden Anodenmaterialen und Partikel aus Polyvinylidenfluorid den oxidierenden Kathodenmaterialien stand. AI2O3 (Aluminiumoxid) ist reduktionsstabil und Polyvinylidenfluorid ist oxidationsstabil.
Es ist denkbar, die in den WO 2009/033 514 A1 , der WO 2009/033 627 A1 und der PCT/EP2009/001197 weiter genannten Partikel zur Ausrüstung eines unsymmetrisch aufgebauten Separators zu verwenden, soweit sie reduktionstabil oder oxidationsstabil sind.
Zumindest ein Teil der Füllstoffe könnte als quellfähige und im Elektrolyten gelbildende Substanzen ausgebildet sein. Durch das Aufquellen oder die Gelbildung können unerwünschte Löcher im Separator geschlossen werden und kann dessen Porosität bei Kontakt mit dem Elektrolyten noch stärker verfeinert werden.
Die hier genannten Füllstoffe, insbesondere die Partikel, könnten durch Bindemittel gebunden sein, wie sie in den WO 2009/033 514 A1 , der WO 2009/033 627 A1 und der PCT/EP2009/001197 genannt sind.
Der Grundkörper könnte aus einem Vliesstoff bestehen. Eine Lage aus Vliesstoff lässt sich problemlos anodenseitig oder kathodenseitig mit unterschiedlichen Materialien ausrüsten. Die aus dem Stand der Technik bekannten Polyolefinseparatoren zeigen signifikante Nachteile hinsichtlich der thermischen Stabilität. Hierbei sind der hohe Schrumpf und das Aufschmelzen und ein Zerfliessen bei erhöhten Temperaturen und Druck zu nennen. Ein Vliesstoff zeigt hier überraschend eine besseres Verhalten, obwohl auch der Vliesstoff Fasern aus Polyoelfinen umfassen kann.
Besonders bevorzugt könnte der Vliesstoff als Nassvliesstoff ausgestaltet sein, welcher thermisch verfestigt und/oder durch ein Bindemittel fixiert ist. Ein solcher Vliesstoff lässt sich besonders gut mit einer feinporösen Sperrschicht ausbilden.
Der Vliesstoff könnte aus Fasern gefertigt sein, deren mittlerer Durchmesser höchstens 5 μm beträgt. Hierdurch ist eine sehr feine Porenstruktur geschaffen.
Der Schmelzpunkt des Vliesstoffs könnte größer als 100° C sein. Bevorzugt könnte der Schmelzpunkt des Vliesstoffs größer als 140° C sein. Besonders bevorzugt könnte die Schmelztemperatur im Elektrolyten größer als 200° C sein. Ein solcher Vliesstoff eignet sich besonders für die Verwendung in einer Lithium-Ionen Batterie. Der Separator könnte einen Schrumpf von höchstens 5 % bei einer Temperatur von 150° C aufweisen. Ein Separator mit einem solchen Schrumpfverhalten kann auch in Batterien eingesetzt werden, die hohe Betriebstemperaturen zeigen.
Der Separator könnte eine mittlere Porengröße (mittlerer Porendurchmesser) von 0,1 bis 4 μm, bevorzugt von 0,1 bis 1 μm aufweisen. Bei einer Porengröße von 0,1 bis 4 μm, die insbesondere anodenseitig vorliegt, ist eine hohe Lithium- Ionen-Konzentration und dadurch eine schnelle Aufladung der Batterie möglich. Bei einer anodenseitigen Porengröße von 0,1 bis 1 μm ist eine besonders schnelle Aufladung der Batterie bei überraschend geringem Dendritenwachstum möglich.
Der Separator könnte eine Dicke von höchstens 40 μm, bevorzugt höchstens 30 μm, aufweisen. Das Beschichten einer Elektrode bzw. eines Separators erhöht zwar die Sicherheit einer Batterie, bewirkt jedoch nachteilig, dass sie die Dicke des gesamten Separators erhöht wird. Dies wirkt einer höheren Energie- und Leistungsdichte von Batterien entgegen. Überraschend hat sich gezeigt, dass ein Separator von höchstens 40 μm einerseits eine ausreichende Sicherheit und andererseits eine hohe Energie- und Leistungsdichte einer Lithium-Ionen Batterie bewirkt.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung auf vorteilhafte Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfolgende Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen.
In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. Kurzbeschreibung der Zeichnung
In der Zeichung zeigen
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Separators mit einem
Grundkörper aus Vliesstoff, der einseitig oberflächlich beschichtet ist,
Fig. 2 eine schematische Ansicht eines Separators mit einem
Grundkörper aus Vliesstoff, der beidseitig beschichtet ist und ,
Fig. 3 eine schematische Ansicht eines Separators mit einem
Grundkörper aus Vliesstoff, der beidseitig beschichtet ist, wobei die Materialmischungen zumindest teilweise in das Innere des
Grundkörpers eindringen.
Ausführung der Erfindung
Fig. 1 zeigt einen Separator zur Anordnung in einer Batterie, umfassend einen Grundkörper 1 , wobei der Grundkörper 1 eine Anodenseite 2 zur unmittelbaren Kontaktierung der Anode einer Batterie und eine Kathodenseite 3 zur unmittelbaren Kontaktierung der Kathode einer Batterie aufweist. Die Anodenseite 2 weist eine andere Materialkonsistenz auf als die Kathodenseite 3. Der Grundkörper 1 ist als Vliesstoff ausgebildet und anodenseitig mit einer Materialmischung aus inerten, temperaturstabilen Partikeln 4 und Binderpartikeln 5 beschichtet. Die Anodenseite 2 besteht daher aus einer ersten Materialmischung und die Kathodenseite 3 besteht aus einem zweiten Material oder einer zweiten Materialmischung, die hier als Vliesstoff ausgebildet ist. Auf der Anodenseite 2 ist eine feinporöse Sperrschicht 6 ausgebildet. Fig. 2 zeigt einen Separator zur Anordnung in einer Batterie, umfassend einen Grundkörper 1 , wobei der Grundkörper 1 eine Anodenseite 2 zur unmittelbaren Kontaktierung der Anode einer Batterie und eine Kathodenseite 3 zur unmittelbaren Kontaktierung der Kathode einer Batterie aufweist. Die Anodenseite 2 weist eine andere Materialkonsistenz auf als die Kathodenseite 3. Der Grundkörper 1 ist als Vliesstoff ausgebildet und anodenseitig mit einer ersten Materialmischung aus inerten, temperaturstabilen Partikeln 4 und Binderpartikeln 5 beschichtet. Der Grundkörper 1 ist kathodenseitig mit einer zweiten Materialmischung aus inerten, temperaturstabilen Partikeln 4a und Binderpartikeln 5 beschichtet. Die Anodenseite 2 besteht daher aus einer ersten Materialmischung und die Kathodenseite 3 besteht aus einer zweiten Materialmischung. Auf der Anodenseite 2 ist eine feinporöse Sperrschicht 6 ausgebildet. Die erste und die zweite Materialmischung sind in das Innere des Grundkörpers 1 eingedrungen.
Fig. 3 zeigt einen Separator zur Anordnung in einer Batterie, umfassend einen Grundkörper 1 , wobei der Grundkörper 1 eine Anodenseite 2 zur unmittelbaren Kontaktierung der Anode einer Batterie und eine Kathodenseite 3 zur unmittelbaren Kontaktierung der Kathode einer Batterie aufweist. Die Anodenseite 2 weist eine andere Materialkonsistenz auf als die Kathodenseite 3. Der Grundkörper 1 ist als Vliesstoff ausgebildet und anodenseitig mit einer ersten Materialmischung aus inerten, temperaturstabileπ Partikeln 4 und Binderpartikeln 5 beschichtet. Der Grundkörper 1 ist kathodenseitig mit einer zweiten Materialmischung aus inerten, temperaturstabilen Partikeln 4a und Binderpartikeln 5 beschichtet. Die Anodenseite 2 besteht daher aus einer ersten Materialmischung und die Kathodenseite 3 besteht aus einer zweiten Materialmischung. Auf der Anodenseite 2 ist eine feinporöse Sperrschicht 6 ausgebildet. Die erste und die zweite Materialmischung sind nahezu nicht in das Innere des Grundkörpers 1 eingedrungen. Konkretes Ausführungsbeispiel:
Herstellung einer Paste A als erste, anodenseitige Materialmischung:
Zu 180 Teilen einer 1% CMC (Carboxymethylcellulose) Lösung wurden 120 Teile einer 60% Aluminiumoxiddispersion (AI2O3) gegeben und für 30 Minuten gerührt. Daraufhin wurden 8 Teile einer wässrigen SBR (Styrolbutadienrubber) Dispersion (65% Feststoffanteil) unter Rühren hinzugefügt. Die Lösung wurde 1 Stunde gerührt und mindestens 24 Stunden auf Stabilität getestet. Die Viskosität der erhaltenen Lösung betrug 120 cP und der pH-Wert betrug 9,9.
Herstellung einer Paste B als zweite, kathodenseitige Materialmischung:
Zu 170 Teilen einer 57 % PVDF (Polyvinylidenfluorid) - Dispersion wurden unter ständigem Rühren mit einem Flügelrührer 200 Teile einer 2% PVP
(Polyvinylpyrrolidon) - Lösung gegeben. Die Lösung wurde 2 Stunden gerührt, entgast und mindestens 24 Stunden auf Stabilität getestet. Die Viskosität der erhaltenen Lösung betrug 140 cP und hatte einen pH-Wert von 7,1.
Beschichtung mit Paste A:
Ein 15 cm breiter PET (Polyethylenterephthalat) - Vliesstoff (Dicke: 20μm, Flächengewicht: 11 ,3 g/m2) wurde mittels eines Walzenbeschichtungsverfahren mit obiger Lösung kontinuierlich beschichtet und bei 12O0C getrocknet.
Es wurde ein beschichteter Vliesstoff (C) mit einem Flächengewicht von 23,6g/m2 und einer Dicke von 29 μrn erhalten. Die mittlere Porengröße betrug 0,22 μm. Beschichtung von (C) mit Paste B:
Der imprägnierte Vliesstoff (C) wurde mittels eines
Walzenbeschichtungsverfahrens mit Paste B kontinuierlich beschichtet und bei 1200C getrocknet.
Es wurde ein anisotrop aufgebauter Separator (D) mit einem Flächengewicht von 32 g/m2 und einer Dicke von 38 μm erhalten. Die mittlere Porengröße betrug 0,19 μm. Der Schrumpf (1500C, 10 min.) des beidseitig beschichteten Separators (D) betrug 0,5%.
Messmethoden:
Die mittlere Porengröße wurde nach ASTME E 1294 (Prüfverfahren für die Merkmale der Porengröße von Membranfiltern unter Verwendung eines automatischen Flüssigkeits-Porositätsmessgerätes) bestimmt. Für die Bestimmung des Flächengewichtes wurden jeweils drei 100x100 mm große Proben ausgestanzt, die Proben gewogen und der Messwert mit 100 multipliziert. Die Dicken wurden mit einem Präzisions-Dickenmessgerät Modell 2000 U/ Elektrik gemessen. Die Messfläche betrug 2 cm2, der Messdruck 1000 cN/cm2. Für die Bestimmung des Schrumpfes wurden 100x100mm große Muster ausgestanzt und 10 Minuten bei 1500C in einem Labdryer der Fa. Mathis gelagert. Im Anschluss wurde der Schrumpf der Muster bestimmt.
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lehre wird einerseits auf den allgemeinen Teil der Beschreibung und andererseits auf die Patentansprüche verwiesen.

Claims

Patentansprüche
1. Separator zur Anordnung in einer Batterie, umfassend einen Grundkörper (1 ), wobei der Grundkörper (1 ) eine Anodenseite (2) zur
Kontaktierung der Anode einer Batterie und eine Kathodenseite (3) zur Kontaktierung der Kathode einer Batterie aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anodenseite (2) eine andere Materialkonsistenz aufweist als die Kathodenseite (3).
2. Separator nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Anodenseite (2) aus einem ersten Material oder einer ersten Materialmischung und die Kathodenseite (3) aus einem zweiten Material oder einer zweiten Materialmischung besteht.
3. Separator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Anodenseite (2) und/ oder der Kathodenseite (3) eine feinporöse Sperrschicht (6) ausgebildet ist.
4. Separator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die feinporöse Sperrschicht (6) auf den Grundkörper auflaminiert ist.
5. Separator nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material oder die erste Materialmischung und/oder das zweite Material oder die zweite
Materialmischung Füllstoffe aufweist.
6. Separator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Füllstoffe als Partikel (4, 4a) einer mittleren Partikelgröße von 0,2 bis 10 μm, bevorzugt von 0,5 bis 4 μm ausgebildet ist.
7. Separator nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Füllstoffe auf der Anodenseite AI2O3 und zumindest ein Teil der Füllstoffe auf der Kathodenseite Polyvinylidenfluorid enthält.
8. Separator nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Füllstoffe als quellfähige und im Elektrolyten gelbildende Substanzen ausgebildet ist.
9. Separator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (1 ) aus einem Vliesstoff besteht .
10. Separator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Vliesstoff als Nassvliesstoff ausgestaltet ist, welcher thermisch verfestigt und/oder durch ein Bindemittel fixiert ist.
1 1. Separator nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Vliesstoff aus Fasern gefertigt ist, deren mittlerer Durchmesser höchstens 5 μm beträgt.
12. Separator nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzpunkt des Vliesstoffs größer als 1000 C iSt.
13. Separator nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch einen Schrumpf von höchstens 5 % bei einer Temperatur von 150° C.
14. Separator nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch eine mittlere Porengröße von 0,1 bis 4 μm, bevorzugt von 0,1 bis 1 μm.
15. Separator nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch eine Dicke von höchstens 40 μm, bevorzugt höchstens 30 μm.
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