用于含锂电化学电池的陶瓷涂覆隔膜及其制造方法技术

本发明专利技术公开了用于含锂电化学电池的陶瓷涂覆隔膜及其制造方法。提供了用于含锂电化学电池的陶瓷涂覆隔膜和制备所述陶瓷涂覆隔膜的方法。所述陶瓷涂覆隔膜可以通过制备包含一种或多种锂化氧化物和粘合剂的浆料并将所述浆料设置到多孔基材的一个或多个表面上来制造。可以干燥所述浆料以便在多孔基材的一个或多个表面上形成陶瓷涂层，由此生成陶瓷涂覆隔膜。所述陶瓷涂层可以包含一种或多种选自Li

【技术实现步骤摘要】
用于含锂电化学电池的陶瓷涂覆隔膜及其制造方法
本公开大体上涉及含锂电化学电池，更具体涉及用于含锂电化学电池的陶瓷涂覆隔膜及制造此类隔膜的方法。
技术介绍
本部分提供与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。本公开大体上涉及含锂电化学电池，更具体涉及用于含锂电化学电池的陶瓷涂覆隔膜及制造此类隔膜的方法。所述陶瓷涂层包含一种或多种改善含锂电化学电池的高温性能的离子导电锂化氧化物。作为背景，高能量密度电化学电池，如锂离子电池，可用于各种各样的消费品和车辆中，如混合动力电动汽车（HEV）和电动汽车（EV）。典型的锂离子电池包括第一电极（例如阴极）、第二电极（例如阳极）、电解质材料和隔膜。通常锂离子电池组电池以堆栈形式电连接以提高整体输出。常规的锂离子电池通过在负极与正极之间可逆地传递锂离子来运行。隔膜和电解质设置在负极与正极之间。所述电解质适于传导锂离子，并且可以是固体或液体形式。在电池充电过程中，锂离子从阴极（即正极）向阳极（即负极）移动，当电池放电时在相反方向上移动。电池组电池的电势差或电压由电极之间的化学势（例如费米能级）差来决定。在正常运行条件下，当电池组电池完全充电时，电极之间的电势差达到最大可实现值，当电池组电池完全放电时，电极之间的电势差达到最小可实现值。当电极经由外电路与发挥所需功能的负载（例如电动机、灯泡）连接时，电池组电池将放电，并将获得最小可实现值。电池组电池中的负极和正极各自与集流体（通常为金属，如对于阳极为铜，对于阴极为铝）连接。与两个电极相关联的集流体通过外电路连接，这使得由电子产生的电流能够在电极之间通过以补偿锂离子跨电池组电池的传输。例如，在电池放电过程中，从负极向正极的内部Li+离子电流可以通过电池组电池的经外电路从负极流向正极的电子电流来补偿。许多不同的材料可用于创造用于锂离子电池的组件。例如，锂电池的正极材料通常包含可以嵌入锂离子的电活性材料，如锂-过渡金属氧化物或混合氧化物，例如包括LiMn2O4、LiCoO2、LiNiO2、LiMn1.5Ni0.5O4、LiNi(1-x-y)CoxMyO2（其中0<x<1，y<1，且M可以是Al、Mn等等）或一种或多种磷酸盐化合物，例如包括磷酸铁锂或混合磷酸铁锰锂。电解质通常含有一种或多种锂盐，其可以在非质子非水性溶剂中溶解和离子化。负极通常包括嵌锂材料或合金宿主材料（hostmaterial）。例如，用于形成阳极的典型的电活性材料包括石墨和其它形式的碳、硅和硅氧化物、锡和锡合金。隔膜可以采用湿法或干法制造以形成具有足够孔隙率从而使离子能够在第一电极与第二电极之间移动的隔绝屏障。隔膜通常与陶瓷材料混合或由陶瓷材料涂覆以进一步改善机械强度和/或高温性能。但是，目前的陶瓷涂覆隔膜可能增加内阻，降低容量保持率。因此，合意的是提供耐用的长寿命锂离子电池，其具有改进的隔膜，所述隔膜有助于避免或尽量减少电池中的容量衰减和损失，同时具有改进的高倍率性能、高库仑效率和高热稳定性。
技术实现思路
本部分提供了本公开的总体概述，而不是其全部范围或其全部特征的全面公开。在各个方面，本公开提供了制造用于含锂电化学电池的陶瓷涂覆隔膜的方法。所述方法可以包括将粉末与粘合剂混合以形成在大约25℃的温度下粘度为大于或等于大约300cps至小于或等于大约1400cps的浆料。所述粉末可以包括选自Li2SiO3、LiAlO2、Li2TiO3、LiNbO3、Li3PO4、Li2CrO4、Li2Cr2O7及其组合的一种或多种锂化氧化物。可以将浆料设置到多孔基材的一个或多个表面上以形成无机表面层；并可以从所述无机表面层中除去液体以便在多孔基材的一个或多个表面上形成陶瓷涂层，从而产生陶瓷涂覆隔膜。可以通过将无机表面层暴露于大于或等于大约50℃至小于或等于大约100℃的温度持续大于或等于大约6小时至小于或等于大约24小时的时间，从所述无机表面层中除去液体。包含陶瓷涂覆隔膜的含锂电化学电池可以在大于或等于大约50℃的温度下循环，并且在25次锂化和脱锂循环后可以具有小于或等于大约25%的充电容量损失。在一方面，所述浆料是第一浆料，并且所述方法可以进一步包括将前体沸石粉末与包含氢氧化锂（LiOH）的水溶液混合以形成第二浆料。可以通过使第二浆料经受大于或等于大约30℃至小于或等于大约100℃的温度持续大于或等于大约6小时至小于或等于大约24小时的时间来促进前体沸石粉末之间的锂离子交换和锂化氧化物粉末的形成。在一方面，前体沸石粉末可以包含一种或多种选自沸石A、沸石X、沸石Y、沸石L、ZSM-5、沸石β、丝光沸石、镁碱沸石及其组合的沸石材料。前体沸石粉末可以具有小于所述水溶液的氢氧化锂浓度的钠和氢的累积总浓度。在一方面，前体沸石粉末可以进一步包含大于大约1重量%至小于或等于大约20重量%的氧化钠（NaO2）。在一方面，所述方法可以进一步包括，在将所述粉末与水性粘合剂混合之前，在大于或等于大约200℃至小于或等于大约400℃的温度下将所述粉末煅烧大于或等于大约2小时至小于或等于大约6小时的时间。在一方面，所述锂化氧化物粉末可以包含多个粒子，并且所述方法可以进一步包括用研磨介质粉碎所述浆料，以使所述粒子具有小于或等于大约1µm的平均直径。在一方面，所述研磨介质可以包含一种或多种选自以下的材料：氧化锆、氧化铝、不锈钢及其组合。在一方面，可以采用选自以下的方法将所述浆料设置在多孔基材的一个或多个表面上：喷涂、刷涂、浸涂、刮刀涂布、旋涂、浇铸、印刷及其组合。在一方面，可以使用刮刀间隙小于30µm的刮刀涂布法将所述浆料设置在多孔基材的一个或多个表面上。在一方面，粘合剂与粉末的重量比可以为大于或等于大约5%至小于或等于大约30%，并且所述粘合剂可以选自：羧甲基纤维素（CMC）、海藻酸钠、聚丙烯酸（PAA）、苯乙烯-丁二烯橡胶（SBR）、聚偏二氟乙烯（PVdF）及其组合。在一方面，所述陶瓷涂层可以具有小于大约10µm的厚度。在多个其它方面，本公开提供了制造用于含锂电化学电池的陶瓷涂覆基材的方法。所述方法可以包括将前体沸石粉末与水溶液混合以形成沸石浆料。所述水溶液可以包含氢氧化锂（LiOH）。所述方法可以进一步包括将所述沸石浆料暴露于大于或等于大约50℃至小于或等于大约100℃的温度持续大于或等于大约6小时至小于或等于大约24小时的时间以形成锂化氧化物粉末。所述锂化氧化物粉末可以包含一种或多种选自Li2SiO3、LiAlO2、Li2TiO3、LiNbO3、Li3PO4、Li2CrO4、Li2Cr2O7及其组合的锂化氧化物。所述锂化氧化物粉末可以与选自以下的粘合剂混合：羧甲基纤维素（CMC）、海藻酸钠、聚丙烯酸（PAA）、苯乙烯-丁二烯橡胶（SBR）、聚偏二氟乙烯（PVdF）及其组合，以形成锂化氧化物浆料。可以将所述锂化氧化物浆料设置到基材的一个或多个表面上并暴露于大于或等于大约50℃至小于或等于大约120℃的温度持续大于或等于大约6小时至小于或等于大约24小时的时间以便在所述基材的一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.制造用于含锂电化学电池的陶瓷涂覆隔膜的方法，所述方法包括：/n将包含一种或多种选自Li

【技术特征摘要】
20190619 US 16/4456101.制造用于含锂电化学电池的陶瓷涂覆隔膜的方法，所述方法包括：
将包含一种或多种选自Li2SiO3、LiAlO2、Li2TiO3、LiNbO3、Li3PO4、Li2CrO4、Li2Cr2O7及其组合的锂化氧化物的粉末与粘合剂混合以形成在大约25℃的温度下粘度为大于或等于大约300cps至小于或等于大约1400cps的浆料；
将所述浆料设置到多孔基材的一个或多个表面上以形成无机表面层；和
通过将所述无机表面层暴露于大于或等于大约50℃至小于或等于大约100℃的温度持续大于或等于大约6小时至小于或等于大约24小时的时间，从所述无机表面层中除去液体，以便在所述多孔基材的一个或多个表面上形成陶瓷涂层，由此生成所述陶瓷涂覆隔膜。


2.权利要求1的方法，其中所述浆料是第一浆料，并且所述方法进一步包括：
将前体沸石粉末与包含氢氧化锂（LiOH）的水溶液混合以形成第二浆料；和
通过使所述第二浆料经受大于或等于大约30℃至小于或等于大约100℃的温度持续大于或等于大约6小时至小于或等于大约24小时的时间来促进所述前体沸石粉末与氢氧化锂（LiOH）之间的锂离子交换。


3.权利要求2的方法，其中所述前体沸石粉末包含一种或多种选自沸石A、沸石X、沸石Y、沸石L、ZSM-5、沸石β、丝光沸石、镁碱沸石及其组合的沸石材料，并且其中所述前体沸石粉末具有小于所述水溶液的氢氧化锂浓度的钠和氢的累积总浓度。


4.权利要求2的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖兴成，J徐，蔡梅，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US