用于高能可充电锂电池的聚酰胺-酰亚胺涂覆隔板制造技术

本公开或发明专利技术优选致力于聚酰胺

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于高能可充电锂电池的聚酰胺
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酰亚胺涂覆隔板


[0001]本公开或专利技术优选致力于用于锂电池(比如高能或高压可充电锂电池)和相应电池的聚酰胺
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酰亚胺涂覆膜、隔板膜或隔板。隔板优选包括在聚合微孔层、膜或薄膜的至少一面上的多孔或微孔聚酰胺
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酰亚胺涂层或层。聚酰胺
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酰亚胺涂层或层可包括其他聚合物、添加剂、填料或之类的。聚酰胺
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酰亚胺涂层可适于，例如，提供抗氧化性、阻止枝晶生长、增加尺寸和/或机械稳定性、减少收缩、增加高温性能(HTMI功能)、防止在高于200℃的温度下发生电短路和/或之类的。微孔聚合基层可至少适于容纳液体、凝胶或聚合物电解质，传导离子，和/或在热失控的情况下阻止阳极和阴极之间的离子流动(关闭功能)。聚酰胺
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酰亚胺涂覆隔板可适于，例如，在高温下保持电极分开、提供抗氧化性、阻止枝晶生长、增加尺寸稳定性、减少收缩、增加高温性能(HTMI功能)、防止在高于200℃的温度下发生电短路、提高穿刺强度和/或在热失控的情况下阻止阳极和阴极之间的离子流动(关闭功能)。虽然应用于二次锂电池可能是优选的，但本专利技术的聚酰胺
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酰亚胺涂覆膜可用在电池、电池单元、一次电池、电容器、燃料电池、织物、过滤器和/或复合材料中，和/或作为其他应用、设备和/或之类的中的层或组件。
[0002]在至少选定的实施方式、目的或方面中，本公开或专利技术致力于用于二次锂电池(比如高能或高压可充电锂离子电池)、聚合物电池或金属电池和相应的电池的聚酰胺
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酰亚胺涂覆膜、隔板膜或隔板。隔板优选包括在聚合微孔层、膜或薄膜的至少一面上的多孔或微孔聚酰胺
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酰亚胺涂层或层。聚酰胺
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酰亚胺涂层或层可包括其他聚合物、添加剂、填料或之类的。聚酰胺
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酰亚胺涂层可适于，例如，提供抗氧化性、阻止枝晶生长、增加尺寸和/或机械稳定性、减少收缩、增加高温性能(HTMI功能)、防止在高于200℃的温度下发生电短路和/或之类的。微孔聚合基层可至少适于容纳液体、凝胶或聚合物电解质，传导离子，和/或在热失控的情况下阻止阳极和阴极之间的离子流动(关闭功能)。聚酰胺
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酰亚胺涂覆隔板可适于，例如，在高温下保持电极分开、提供抗氧化性、阻止枝晶生长、增加尺寸稳定性、减少收缩、增加高温性能(HTMI功能)、防止在高于200℃的温度下发生电短路、提高穿刺强度和/或在热失控的情况下阻止阳极和阴极之间的离子流动(关闭功能)。
[0003]在至少一些实施方式、目的或方面中，本公开或专利技术致力于聚酰胺
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酰亚胺电池隔板。聚酰胺
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酰亚胺电池隔板可包含下列、由或基本上由下列组成：无孔、半孔、微孔、介孔、大孔或纳米孔聚酰胺
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酰亚胺层或薄膜。在一些优选的实施方式中，聚酰胺
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酰亚胺电池隔板可包含下列、由或基本上由下列组成：聚酰胺
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酰亚胺层或薄膜，其是多孔的，且可传导离子。例如，层或薄膜可以传导锂离子。在其他优选的实施方式中，聚酰胺
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酰亚胺电池隔板可包含下列、由或基本上由下列组成：聚酰胺
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酰亚胺层或薄膜，其是无孔的或仅是半孔的，但是也可以传导离子。例如，层或薄膜可以传导锂离子。
[0004]本文公开了用于高能或高压可充电锂电池的隔板和高能或高压可充电锂电池。根据至少特定的实施方式、目的或方面，本公开或专利技术致力于用于高能或高压可充电锂电池和相应电池的聚酰胺涂覆隔板。隔板优选包括在聚合微孔层的至少一面上的多孔、无孔或半孔聚酰胺
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酰亚胺涂层或层。聚酰胺
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酰亚胺涂层或层可包括其他聚合物、添加剂、填料或
之类的。聚酰胺
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酰亚胺涂层可适于，例如，提供抗氧化性、阻止枝晶生长、增加尺寸稳定性、减少收缩、增加高温性能(HTMI功能)、防止在高于200℃的温度下发生电短路和/或之类的。微孔聚合层可至少适于容纳液体电解质、传导离子和/或在热失控的情况下阻止阳极和阴极之间的离子流动(关闭功能)。
[0005]聚酰胺
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酰亚胺涂层或层的聚酰胺
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酰亚胺可选自纯聚酰胺
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酰亚胺、30％玻璃纤维聚酰胺
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酰亚胺、30％碳纤维聚酰胺
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酰胺、包含碳纤维的聚酰胺
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酰亚胺、包含石墨的聚酰胺
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酰亚胺以及前述的组合。
[0006]在一些实施方式中，电池隔板由或基本上由聚酰胺
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酰亚胺层或薄膜组成。这些实施方式中的聚酰胺
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酰亚胺层或薄膜不是在微孔聚合基层上的涂层。聚酰胺
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酰亚胺层是独立的。

技术介绍

[0007]高能可充电锂电池可具有能量容量至少为372毫安
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小时/克(mAh/g)的阳极。这种阳极可包括，例如，锂金属、锂合金(例如锂铝)以及锂金属或锂合金与诸如碳、镍和铜的材料的混合物。
[0008]高压可充电锂电池可具有至少4.5V、4.7V或更高的电压。这种电池可具有带有锂嵌入或锂插层化合物的阳极。
[0009]某些高能和高压二次或可充电锂离子电池的商业成功受到持续循环或安全问题或难题的阻碍。
[0010]一种常见的解决方案是陶瓷涂覆隔板(CCS)，如同例如在美国专利US6,432,586中所描述的，该专利在此通过引用完全并入本文。与在选定的电池或电池单元中使用某些CCS相关的困难可能包括：陶瓷颗粒在电池的制造过程中会剥落，陶瓷涂层具有磨蚀性，难以切割，并且会磨损设备和切割刀片，陶瓷涂层增加厚度、成本和复杂性，等等。
[0011]有人已建议使用凝胶电解质或聚合物电解质代替CCS。这些凝胶电解质或聚合物电解质可能没有足够的尺寸稳定性(不能保持其形状)，并且可能没有良好的离子传导性。液体电解质的传导性可能是凝胶电解质或聚合物电解质的10倍。
[0012]此外，凝胶电解质或聚合物电解质可能无法防止枝晶短路。在反复充放电循环后，会发生锂枝晶生长。虽然枝晶生长是任何锂电池都存在的潜在问题，但使用高能阳极(例如金属、金属合金或纯碳插层阳极)增加了问题的严重性。当锂枝晶生长并穿透隔板时，会发生电池内部短路(正负极之间的任何直接接触被称为“电”短路，由枝晶造成的接触是一种电短路)。由非常小的枝晶引起的一些短路(即软短路)可能只会降低电池的循环效率。其他短路，比如硬短路，可能会导致锂电池热失控，这对锂充电电池来说是一个严重的安全问题。
[0013]因此，至少对高能或高压可充电锂电池来说，需要改进的隔板。

技术实现思路

[0014]根据本专利技术或公开的至少选定的实施方式，新的或改进的所专利技术的隔板可以解决上述需求、问题或难题，和/或可以提供聚酰胺
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酰亚胺涂覆膜、隔板或隔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于高能或高压可充电锂电池的聚酰胺
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酰亚胺涂覆隔板，包括：微孔聚合物层、膜或薄膜，和在所述微孔聚合物层的至少一面上的聚酰胺
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酰亚胺涂层或层。2.根据权利要求1所述的隔板，其中，所述聚酰胺
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酰亚胺涂层或层可适于提供抗氧化性、阻止枝晶生长、增加尺寸稳定性、减少收缩、增加高温性能(HTMI功能)、防止在高于200℃的温度下发生电短路，和/或之类的。3.根据权利要求1或2所述的隔板，其中，所述微孔聚合物层可适于容纳液体电解质、传导离子、和/或在热失控的情况下阻止电池单元或电池的阳极和阴极之间的离子流动(即关闭功能)。4.根据权利要求1、2或3所述的隔板，其中，所述聚酰胺
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酰亚胺涂层或层是无孔的、半孔的、多孔的、微孔的、介孔的、大孔的、和/或纳米孔的。5.根据权利要求4所述的隔板，其中，所述聚酰胺
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酰亚胺涂层或层可以通过从涂覆配方中去除增塑剂、成孔剂、和/或颗粒而制成多孔的，涂覆配方至少有聚酰胺
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酰亚胺、和增塑剂、成孔剂、颗粒中的至少一种，或它们的组合。6.根据权利要求5所述的隔板，其中，所述聚酰胺
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酰亚胺涂层或层至少包含聚酰胺
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酰亚胺和颗粒或聚合物，并且可以通过从涂覆配方中去除至少一些颗粒而制成半多孔的或多孔的，涂覆配方为至少有聚酰胺
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酰亚胺和颗粒，聚酰胺
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酰亚胺、另一种聚合物和颗粒，或者聚酰胺
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酰亚胺、聚合物和颗粒。7.根据权利要求5或6所述的隔板，其中，所述颗粒或聚合物选自PVDF、PVDF
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HFP、可传导离子的其他物质、或其混合物。8.权利要求5、6或7中任一项所述的隔板，其中，无机或陶瓷颗粒也是涂覆配方的一部分，并且可以去除或可以不去除。9.根据权利要求5、6、7或8所述的隔板，其中，可以用一种或多种溶剂去除所述颗粒，包括所述无机或陶瓷颗粒。10.根据权利要求9所述的隔板，其中，所述一种或多种溶剂是水、水基溶剂、HF、或其混合物。11.根据权利要求5、6或7所述的隔板，其中，所述颗粒是可溶于溶剂的颗粒或聚合物，或者不是可溶于溶剂的颗粒或聚合物。12.根据权利要求5所述的隔板，其中，所述聚酰胺
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酰亚胺涂层或层可以通过从涂覆配方中去除增塑剂而制成半多孔的或多孔的，该涂覆配方为有至少聚酰胺
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酰亚胺和增塑剂。13.根据权利要求5所述的隔板，其中，所述聚酰亚胺涂层或层可以通过从涂覆配方中去除成孔剂而制成半多孔的或多孔的，该涂覆配方为有至少聚酰胺
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酰亚胺和成孔剂。14.根据权利要求1至13中任一项所述的隔板，其中，所述聚酰胺
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酰亚胺涂层或层可包括其他聚合物、添加剂、填料、和/或之类的。15.根据权利要求1至14中任一项所述的隔板，其中，所述聚酰胺
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酰亚胺涂层或层的所述聚酰胺
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酰亚胺选自：纯聚酰胺
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酰亚胺、30％玻璃纤维聚酰胺
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酰亚胺、30％碳纤维聚酰胺
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酰胺、包含碳纤维的聚酰胺
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酰亚胺、包含石墨的聚酰胺
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酰亚胺、以及它们的组合。16.根据权利要求1至15中任一项所述的隔板，其中，所述聚酰胺
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酰亚胺涂层或层的所述聚酰胺
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酰亚胺是纯聚酰胺
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酰亚胺。
17.根据权利要求1至15中任一项所述的隔板，其中，所述聚酰胺
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酰亚胺涂层或层选自：30％玻璃纤维聚酰胺
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酰亚胺、30％碳纤维聚酰胺
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酰胺、含碳纤维的聚酰胺
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酰亚胺、含石墨的聚酰胺
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酰亚胺、以及它们的组合。18.根据权利要求5至10中任一项所述的隔板，其中，在被去除之前，所述颗粒占所述聚酰胺
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酰亚胺和颗粒混合物的20重量％至80重量％之间。19.根据权利要求1至18中任一项所述的隔板，其中，所述微孔聚合物层是聚烯烃膜。20.根据权利要求19所述的隔板，其中，所述聚烯烃膜是包含聚丙烯和/或聚乙烯的膜。21.根据权利要求19所述的隔板，其中，所述聚烯烃膜具有20
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80％范围内的孔隙率、0.02微米至1.0微米范围内的平均孔径、和5秒至500秒范围内的Gurley数。22.根据权利要求5、6或7所述的隔板，其中，所述颗粒具有在0.001微米至10微米范围内的平均粒径。23.一种高能或高压可充电锂电池，包括：阳极、阴极、设置在所述阳极和所述阴极之间的根据权利要求1至22中任一项所述的隔板，以及经由所述隔板与所述阳极和所述阴极离子连通的电解质。24.一种高能可充电锂电池，包括：含锂金属、锂合金、或锂金属和/或锂合金与另一种材料的混合物的阳极；阴极；设置在所述阳极和所述阴极之间的根据权利要求1至22中任一项所述的隔板；以及经由所述隔板与所述阳极和所述阴极离子连通的电解质。25.一种聚酰胺
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酰亚胺涂覆膜，适用于高能或高压可充电锂电池、电池、电池单元、一次电池、二次电池、电容器、燃料电池、织物、过滤器、和/或复合材料，和/或作为其他应用、设备、和/或之类的中的层或组件，所述聚酰胺
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酰亚胺涂覆膜包括：微孔基层、膜或薄膜，和在所述微孔基层、膜或薄膜的至少一面上的聚酰胺
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酰亚胺涂层或层，其中，所述微孔基层、膜或薄膜是聚合物层，更优选的是聚烯烃层，最优选的是干法拉伸工艺的聚烯烃层。26.一种用于高能或高压可充电锂电池的聚酰胺
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酰亚胺涂覆隔板，其包括：微孔聚合物层、膜或薄膜，和在所述微孔聚合物层的至少一面上的聚酰胺
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酰亚胺涂层或层，其中，所述隔板具有无穷大或小些的Gurley值、30或更小的电阻(ohm
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cm2)、或这两种特性。27.如权利要求26所述的隔板，其中，所述隔板具有下列Gurley值(s/100cc)：无穷大或小些、优选7,000或更小、更优选6,000或更小、5,000或更小、4,000或更小、3,0000或更小、2,000的或更小、1,000或更小或者500或更小。28.如权利要求26所述的隔板，其中，所述隔板具有下列电阻(ohm
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cm2)：30或更小、更优选25或更小、20或更小、15或更小、10或更小、5或更小、或者3或更小。29.如权利要求26所述的隔板，其中，所述隔板具有下列Gurley值(s/100cc)：无穷大或小些、优选7,000或更小、更优选6,000或更小、5,000或更小、4,000或更小、3,0000或更小、2,000或更小、1,000或更小或者500或更小，并且具有下列电阻：30或更小、更优选25或更小、20或更小、15或更小、10或更小、5或更小、或者3或更小。30.如权利要求26至29中任一项所述的隔板，其中，所述聚酰胺
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酰亚胺涂层包含聚酰胺
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酰亚胺和可传导离子的添加剂。31.如权利要求30所述的隔板，其中，所述可传导离子的添加剂是可传导离子的聚合
物。32.如权利要求31所述的隔板，其中，所述可传导离子的聚合物是选自PVDF、PVDF
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HFP、及其它们的组合中的至少一种。33.如权利要求32所述的隔板，其中，所述可传导离子的聚合物是PVDF
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HFP，其中HFP的百分比在5和35％之间、小于30％、小于25％、小于20％、小于15％、或小于10％。34.如权利要求25至33中任一项所述的隔板，其中，所述聚酰胺
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酰亚胺涂层或层通过包括以下的方法形成：通过在所述微孔聚合物层、膜或薄膜的至少一面上涂布涂覆溶液形成薄膜、层或涂层...

【专利技术属性】
技术研发人员：张正铭，长青，
申请(专利权)人：赛尔格有限责任公司，
类型：发明
国别省市：