用于固态蓄电池的复合隔板-电解质制造技术

本发明专利技术公开了一种用于固态蓄电池的复合隔板‑电解质。复合物包括在一个或两个电解质膜之间或与其相邻的多孔自支承隔板膜。电解质膜可以包含甘醇二甲醚或者甘醇二甲醚的混合物、LiX盐以及络合剂例如PEO。多孔自支承隔板膜可以干燥使用、或者用液体电解质组合物湿润使用。本发明专利技术还公开了使用所述隔板和电解质复合物与正极和负极组合的固态蓄电池。

Composite separator electrolyte for solid state battery

【技术实现步骤摘要】
用于固态蓄电池的复合隔板-电解质
本专利技术涉及用于电池的电解质和隔膜，特别是用于电池的电解质膜和隔板的复合材料。
技术介绍
植入式医疗设备通常包含电池作为电源。理想的是在植入式医疗设备中使用的电池具有相对长的电池寿命。为了实现对于该电池的该相对长的电池寿命，使用特定电池结构和化学试剂。液体电解质通常用于植入式医疗设备中的大多数电池。该液体电解质需要坚固包装，以确保液体电解质不会泄露出电池。固态蓄电池不需要液体电解质。固态蓄电池的一个挑战是具有充分导电性、与两个电极的相容性和良好的机械性能的固态电解质。专利技术概述在本专利技术的一个方面，本文描述了复合隔板和电解质(acompositseparatorandelectrolyte)。复合隔板和电解质包括与多孔自支承隔板膜接触的至少一层电解质膜。电解质膜可以包括锂盐和聚合物络合剂。多孔自支承隔板膜可以干燥的、或者用液体电解质组合物湿润。根据本专利技术的另一个实施方式，本文描述了固态蓄电池，所述固态蓄电池包括阳极、阴极以及复合隔板和电解质，其中所述复合隔板和电解质包含锂盐、甘醇二甲醚或甘醇二甲醚的混合物、以及络合剂。在一个实施方式中，固态蓄电池包含复合隔板和电解质，所述复合隔板和电解质包含具有第一主表面和第二主表面的多孔自支承隔板膜，接触多孔自支承膜的第一主表面的第一电解质膜接触多孔自支承膜的第二主表面的和第二电解质膜，第一和第二电解质膜各自包含0～80wt％的甘醇二甲醚或甘醇二甲醚混合物、以及20～85wt％的锂盐，各重量百分数基于混合的甘醇二甲醚和锂盐的总重量，并且基于电解质组合物的总重量，存在的聚合物络合剂的量为5～80wt％。在另一个实施方式中，固态蓄电池包括含有阴极活性材料的阴极(cathode)、锂盐、甘醇二甲醚、以及络合剂。在一个实施方式中，本文公开了复合隔板和电解质，用于含有多孔自支承隔板膜的电化学电池，所述多孔自支承膜具有第一主表面和第二主表面，接触多孔自支承膜的第一主表面的第一电解质膜以及接触多孔自支承膜的第二主表面的第二电解质膜，第一和第二电解质膜各自包含0～80wt％的甘醇二甲醚或甘醇二甲醚混合物以及20～85wt％的锂盐，各重量百分数基于混合的甘醇二甲醚和锂盐的总重量，并且基于电解质组合物的总重量，存在的聚合物络合剂的量为5～80wt％。附图说明图1是显示实施例1的复合电解质/隔板膜、以及电解质膜的数码图像复印件；图2是显示实施例3的阴极、复合电解质/隔板膜、以及阳极的数码图像复印件；图3是显示实施例3的电池堆(stack)的数码图像复印件；图4是实施例4的固态蓄电池的放电曲线视图；图5是显示在破坏性分析之后实施例5的固态蓄电池的数码图像复印件；图6是比较实施例5和6的固态蓄电池的放电曲线的图；图7是比较具有阴极和不同厚度的复合隔板/电解质膜的固态蓄电池的放电容量对理论容量的曲线图；图8是使用电解质/隔板复合膜的固态蓄电池的初始放电曲线的曲线图，所述电解质/隔板复合膜由不同孔径的多孔自支承膜隔板制成；图9是使用电解质/隔板复合材料的固态蓄电池的放电曲线的图，所述电解质/隔板复合膜在电池组装期间用电解质组合物润湿；图10是使用电解质/隔板复合膜的固态蓄电池的放电曲线的图，所述电解质/隔板复合膜在电池组装期间用电解质组合物润湿；图11是显示对于实施例16中所述固态蓄电池，在0.2s记录的负载电压相对于在1mA/cm2、2mA/cm2、和3mA/cm2电流密度处放电深度百分比(DOD％)的函数的曲线图；图12是本专利技术的各种电解质组合物在1Hz处记录的tan(δ)相对于温度的图表图；图13描述本专利技术中的复合隔板和电解质的剖视图；以及图14描述本专利技术中的固态蓄电池的一个实施方式的剖视图。专利技术详述本文描述了包含多孔自支承隔板膜的复合隔板和电解质复合材料，所述多孔自支承隔板膜的一侧或两侧由使用电解质材料制成的膜覆盖。本文中所述的隔板和电解质复合材料膜通过使用常规的多孔自支承隔板膜提供机械强度、并且使用电解质膜提供离子传导功能，来分开隔板的机械功能和电解质的离子传导功能。所使用的多孔自支承膜隔板应当与所使用的电池化学试剂相容，并且已证实机械稳定性，以便在电学上隔离阳极和阴极。自支承膜隔板的孔径还应当足够大，以使得电解质穿过它。多孔自支膜承隔板可如本申请中所述干燥或“润湿”地用于复合隔板/电解质。“润湿”是指多孔自支承隔板由液体电解质组合物饱和。“液体电解质组合物”是指含有溶剂例如甘醇二甲醚(glyme)、以及盐例如锂盐的非水性组合物。图13描述显示三层的本文的复合隔板和电解质的剖视图。在该实例中，复合隔板和电解质100包含自支承多孔隔板膜102和电解质膜103和104。在该实例中，当对复合隔板和电解质进行组装时，电解质膜将会邻近并接触自支承多孔隔板膜的两侧或表面。在本申请中所述的多孔自支承膜跟班可以是微孔材料(包括纤维素、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、PP/PE/PP(三层))以及微孔膜、由陶瓷材料例如基于Al2O3、ZrO2、和SiO2的材料制成的布或毡，它们都是化学上耐蓄电池电解质降解的。市售微孔材料的例子包括商标名为CelgardTM2500、CelgardTM3501、CelgardTM2325、DreamweaverTMGold、和DreamweaverTMSilver的那些微孔材料。其它可用材料包括：非织造PP材料以及层叠倒微孔隔板上的非织造PP材料，其分别是市场上可购得的Freudenberg/ViledonTM和CelgardTM4560；以及市场上可购得的FreudenbergFS24310-17F、FS24316-20F、和FS24318-25F非织造聚酯隔板。自支承膜隔板的孔径范围为大于0.015微米到0.6微米。孔径范围还可以为大于0.015到约1微米。然而，多孔自支承膜隔板中孔径不能过大，以免在电池内其不能有效隔开阴极和阳极。而且，多孔自支承膜隔板中孔径不能过小，以免其使得电解质膜成分不能穿过并提供传导。在本申请中所述电解质膜是柔性固体膜，并具有非常低的挥发性。在本申请中“低挥发性”是指在至高200℃使用TGA测定的＜10％的重量损失。电解质膜的柔性确保与电解质充分接触，并且容忍由于溶胀或收缩的电极尺寸的变化。使用具有低挥发性的材料使得电解质膜可以使用常规工艺方法制造，并制造具有最小所需包装的固态蓄电池。电解质膜典型地具有至少20,000Pa～1X106Pa的储能模量(1HZ，37℃)。本申请中所述的电解质膜包含一种或多种锂盐或LiX盐、一种或多种甘醇二甲醚、以及一种或多种聚合络合剂例如一种或多种聚环氧乙烷(PEO)，所述聚合络合剂可以与LiX/甘醇二甲醚络合。电解质膜的例子包括：双(三氟甲烷磺酰基)亚胺锂盐(LiTFSI)、四乙二醇二甲醚(Tetraglyme)、以及高分子量的聚环氧乙烷(PEO)(Mw为100,000～8,本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于电化学电池的复合隔板和电解质，其包含：/n多孔自支承隔板膜，所述多孔自支承隔板膜具有第一主表面和第二主表面；/n接触多孔自支承隔板膜的第一主表面的至少一层电解质膜，所述至少一层电解质膜包含：/n34～54wt％的甘醇二甲醚或甘醇二甲醚的混合物、和40～66wt％的锂盐，各重量百分数基于混合的甘醇二甲醚和锂盐的总重量，以及/n基于电解质组合物总重量，量为10～30wt％的聚合物络合剂。/n

【技术特征摘要】
20141114 US 62/079,583;20151111 US 14/938,3751.用于电化学电池的复合隔板和电解质，其包含：
多孔自支承隔板膜，所述多孔自支承隔板膜具有第一主表面和第二主表面；
接触多孔自支承隔板膜的第一主表面的至少一层电解质膜，所述至少一层电解质膜包含：
34～54wt％的甘醇二甲醚或甘醇二甲醚的混合物、和40～66wt％的锂盐，各重量百分数基于混合的甘醇二甲醚和锂盐的总重量，以及
基于电解质组合物总重量，量为10～30wt％的聚合物络合剂。


2.如权利要求1所述的复合隔板和电解质，其特征在于，所述多孔自支承隔板膜由液体电解质组合物饱和。


3.如权利要求1所述的复合隔板和电解质，其特征在于，所述锂盐是：双(三氟甲烷磺酰基)亚胺锂(LiTFSI)、双(五氟乙基磺酰基)亚胺锂(LiBETI)、三(三氟磺酰基)甲基化锂、高氯酸锂(LiClO4)、四氟硼酸锂(LiBF4)、六氟砷酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶辉，T·T·波姆斯塔德，P·M·格玛达，G·简，C·S·尼尔森，P·A·塔米瑞沙，C·M·范埃尔曾，
申请(专利权)人：美敦力公司，
类型：发明
国别省市：美国;US