Die vorliegende Erfindung betrifft eine wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterie mit einer positiven Elektrode, welche mindestens ein amorphes Chalkogenid, insbesondere ein Oxid, umfasst, welches Lithium-Ionen umfasst oder welches Lithium-Ionen leiten kann.

Sekundärbatterien (wiederaufladbare Batterien) können wegen ihrer hohen Energiedichte und hohen Kapazität als Energiespeicher für mobile Informations- Vorrichtungen eingesetzt werden. Sie kommen auch für Werkzeuge, elektrisch betriebene Automobile und für Automobile mit Hybridantrieb zum Einsatz. An die Batterien werden hohe Anforderungen im Hinblick auf elektrische Kapazität und Energiedichte gestellt. Sie sollen insbesondere im Lade- und Entladezyklus stabil bleiben, d.h. einen möglichst geringen Verlust an elektrischer Kapazität erleiden. Außerdem sollen sie rasch aufladbar sein. Eine rasche Aufladbarkeit ist für die Verwendung in elektrisch betriebenen Automobilen besonders erwünscht, um die Einsatzfähigkeit dieser Autos zu verbessern.

WO 99/59218 offenbart eine Sekundärbatterie mit zwei Elektroden, die durch einen Elektrolyten miteinander verbunden sind, wobei das aktive Material in zumindest einer der Elektroden ein Oxid oder Chalkogenid oder ein Lithium- haltiges Oxid oder Chalkogenid der Übergangsmetalle umfasst. Die negative Elektrode kann beispielsweise amorphes oder kristallines Lithiummanganat enthalten. Als Separator werden isolierende Keramik, Glas oder Polypropylen genannt. Es ist auch bereits bekannt, zur Erhöhung der Ladegeschwindigkeit einer Batterie eine Anode aus Lithiummetall und eine Kathode aus einem glasartigen (amorphen) Lithiumeisenphosphat zu verwenden (Kang, B. und Ceder, G., „Batten/ materials for ultrafast charging and discharging", Nature, Vol. 458, Seite 190 - 193 (12. März 2009)).

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer wiederaufladbarer Lithium-Ionen-Batterie mit verbesserten Ladeeigenschaften. Insbesondere soll die Ladegeschwindigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien erhöht werden.

Die Aufgabe wird gelöst mit einer wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Batterie umfassend:

(a) eine positive Elektrode umfassend mindestens ein amorphes Chalkogenid, welches Lithium-Ionen umfasst oder welches Lithium- Ionen leiten kann;

(b) eine negative Elektrode;

(c) einen Separator zwischen der positiven und der negativen Elektrode, wobei der Separator ein nicht-verwebtes Vlies aus Fasern umfasst; (d) einen nichtwässerigen Elektrolyten.

In einer Ausführungsform der Batterie ist das amorphe Chalkogenid eine

• Lithium-haltige Verbindung aus einem oder mehreren der Chalkogen- Elemente Sauerstoff, Schwefel, Selen und Tellur; oder

· eine Lithium-haltige Verbindung aus einem oder mehreren der Chalkogen-Elemente Sauerstoff, Schwefel, Selen und Tellur mit einem oder mehreren Metallen, Übergangsmetallen, Arsen, Germanium, Phosphor, Antimon, Bor, insbesondere Blei, Aluminium, Gallium, Indium, Titan; oder

· eine Verbindung aus einem oder mehreren der Chalkogen-Elemente Sauerstoff, Schwefel, Selen und Tellur mit einem oder mehreren Metallen, Übergangsmetallen, Arsen, Germanium, Phosphor, Antimon, Bor, insbesondere Blei, Aluminium, Gallium, Indium, Titan, die Lithium- Ionen leiten kann.

In einer Ausführungsform der Batterie liegen die im amorphen Chalkogenid enthaltenen Elemente nicht in einem stöchiometrischen Verhältnis vor.

In einer Ausführungsform der Batterie ist das amorphe Chalkogenid ausgewählt aus einem Lithiumphosphat; einem Lithiumphosphat, welches ein Übergangsmetall enthält; einem Mischoxid aus Lithiumoxid und einem oder mehreren Übergangsmetalloxiden; einem Übergangsmetalloxid, welches Lithium-Ionen leiten kann; oder einem Gemisch aus zwei oder mehr davon.

In einer Ausführungsform der Batterie liegt das amorphe Chalkogenid als Beschichtung auf der positiven Elektrode (a) vor.

In einer Ausführungsform der Batterie umfasst die positive Elektrode (a) zusätzlich zum amorphen Chalkogenid ein kristallines Oxid, welches Lithium- Ionen umfasst oder welches Lithium-Ionen leiten kann. In einer Ausführungsform der Batterie ist das kristalline Chalkogenid ausgewählt aus: Lithiummanganat, Lithiumnickelat, Lithiumkobaltat, oder einem Mischoxid aus zwei oder mehreren dieser Oxide; Lithiumeisenphosphat.

In einer Ausführungsform der Batterie umfasst die negative Elektrode (b) Kohlenstoff und/oder Lithiumtitanat.

In einer Ausführungsform der Batterie umfasst die positive Elektrode zusätzlich zum amorphen Chalkogenid Schwefel und/oder ein Lithiumsulfid und die negative Elektrode Lithiummetall oder eine Lithiumlegierung.

In einer Ausführungsform der Batterie sind die Fasern des Vlieses als Polymerfasern ausgebildet. In einer Ausführungsform der Batterie sind die Polymerfasern ausgewählt aus der Gruppe von Polymeren bestehend aus Polyester, Polyolefin, Polyamid, Polyacrylnitril, Polyimid, Polyetherimid, Polysulfon, Polyamidimid, Polyether, Polyphenylensulfid, Aramid, oder Mischungen aus zwei oder mehreren dieser Polymeren.

In einer Ausführungsform der Batterie umfassen die Polymerfasern ein Polyethylenterephthalat.

In einer Ausführungsform der Batterie befindet sich im Vlies und/oder einseitig oder beidseitig auf dem Vlies eine poröse anorganische Beschichtung, welche Lithium-Ionen leiten kann. In einer Ausführungsform der Batterie besteht der Separator (c) aus einem zumindest teilweise stoffdurchlässigen Träger, welcher nicht oder nur schlecht elektronenleitend ist, wobei der Träger auf mindestens einer Seite mit einem anorganischen Material beschichtet ist, wobei als wenigstens teilweise stoffdurchlässiger Träger ein organisches Material verwendet wird, welches als nicht-verwebtes Vlies ausgestaltet ist, wobei das organische Material in Form von Polymerfasern ausgestaltet ist, vorzugsweise Polymerfasern des Polyethylenterephthalats (PET), wobei das Vlies mit einem anorganischen ionenleitenden Material beschichtet ist, welches vorzugsweise in einem Temperaturbereich von 40 °C bis 200 °C ionenleitend ist, wobei das anorganische ionenleitende Material bevorzugt wenigstens eine Verbindung aus der Gruppe der Oxide, Phosphate, Sulfate, Titanate, Silikate, Aluminosilikate mit wenigstens einem der Elemente Zirkon, Aluminium, Lithium, besonders bevorzugt Zirkonoxid umfasst, wobei bevorzugt das anorganische ionenleitende Material Partikel mit einem größten Durchmesser unter 100 nm aufweist.

In einer Ausführungsform der Batterie befindet sich zwischen dem Separator (c) und der positiven Elektrode (a) und/oder zwischen dem Separator (c) und der negativen Elektrode (b) eine Polymerschicht, die als Folie oder als Vlies ausgebildet ist.

In einer Ausführungsform der Batterie umfasst die Polymerschicht ein Polyolefin.

In einer Ausführungsform der Batterie umfasst der Elektrolyt ein organisches Lösungsmittel und ein Leitsalz.

In einer Ausführungsform der Batterie ist das organische Lösungsmittel ausgewählt aus Ethylencarbonat, Propylencarbonat, Butylencarbonat, Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat, Ethylmethylcarbonat, Methylpropylcarbonat, Butylmethylcarbonat, Ethylpropylcarbonat, Dipropylcarbonat, Cyclopentanone, Sulfolane, Dimethylsulfoxid, 3-Methyl-1 ,3-oxazolidine-2-on, γ-Butyrolacton, 1 ,2- Diethoxymethan, Tetrahydrofuran, 2-Methyltetrahydrofuran, 1 ,3-Dioxolan, Methylacetat, Ethylacetat, Nitromethan, 1 ,3-Propansulton, und Mischungen aus zwei oder mehreren dieser Lösungsmittel.

In einer Ausführungsform der Batterie ist das Leitsalz ausgewählt aus LiPF ₆ , LiBF ₄ , L1CIO4, LiAsF ₆ , LiCF ₃ S0 ₃ , LiN(CF ₃ S0 ₂ ) ₂ , LiC(CF ₃ S0 ₂ ) ₃ , LiS0 ₃ C _x F _2x+ i , LiN(S0 ₂ C _x F _2x+ i ) ₂ oder LiC(S0 ₂ C _x F _2x+ i ) ₃ mit 0 < x < 8, Li[(C ₂ 0 ₄ ) ₂ B], und Mischungen von zwei oder mehreren dieser Salze.

In einer Ausführungsform sind Mittel zum Kühlen in oder an der Batterie vorgesehen.

Die Erfindung betrifft auch eine Lithium-Ionen-Batterie umfassend:

(a) eine positive Elektrode umfassend Schwefel und/oder ein Lithiumsulfid sowie mindestens ein amorphes Chalkogenid, welches Lithium-Ionen umfasst oder welches Lithium-Ionen leiten kann;

(b) eine negative Elektrode umfassend Lithiummetall oder eine

Lithiumlegierung; (c) einen Separator zwischen der positiven und der negativen Elektrode; wobei der Separator eine poröse Membran, einen keramischen Elektrolytseparator, einen Glaselektrolytseparator, oder einen polymeren Elektrolyt umfasst;

(d) einen nichtwässerigen Elektrolyt.

Die Erfindung betrifft auch die Verwendung der Lithium-Ionen-Batterie zur Energieversorgung für mobile Informationsvorrichtungen, Werkzeuge, elektrisch betriebene Automobile und für Automobile mit Hybridantrieb.

Wie hierin verwendet schließt der Begriff „Lithium-Ionen-Batterie" Begriffe wie „Lithium-Ionen-Sekundärbatterie " „Lithium-Ionen-Akkumulator", „Lithium-Ionen- Zelle", „Lithium-Sch wefel-Batterie ", „ "Lithiumsulfid-Batterie ", „Lithium-Schwefel- Akkumulator",„Lithium-Schwefel-Zelle" und dergleichen ein. Dies bedeutet, dass der Begriff "Lithium-Ionen-Batterie" als Sammelbegriff für die im Stand der Technik für diesen Batterietyp gebräuchlichen Begriffe verwendet wird.

Der Begriff„Chalkogenid" bedeutet ein Oxid, Sulfid, Selenid oder Tellurid. Der Begriff umfasst auch chemische Verbindungen aus einem oder mehreren der Chalkogen-Elemente Sauerstoff, Schwefel, Selen und Tellur mit einem oder mehreren Metallen, Übergangsmetallen, Arsen, Germanium, Phosphor, Antimon, Bor, insbesondere Blei, Aluminium, Gallium, Indium, Titan.

Der Begriff „amorph" bedeutet, dass ein Röntgendiffraktogramm vorzugsweise eine breite Streubande mit einem Peak bei 2Θ im Bereich von 20 bis 70 ° unter Verwendung von CuKa-Strahlung aufweist. Das Röntgendiffraktogramm kann jedoch eine oder mehrere Beugungslinien aufweisen, die kristallinen Strukturen zugeschrieben werden. Dann beträgt die maximale Intensität der kristallinen Diffraktionslinie, die bei 2Θ im Bereich von 20 bis 70 ° beobachtet wird, vorzugsweise nicht mehr als das 500-fache, mehr bevorzugt nicht mehr als das 100-fache, insbesondere nicht mehr als das 5-fache der Intensität des Peaks des breiten Streubereichs, der bei 2Θ im Bereich von 20 bis 70 ° beobachtet wird. Am meisten bevorzugt wird keine Diffraktionslinie beobachtet, die einem kristallinen Bereich zugeordnet werden kann. Sollte eine Bestimmung durch Röntgendiffraktometrie ineffektiv sein, so kann der amorphe Charakter des Chalkogenids auch durch Transmissionselektronenmikroskopie, Differential- kalorimetrie oder FTIR-Absorptionsspektren bestätigt werden. Die Methoden sind dem Fachmann bekannt. Bedingung für den amorphen Zustand ist, dass sich bei der Herstellung des Chalkogenids die darin enthaltenen Elemente nicht regelmäßig anordnen können, das heißt, es darf nicht zur Kristallisation kommen. Daher sind Sinterverfahren zur Herstellung der amorphen Chalkogenide besonders gut geeignet. Ferner können Chalkogenide auch dann amorph sein, wenn die darin enthaltenen Elemente in einem nicht- stöchiometrischen Verhältnis vorliegen. Statt des Begriffs „amorph" kann synonym auch der Begriff „glasartig" (englisch:„vitreous",„glassy") verwendet werden.

Der Begriff „Chalkogenid ... welches Lithium-Ionen leiten kann" bedeutet, dass das Chalkogenid unter den in der Batterie ablaufenden elektrochemischen Prozessen Lithium-Ionen leitet. Der Begriff „Übergangsmetall" bedeutet die Elemente inklusive deren Kationen mit den Ordnungszahlen 21 bis 30, 39 bis 48, 57 bis 80 des Periodensystems der chemischen Elemente.

Der Begriff „kristallin" bedeutet, dass die maximale Intensität der kristallinen Diffraktionslinie, die bei 2Θ im Bereich von 20 bis 70 ° beobachtet wird, vorzugsweise mehr als das 500-fache der Intensität eines Peaks eines breiten Streubereichs bei 2Θ im Bereich von 20 bis 70 ° beträgt.

Der Begriff „Vlies" bedeutet ein Flächengebilde aus Fasern, insbesondere aus Polymerfasern. Definitionsgemäß sind die Fasern ungewebt. Damit ist das Vlies ungewebt. Statt des Begriffs "ungewebt" wird auch der Begriff "nicht-verwebt" verwendet. In der einschlägigen technischen Literatur finden sich auch Begriffe wie "non-woven fabrics" oder "non-woven material". Der Begriff "Vlies" wird synonym mit dem Begriff „Vliesstoff" verwendet. Der Begriff "Vlies" wird auch synonym mit Begriffen wie "Gew/ ^' r/ce" oder "Filz" verwendet. Der Begriff „positive Elektrode" definiert die Elektrode der Batterie, die bei Entladung, also bei Anschluss an einen Verbraucher, Elektronen aufnimmt. Sie ist unter diesen Bedingungen die Kathode.

Der Begriff „negative Elektrode" definiert die Elektrode der Batterie, die bei Entladung, also bei Anschluss an einen Verbraucher, Elektronen abgibt. Sie ist unter diesen Bedingungen die Anode.

Erster Aspekt der Erfindung Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Lithium-Ionen-Batterie umfassend:

(a) eine positive Elektrode umfassend mindestens ein amorphes Chalkogenid, vorzugsweise ein Oxid, welches Lithium-Ionen umfasst oder welches Lithium-Ionen leiten kann;

(b) eine negative Elektrode;

(c) einen Separator zwischen der positiven und der negativen Elektrode, wobei der Separator ein nicht-verwebtes Vlies aus Fasern umfasst; (d) einen nichtwässerigen Elektrolyten.

In einer Ausführungsform ist die Lithium-Ionen-Batterie dadurch gekennzeichnet, dass das amorphe Oxid ausgewählt ist aus einem Lithiumphosphat; einem Lithiumphosphat, welches ein Übergangsmetall enthält; einem Mischoxid aus Lithiumoxid und einem oder mehreren Übergangsmetalloxiden; einem Übergangsmetalloxid, welches Lithium-Ionen leiten kann; oder einem Gemisch aus zwei oder mehr davon.

Die Herstellung des amorphen Oxids ist bekannt bzw. kann nach bekannten Methoden erfolgen, beispielweise durch Sinterverfahren bei denen geeignete Ausgangsverbindungen, die zum amorphen Oxid führen, miteinander umgesetzt werden. Das Vorliegen einer amorphen Phase kann wie oben beschrieben beispielsweise durch Röntgendiffraktometrie oder durch dynamische Differenzkalorimetrie (DSC) in bekannter Weise überprüft werden.

Gemischte Oxide werden vorzugsweise durch Umsetzung der individuellen Oxide miteinander hergestellt, vorzugsweise durch Sinterung. Die individuellen Komponenten werden dabei vorzugsweise in Mengenverhältnissen eingesetzt, die nicht zu einem stöchiometrischen Vorliegen der Einzeloxide im Mischoxid führen.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das amorphe Oxid ein Lithiumeisenphosphat. Verfahren zur Herstellung amorpher Lithiumeisenphosphate sind beispielsweise aus dem beim Stand der Technik aufgeführten Dokument sowie aus„Material Science-Poland, Vol. 27, No. 1 , 2009 (The thermal stability, local structure and electrical properties of lithium-iron Phosphate glasses)" bekannt.

In einer Ausführungsform kann das amorphe Chalkogenid, vorzugsweise ein Oxid, als solches als positive Elektrode verwendet werden.

In einer Ausführungsform liegen in der positiven Elektrode weitere Materialen wie z.B. Bindemittel oder auch weitere Aktivmaterialien vor, und das amorphe Oxid liegt als Beschichtung auf der positiven Elektrode (a) vor.

Derartige Beschichtungen können nach dem im Stand der Technik bekannten Verfahren hergestellt werden. Bekannte Verfahren sind beispielsweise Aufbringen der Beschichtung durch Siebdruck, Kalandrieren, Extrudieren, Aufspritzen, Chemical Vapor Deposition (CVD) oder Physical Vapor Deposition (PVD). In einer Ausführungsform umfasst die Elektrode außer dem amorphen Oxid weitere Komponenten, die die in der Batterie ablaufenden elektrochemischen Vorgänge unterstützen können. In einer Ausführungsform ist die Lithium-Ionen-Batterie dadurch gekennzeichnet, dass die positive Elektrode (a) zusätzlich zum amorphen Oxid umfasst: ein kristallines Oxid, welches Lithium-Ionen umfasst oder welches Lithium-Ionen leiten kann. In einer Ausführungsform umfasst die Kathode (a) der erfindungsgemäßen Batterie vorzugsweise eine kristalline Verbindung mit der Formel LiMP0 ₄ , wobei M wenigstens ein Übergangsmetallkation der Elemente der Ordnungszahlen 21 bis 30 des Periodensystems der Elemente ist, wobei dieses Übergangsmetallkation vorzugsweise aus der Gruppe bestehend aus Mn, Fe, Ni und Ti oder einer Kombination dieser Elemente gewählt ist, und wobei die Verbindung vorzugsweise eine Olivinstruktur aufweist, vorzugsweise übergeordnetes Olivin, wobei Fe besonders bevorzugt ist. Für die erfindungsgemäße Lithium-Ionen-Batterie kann ein Lithiumeisenphosphat mit Olivinstruktur der Summenformel LiFeP0 ₄ eingesetzt werden.

Es ist aber auch möglich, ein Lithiumphosphat oder ein Lithiumeisenphosphat, das ein Element M enthält ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Mn, Cr, Co, Cu, Ni, V, Mo, Ti, Zn, AI, Ga, B und Nb zu verwenden. Ferner ist es auch möglich, dass das Lithiumphosphat oder Lithiumeisenphosphat zur Erhöhung der Leitfähigkeit Kohlenstoff enthält.

In einer weiteren Ausführungsform weist das für die Herstellung der positiven Elektrode verwendete Lithiumeisenphosphat mit Olivinstruktur die Summenformel Li _x Fe _1-y M _y P0 ₄ auf, wobei M mindestens ein Element darstellt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Mn, Cr, Co, Cu, Ni, V, Mo, Ti, Zn, AI, Ga, B und Nb, mit 0,05 < x < 1 ,2 und 0 < y < 0,8. In einer Ausführungsform ist x = 1 und y = 0.

Die positive Elektrode enthält das kristalline Lithiumphosphat oder Lithiumeisenphosphat wie oben definiert vorzugsweise in Form von nanokristallinen Partikeln. Die Nanopartikel können eine beliebige Form annehmen, das heißt, sie können grob-sphärisch oder langgestreckt sein.

In einer Ausführungsform weist das Lithiumphosphat oder Lithiumeisenphosphat eine Partikelgröße gemessen als D ₉₅ -Wert von kleiner als 15 pm auf. Vorzugsweise ist die Partikelgröße kleiner als 10 μητι.

In einer weiteren Ausführungsform weist das Lithiumphosphat oder Lithiumeisenphosphat eine Partikelgröße gemessen als D ₉₅ -Wert zwischen 0,005 pm bis 10 pm auf.

In einer weiteren Ausführungsform weist das Lithiumphosphat oder Lithiumeisenphosphat eine Partikelgröße gemessen als D ₉₅ -Wert von kleiner 10 pm auf, wobei der D ₅₀ -Wert 4 pm ± 2 pm beträgt und der D ₀ -Wert kleiner als 1 ,5 pm ist.

Die angegebenen Werte können durch Messung unter Verwendung der statischen Laserlichtstreuung (Laserbeugung, Laser-Diffraktometrie) bestimmt werden. Die Verfahren sind aus dem Stand der Technik bekannt. Die Kathode kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform auch ein Lithiummanganat, vorzugsweise LiMn ₂ O ₄ vom Spinell-Typ, ein Lithiumkobaltat, vorzugsweise LiCoO ₂ , oder ein Lithiumnickelat, vorzugsweise LiNiO ₂ , oder ein Gemisch aus zwei oder drei dieser Oxide, oder ein Lithiummischoxid, welches Nickel, Mangan und Kobalt (NMC) enthält, umfassen.

Die Kathode umfasst in einer bevorzugten Ausführungsform zumindest ein Aktivmaterial aus einem Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Mischoxid (NMC), welches nicht in einer Spinellstruktur vorliegt, in einer Mischung mit einem Lithium-Mangan-Oxid (LMO) in Spinellstruktur.

Bevorzugt ist es, dass das Aktivmaterial zumindest 30 Mol%, vorzugsweise zu- mindest 50 Mol% NMC umfasst sowie zugleich zumindest 10 Mol%, vorzugsweise zumindest 30 Mol% LMO, jeweils bezogen auf die Gesamtmolzahl des Aktivmaterials der kathodischen Elektrode (also nicht bezogen auf die kathodische Elektrode insgesamt, welche zusätzlich zum Aktivmaterial noch Leitfähigkeitszusätze, Bindemittel, Stabilisatoren etc. umfassen kann).

Bevorzugt ist es, dass NMC und LMO zusammen zumindest 60 Mol% des Aktivmaterials ausmachen, weiter bevorzugt zumindest 70 Mol%, weiter bevorzugt zumindest 80 Mol%, weiter bevorzugt zumindest 90 Mol%, jeweils bezogen auf die Gesamtmolzahl des Aktivmaterials der kathodischen Elektrode (also nicht bezogen auf die kathodische Elektrode insgesamt, welche zusätzlich zum Aktivmaterial noch Leitfähigkeitszusätze, Bindemittel, Stabilisatoren etc. umfassen kann).

Prinzipiell bestehen bezüglich der Zusammensetzung des Lithium-Nickel- Mangan-Kobalt-Mischoxides keine Einschränkungen, außer dass dieses Oxid neben Lithium zumindest jeweils 5 Mol%, bevorzugt jeweils zumindest 15 Mol%, weiter bevorzugt jeweils zumindest 30 Mol% an Nickel, Mangan und Kobalt enthalten muss, jeweils bezogen auf die Gesamtmolzahl an Übergangsmetallen im Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Mischoxid. Das Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt- Mischoxid kann mit beliebigen anderen Metallen, insbesondere Übergangsmetallen dotiert sein, solange sichergestellt ist, dass die oben genannten molaren Mindestmengen an Ni, Mn und Co vorliegen.

Dabei ist ein Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Mischoxid der folgenden Stöchio- metrie besonders bevorzugt: Li[Co _1/3 Mn _{1 3} Ni 3]O2, wobei der Anteil an Li, Co, Mn, Ni und O jeweils um +/- 5 Mol-% variieren kann. In der positiven Elektrode (b) werden das verwendete Lithiumphosphat oder Lithium-Eisenphosphat bzw. das oder die Lithiumoxid(e) sowie die für die negative Elektrode (a) verwendeten Materialien im Allgemeinen durch ein Bindemittel, das diese Materialien auf der Elektrode hält, zusammengehalten. Beispielsweise können polymere Bindemittel verwendet werden. Als Bindemittel können vorzugsweise Polyvinylidenfluorid, Polyethylenoxid, Polyethylen, Polypropylen, Polytetrafluorethylen, Polyacrylat, Ethylen-(Propylen-Dien- Monomer)-Copolymer (EPDM) und Mischungen und Copolymere davon verwendet werden.

In einer Ausführungsform ist die Lithium-Ionen-Batterie auch dadurch gekennzeichnet, dass das kristalline Oxid ausgewählt ist aus: einem Lithiummanganat, einem Lithiumnickelat, einem Lithiumkobaltat, oder einem Mischoxid aus zwei oder mehreren dieser Oxide; einem Lithiumeisenphosphat.

Die Anode (b) der erfindungsgemäßen Batterie kann aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt werden, die für die Verwendung einer Batterie mit Lithium-Ionen-Elektrolyten geeignet sind. Beispielsweise kann die negative Elektrode Lithium-Metall oder Lithium in Form einer Legierung enthalten, ent- weder in Form einer Folie, eines Gitters oder in Form von Partikeln, die durch ein geeignetes Bindemittel zusammengehalten werden. Die Verwendung von Lithium-Metall-Oxiden wie Lithium-Titan-Oxid ist gleichfalls möglich. Grundsätzlich können alle Materialien verwendet werden, die in der Lage sind, mit Lithium Interkalationsverbindungen zu bilden. Geeignete Materialien für die negative Elektrode umfassen dann beispielsweise: Graphit, synthetischer Graphit, Ruß, Mesokohlenstoff, dotierter Kohlenstoff, Fullerene, Niobpentoxid, Zinnlegierungen, Titandioxid, Zinndioxid, und Mischungen dieser Substanzen.

Der für die Batterie verwendete Separator (c) muss für Lithium-Ionen durchlässig sein, um den lonentransport für Lithium-Ionen zwischen der positiven und der negativen Elektrode zu gewährleisten. Andererseits muss der Separator für Elektronen isolierend sein. Der Separator der erfindungsgemäßen Batterie umfasst ein Vlies aus unge- webten Fasern, vorzugsweise ungewebten Polymerfasern. Vorzugsweise ist das Vlies flexibel und weist eine Dicke von weniger als 30 pm auf. Verfahren zur Herstellung derartiger Vliese sind aus dem Stand der Technik bekannt.

Vorzugsweise werden die Polymerfasern ausgewählt aus der Gruppe von Polymeren bestehend aus Polyacrylnitril, Polyolefin, Polyester, Polyimid, Polyether- imid, Polysulfon, Polyamid, Polyether.

Geeignete Polyolefine sind beispielsweise Polyethylen, Polypropylen, Polytetra- fluorethylen, Polyvinylidenfluorid.

Bevorzugte Polyester sind vorzugsweise Polyethylenterephthalate.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Separator ein Vlies, welches ein- oder beidseitig mit einem anorganischen Material beschichtet ist. Der Begriff "Beschichtung" beinhaltet auch, dass sich das ionenleitende anorganische Material nicht nur auf einer Seite oder beiden Seiten des Vlieses befinden kann, sondern auch innerhalb des Vlieses. Das für die Beschichtung verwendete Material ist vorzugsweise wenigstens eine Verbindung aus der Gruppe der Oxide, Phosphate, Sulfate, Titanate, Silikate, Aluminosilikate wenigstens eines der Elemente Zirkon, Aluminium oder Lithium. Das ionenleitende anorganische Material ist vorzugsweise in einem Temperaturbereich von - 40 °C bis 200 °C ionenleitend, d.h. ionenleitend für die Lithium-Ionen.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst oder besteht das ionenleitende Material aus Zirkonoxid. Des Weiteren kann ein Separator verwendet werden, welcher aus einem zumindest teilweise stoffdurchlässigen Träger besteht, welcher nicht oder nur schlecht elektronenleitend ist. Dieser Träger ist auf mindestens einer Seite mit einem anorganischen Material beschichtet. Als wenigstens teilweise stoffdurch- lässiger Träger wird ein organisches Material verwendet, welches als nichtver- webtes Vlies ausgestaltet ist. Das organische Material ist in Form von Polymerfasern ausgestaltet, vorzugsweise Polymerfasern des Polyethylenterephthalats (PET). Das Vlies ist mit einem anorganischen ionenleitenden Material beschichtet, welches vorzugsweise in einem Temperaturbereich von - 40 °C bis 200 °C ionenleitend ist. Das anorganische ionenleitende Material umfasst bevorzugt wenigstens eine Verbindung aus der Gruppe der Oxide, Phosphate, Sulfate, Titanate, Silikate, Aluminosilikate mit wenigstens einem der Elemente Zirkon, Aluminium, Lithium, besonders bevorzugt Zirkonoxid. Bevorzugt weist das anorganische ionenleitende Material Partikel mit einem größten Durch- messer unter 100 nm auf.

Ein solcher Separator wird beispielsweise unter dem Handelsnamen "Separion ^® " von der Firma Evonik AG in Deutschland vertrieben. Verfahren zur Herstellung derartiger Separatoren sind aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus der EP 1 017 476 B1 , WO 2004/021477 und WO 2004/021499.

Prinzipiell können zu große Poren und Löcher in Separatoren, die in Sekundär- batterien verwendet werden, zu einem inneren Kurzschluss führen. Die Batterie kann sich dann in einer gefährlichen Reaktion sehr schnell selbst entladen. Hierbei können so große elektrische Ströme auftreten, dass eine geschlossene Batteriezelle im ungünstigsten Fall sogar explodieren kann. Aus diesem Grund kann der Separator entscheidend zur Sicherheit bzw. zur fehlenden Sicherheit einer Lithiumhochleistungs- oder Lithiumhochenergie-Batterie beitragen. Polymerseparatoren unterbinden im Allgemeinen ab einer bestimmten Temperatur (der sogenannten "Shut-Down-Temperatur", die bei ca. 120 °C liegt) jeglichen Stromtransport durch den Elektrolyten. Dies geschieht dadurch, dass bei dieser Temperatur das Porengefüge des Separators zusammenbricht und alle Poren verschlossen werden. Dadurch, dass keine Ionen mehr transportiert werden können, kommt die gefährliche Reaktion, die zur Explosion führen kann, zum Erliegen. Wird die Zelle aufgrund äußerer Umstände aber weiter erwärmt, so wird bei ca. 150 bis 180 °C die sogenannte "Break-Down-Temperatur" überschritten. Ab dieser Temperatur kommt es zum Schmelzen des Separators, wo- bei dieser sich zusammenzieht. An vielen Stellen in der Batteriezelle kommt es nun zu einem direkten Kontakt zwischen den beiden Elektroden und somit zu einem großflächigem inneren Kurzschluss. Dieser führt zur unkontrollierten Reaktion, die mit einer Explosion der Zelle enden kann, bzw. der entstehende Druck muss durch ein Überdruckventil (eine Berstscheibe) häufig unter Feuer- erscheinungen abgebaut werden.

Bei dem in der erfindungsgemäßen Batterie verwendeten Separator umfassend ein Vlies aus ungewebten Polymerfasern und die anorganische Beschichtung kann es nur zum Shut-Down (Abschaltung) kommen, wenn durch die hohe Temperatur das Polymergefüge des Trägermaterials schmilzt und in die Poren des anorganischen Materials eindringt und diese dadurch verschließt. Zum Break-Down (Zusammenbruch) kommt es bei dem Separator dagegen nicht, da die anorganischen Partikel dafür sorgen, dass ein völliges Schmelzen des Separators nicht eintreten kann. Somit ist sichergestellt, dass es keine Betriebs- zustände gibt, in denen ein großflächiger Kurzschluss entstehen kann.

Durch die Art des eingesetzten Vlieses, welches eine besonders gut geeignete Kombination aus Dicke und Porosität aufweist, können Separatoren hergestellt werden, die den Anforderungen an Separatoren in Hochleistungsbatterien, ins- besondere Lithium-Hochleistungsbatterien gerecht werden können. Durch die gleichzeitige Verwendung von in ihrer Partikelgröße genau abgestimmten Oxid- Partikeln zur Herstellung der porösen (keramischen) Beschichtung wird eine be- sonders hohe Porosität des fertigen Separators erreicht, wobei die Poren immer noch genügend klein sind, um ein unerwünschtes Durchwachsen von "Lithium- Whiskern" durch den Separator zu verhindern. Auf Grund der hohen Porosität des Separators muss allerdings dafür Sorge getragen werden, dass in den Poren kein Totraum entsteht.

Die für die Erfindung eingesetzten Separatoren haben auch den Vorteil, dass sich an den anorganischen Oberflächen des Separatormaterials die Anionen des Leitsalzes teilweise anlagern, was zu einer Verbesserung der Dissoziation und somit zu einer besseren lonenleitfähigkeit im Hochstrombereich führt.

Der für die erfindungsgemäße Batterie verwendete Separator, umfassend ein flexibles Vlies mit einer auf und in diesem Vlies befindlichen porösen anorgani- sehen Beschichtung, wobei das Material des Vlieses ausgewählt ist aus unge- webten, nicht elektrisch leitfähigen Polymerfasern, zeichnet sich auch dadurch aus, dass das Vlies eine Dicke von weniger als 30 pm, eine Porosität von mehr als 50 %, vorzugsweise von 50 bis 97 % und eine Porenradienverteilung aufweist, bei der mindestens 50 % der Poren einen Porenradius von 75 bis 150 pm aufweisen.

Besonders bevorzugt umfasst der Separator ein Vlies, welches eine Dicke von 5 bis 30 pm, vorzugsweise eine Dicke von 10 bis 20 pm aufweist. Besonders wichtig ist auch eine möglichst homogene Porenradienverteilung im Vlies wie oben angegeben. Eine noch homogenere Porenradienverteilung im Vlies führt in Verbindung mit optimal abgestimmten Oxid-Partikeln bestimmter Größe zu einer optimierten Porosität des Separators.

Die Dicke des Substrates hat einen großen Einfluss auf die Eigenschaften des Separators, da zum einen die Flexibilität aber auch der Flächenwiderstand des mit Elektrolyt getränkten Separators von der Dicke des Substrates abhängig ist. Durch die geringe Dicke wird ein besonders geringer elektrischer Widerstand des Separators in der Anwendung mit einem Elektrolyten erzielt. Der Separator selbst weist einen sehr hohen elektrischen Widerstand auf, da er selbst isolierende Eigenschaften aufweisen muss. Zudem erlauben dünnere Separatoren eine erhöhte Packungsdichte in einem Batteriestapel, so dass man im gleichen Volumen eine größere Energiemenge speichern kann.

Vorzugsweise weist das Vlies eine Porosität von 60 bis 90 %, besonders bevorzugt von 70 bis 90 % auf. Die Porosität ist dabei definiert als das Volumen des Vlieses (100 %) minus dem Volumen der Fasern des Vlieses, also dem Anteil am Volumen des Vlieses, der nicht von Material ausgefüllt wird. Das Volumen des Vlieses kann dabei aus den Abmessungen des Vlieses berechnet werden. Das Volumen der Fasern ergibt sich aus dem gemessen Gewicht des betrachteten Vlieses und der Dichte der Polymerfasern. Die große Porosität des Substrates ermöglicht auch eine höhere Porosität des Separators, weshalb eine höhere Aufnahme an Elektrolyten mit dem Separator erzielt werden kann.

Damit ein Separator mit isolierenden Eigenschaften erhalten werden kann, weist dieser als Polymerfasern für das Vlies vorzugsweise nicht elektrisch leitfähige Fasern von Polymeren auf wie oben definiert, die vorzugsweise ausgewählt sind aus Polyacrylnitril (PAN), Polyester, wie z. B. Polyethylenterephthalat (PET) und/oder Polyolefin (PO), wie z. B. Polypropylen (PP) oder Polyethylen (PE), oder Mischungen solcher Polyolefine.

Die Polymerfasern der Vliese weisen vorzugsweise einen Durchmesser von 0,1 bis 10 pm, besonders bevorzugt von 1 bis 4 pm auf.

Besonders bevorzugte flexible Vliese weisen ein Flächengewicht von kleiner 20 g/m ² , vorzugsweise von 5 bis 10 g/m ² auf. Der Separator weist auf und im Vlies eine poröse, elektrisch isolierende, keramische Beschichtung auf. Vorzugsweise weist die auf und in dem Vlies befindliche poröse anorganische Beschichtung Oxid-Partikel der Elemente Li, AI, Si und/oder Zr mit einer mittleren Partikelgröße von 0,5 bis 7 μιτι, bevorzugt von 1 bis 5 μιτι und ganz besonders bevorzugt von 1 ,5 bis 3 pm auf. Besonders bevorzugt weist der Separator eine auf und in dem Vlies befindliche poröse anorganische Beschichtung auf, die Aluminiumoxid- Partikel mit einer mittleren Partikel- große von 0,5 bis 7 pm, bevorzugt von 1 bis 5 pm und ganz besonders bevorzugt von 1 ,5 bis 3 μητι aufweist, die mit einem Oxid der Elemente Zr oder Si verklebt sind. Um eine möglichst hohe Porosität zu erzielen, liegen bevorzugt mehr als 50 Gew.-% und besonders bevorzugt mehr als 80 Gew.-% aller Partikel in den oben genannten Grenzen der mittleren Partikelgröße. Wie bereits oben be- schrieben beträgt die maximale Partikelgröße vorzugsweise 1 /3 bis 1/5 und besonders bevorzugt kleiner oder gleich 1/10 der Dicke des eingesetzten Vlieses.

Vorzugsweise weist der Separator eine Porosität von 30 bis 80 %, bevorzugt von 40 bis 75 % und besonders bevorzugt von 45 bis 70 % auf. Die Porosität bezieht sich dabei auf die erreichbaren, also offenen Poren. Die Porosität kann dabei mittels der bekannten Methode der Quecksilber-Porosimetrie bestimmt werden oder kann aus dem Volumen und der Dichte der verwendeten Einsatzstoffe errechnet werden, wenn davon ausgegangen wird, dass nur offene Poren vorliegen.

Die für die erfindungsgemäße Batterie verwendeten Separatoren zeichnen sich auch dadurch aus, dass sie eine Reißfestigkeit von mindestens 1 N/cm, vorzugsweise von mindestens 3 N/cm und ganz besonders bevorzugt von 3 bis 10 N/cm aufweisen können. Die Separatoren lassen sich vorzugsweise ohne Beschädigung bis auf jeden Radius bis herab zu 100 mm, vorzugsweise bis herab zu 50 mm und ganz besonders bevorzugt bis herab zu 1 mm biegen. Die hohe Reißfestigkeit und die gute Biegbarkeit des Separators haben den Vorteil, dass beim Laden und Entladen einer Batterie auftretende Veränderungen der Geometrien der Elektroden durch den Separator mitgemacht werden können, ohne dass dieser beschädigt wird. Die Biegbarkeit hat zudem den Vorteil, dass mit diesem Separator kommerziell standardisierte Wickelzellen produziert wer- den können. Bei diesen Zellen werden die Elektroden/Separator-Lagen in standardisierter Größe miteinander spiralförmig aufgewickelt und kontaktiert.

Bevorzugte Elektrolyte (d) für die Lithium-Ionen-Batterien sind nichtwässerig und umfassen ein organisches Lösungsmittel sowie ein Lithiumsalz.

Bevorzugte Lithiumsalze weisen inerte Anionen auf und sind nicht-toxisch. Geeignete Lithium-Salze sind vorzugsweise Lithiumhexafluorophosphat, Lithiumhexafluoroarsenat, Lithium-bis(tri-fluoromethylsulfonylimid), Lithium- trifluoromethansulfonat, Lithium-tris(tri-fluoromethylsulfonyl)-methid, Lithium- tetrafluoroborat, Lithiumperchlorat, Lithiumtetrachloraluminat, Lithiumchlorid, Lithiumbisoxalatoborat, und Mischungen davon. In einer Ausführungsform wird das Lithiumsalz ausgewählt aus LiPF ₆₎ LiBF ₄ , LiCI0 ₄ , LiAsF ₆ , LiCF ₃ S0 ₃ , LiN(CF ₃ S0 ₂ )2, LiC(CF ₃ S0 ₂ ) ₃ , LiS0 ₃ C _x F _2x+ i , LiN(S0 ₂ C _x F 2x+i)2 oder LiC(S0 ₂ C _x F _2x+1 ) ₃ mit 0 < x < 8, Li[(C ₂ 0 ₄ ) ₂ B], und Mischungen von zwei oder mehreren dieser Salze.

Vorzugsweise liegt der Elektrolyt als Elektrolytlösung vor. Geeignete Lösungsmittel sind vorzugsweise inert. Geeignete Lösungsmittel umfassen beispiels- weise Ethylencarbonat, Propylencarbonat, Butylencarbonat, Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat, Ethylmethylcarbonat, Methylpropycarbonat, Butylmethyl- carbonat, Ethylpropylcarbonat, Dipropylcarbonat, Cyclopentanone, Sulfolane, Dimethylsulfoxid, 3-Methyl-1 ,3-oxazolidine-2-on, γ-Butyrolacton, 1 ,2-Diethoxy- methan, Tetra hydrofu ran, 2-Methyltetrahydrofuran, 1 ,3-Dioxolan, Methylacetat, Ethylacetat, Nitromethan, 1 ,3-Propansulton, und Mischungen aus zwei oder mehreren dieser Lösungsmittel.

Der Elektrolyt kann weitere Hilfsstoffe umfassen, die in Elektrolyten für Lithiumionen-Batterien üblicherweise Anwendung finden. Beispielsweise sind dies Radikalfänger wie Biphenyl, flammhemmende Zusätze wie organische Phosphorsäureester oder Hexamethylphosphoramid, oder Säurefänger wie Amine. Sogenannte Überladeadditive wie Cyclohexylbenzol können gleichfalls im Elektrolyten enthalten sein.

Hilfsstoffe, die die Bildung der„solid electrolyte interface'-Schicht (SEI) auf den Elektroden, vorzugsweise Kohlenstoff-haltigen Elektroden, beeinflussen können, sind ebenfalls im Elektrolyten einsetzbar. Ein derartiger Hilfsstoff ist vorzugsweise Vinylencarbonat.

In einer Ausführungsform sind Kühlmittel in der Batterie vorgesehen. Kühlmittel sind vorzugsweise Röhren, die mit einer Flüssigkeit zur Abfuhr von Wärme, die beispielsweise beim Laden der Batterie entsteht, beschickt werden können.

Zweiter Aspekt der Erfindung Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Lithium-Ionen-Batterie, welche umfasst:

(a) eine positive Elektrode umfassend Schwefel und/oder ein Lithiumsulfid sowie mindestens ein amorphes Chalkogenid, welches Lithium-Ionen umfasst oder welches Lithium-Ionen leiten kann;

(b) eine negative Elektrode umfassend Lithiummetall oder eine

Lithiumlegierung;

(c) einen Separator zwischen der positiven und der negativen Elektrode;

(d) einen nichtwässerigen Elektrolyt. Die elektrochemische Reaktion in der Batterie kann wie folgt beschrieben werden:

(a) Kathode: S ₈ + 2Li ⁺ + e ^" - Li ₂ S ₈ ; Li ₂ S ₈ - ^» Li ₂ S _n + (8 - n)S.

(b) Anode: Li— Li ⁺ + e ^" ; Vorzugsweise umfasst die positive Elektrode (Kathode (a)) eine Matrix aus Kohlenstoff, in die der Schwefel und/oder das Lithiumsulfid eingebettet sind. In einer Ausführungsform ist die positive Elektrode (Kathode (a)), die eine Matrix aus Kohlenstoff umfasst, in die der Schwefel und/oder das Lithiumsulfid eingebettet sind, mit dem amorphen Chalkogenid, vorzugsweise einem Oxid, beschichtet.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst die negative Elektrode (Anode (b)) eine Lithiumlegierung. Geeignete Lithiumlegierungen sind vorzugsweise Legierungen von Lithium mit Aluminium oder Zinn oder Antimon, beispielsweise LiAl oder Li ₂₂ Sn ₅ oder LiSb ₃ .

Die Lithiumlegierung liegt vorzugsweise eingebettet in einer Matrix aus Kohlenstoff vor. Vorzugsweise umfasst in dieser Ausführungsform auch die positive Elektrode eine Matrix aus Kohlenstoff. In einer Ausführungsform umfasst die negative Elektrode eine Legierung aus Lithium und Zinn zusammen mit Kohlenstoff. Die elektrochemische Reaktion bei Entladung kann wie folgt beschrieben werden:

(a) Anode: Li ₂₂ Sn ₅ + C - 22Lf + 5Sn/C + 22e ^" ;

(b) Kathode: 1 1 S + C + 22Li ⁺ + 22e ^" - 11 Li ₂ S/C.

Es ist bekannt, dass Elektroden umfassend metallisches Lithium oder eine Lithiumlegierung die Eigenschaft haben können, sich beim Ladevorgang auszudehnen und beim Entladevorgang zusammenzuziehen. Dies kann zu Leistungsverlust der Batterie führen. Durch Verwendung einer Lithiumlegierung in einer Matrix aus Kohlenstoff ist es möglich, Volumenänderungen der Batterie vorteilhaft auszugleichen.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst die negative Elektrode Siliziumdrähte, deren Abmessungen im Nanobereich liegen. Durch den Einsatz von Silizium als Nanodraht kann ebenfalls der unerwünschten Volumenänderung der Anode beim Laden bzw. Entladen entgegengewirkt werden. Negative Elektroden mit Siliziumnanodrähten sind auch aus Lithiumionen-Akkus bekannt.

In einer weiteren Ausführungsform ersetzt das Silizium (in Form von Nanodrähten) den Kohlenstoff in der Anode.

Als Separator (c) können die oben beschriebenen Separatoren verwendet werden, also Separatoren auf Basis eines ungewebten Vlieses. Demzufolge ist in dieser Ausführungsform die Lithium-Ionen-Batterie dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst:

(a) eine positive Elektrode umfassend Schwefel und/oder ein Lithiumsulfid sowie mindestens ein amorphes Chalkogenid, welches Lithium-Ionen umfasst oder welches Lithium-Ionen leiten kann;

(b) eine negative Elektrode umfassend Lithiummetall oder eine Lithiumlegierung;

(c) einen Separator zwischen der positiven und der negativen Elektrode, wobei der Separator ein nicht-verwebtes Vlies aus Fasern umfasst;

(d) einen nichtwässerigen Elektrolyt. Die Fasern sind vorzugsweise Polymerfasern wie unter Erster Aspekt der Erfindung definiert.

Es können auch andere Separatorsysteme eingesetzt werden, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, also beispielsweise keramische Elektrolytseparatoren oder Glaselektrolytseparatoren, die keine Flüssigkeit enthalten, oder polymere Elektrolyt^ wie beispielsweise Polyethern wie Polyethylenoxide. Polymere Elektrolyt^ können als Gel eingesetzt werden, die organische Flüssigkeiten in einer Menge von etwa 20 Gew.-% enthalten. Die Verwendung von Separatormembranen, also poröser Membranen ist ebenfalls möglich. Sie halten einen flüssigen Elektrolyten in kleinen Poren über Kapillarkräfte. Die Membranen umfassen vorzugsweise Polyolefine wie vorzugsweise Polyethylen oder Polypropylen oder ein Laminat aus Polyethylen und Polypropylen.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Lithium-Ionen-Batterie

(a) eine positive Elektrode umfassend Schwefel und/oder ein Lithiumsulfid sowie mindestens ein amorphes Chalkogenid, vorzugsweise ein Oxid, welches Lithium-Ionen umfasst oder welches Lithium-Ionen leiten kann;

(b) eine negative Elektrode umfassend Lithiummetall oder eine Lithiumlegierung;

(c) einen Separator zwischen der positiven und der negativen Elektrode; wobei der Separator eine poröse Membran, einen keramischen Elektrolytseparator, einen Glaselektrolytseparator, oder einen polymeren Elektrolyt umfasst;

(d) einen nichtwässerigen Elektrolyt.

Der im Lithium-Schwefel-Akkumulator einsetzbare Elektrolyt (d) ist ein nichtwässeriger Elektrolyt, vorzugsweise ein Elektrolyt wie oben unter Erster Aspekt der Erfindung definiert. Vorzugsweise werden dem Elektrolyten der Lithium- Schwefel-Batterie Polysulfidanionen zugesetzt, beispielsweise in Form von Li ₂ S ₃ , Li ₂ S ₄ , Li ₂ S _6> Li ₂ Se. In einer Ausführungsform ist die Menge an zugesetztem Polysulfid derart, dass der Elektrolyt mit Polysulfid gesättigt ist. Damit kann dem Schwund der negativen Elektrode an Schwefel entgegengewirkt werden. Der Zusatz an Polysulfid erfolgt vorzugsweise vor Inbetriebnahme der Batterie.

Herstellung der Batterie

Die Lithium-Ionen-Batterie kann aus den Komponenten (a) bis (d) nach Verfahren aufgebaut werden, wie sie im Stand der Technik bekannt sind und für die Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien üblicherweise verwendet werden. In einer Ausführungsform erfolgt die Herstellung durch Laminierung der Elektroden (a) und (b) mit dem Separator (c), der mit dem Elektrolyten (d) getränkt wurde. Herstellverfahren für die Elektroden sind ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt.

Verwendung

Die erfindungsgemäße Lithium-Schwefel-Batterie kann zur Energieversorgung für mobile Informationsvorrichtungen, Werkzeuge, elektrisch betriebene Automobile und für Automobile mit Hybridantrieb verwendet werden. Insbesondere die Kombination des Lithium-Ionen-Ieitenden Separators mit dem amorphen Chalkogenid, vorzugsweise einem Oxid, welches Lithium-Ionen umfasst oder welches Lithium-Ionen leiten kann, hat sich als günstig für die Ladeeigenschaften der erfindungsgemäßen Batterie erwiesen. Auf Grund der guten Leitfähigkeit für Lithium-Ionen lässt sich mit dieser Kombination eine vorteilhafte Ladegeschwindigkeit der Batterie erzielen. Dies macht eine derartige Batterie insbesondere für elektrisch betriebene Automobile interessant.